Защита от обрастания

Испокон веков мореплаватели страдали от эксплуатации живой прородой. Для водной живности корабль был в лучшем случае удобным местом обитания, а в худшем — вкусной едой.

Любой погруженный в воду на небольшую глубину предмет сразу начинает обрастать колониями бактерий, водорослями и моллюсками. Корабль для моллюсков даже интереснее неподвижного предмета поскольку его движение упрощает фильтрацию воды, при помощи которой они добывают пищу. За полгода днище судна может покрыться наростом толщиной до 7 сантиметров!

Уже через год сопротивление движению воды увеличивается вдвое, а скорость падает на 20%.

Заодно любой кусок дерева в морской воде быстро обживают корабельные черви(на самом деле не черви, а моллюски).

За пару лет они могут источить дерево до состояния, когда оно будет ломаться руками.

Историю борьбы с этими напастями можно разделить на три этапа — смола, медь и защитные краски.

Как минимум со времен древних греков корпус защищали от древоточцев регулярным смолением(«Спустим же черный корабль, отправляемый плавать впервые.» Гомер) Обрастание просто счищали, особенно просто это было на ранних этапах мореплавания, когда корабли вытаскивались на берег буквально каждую ночь.

С ростом размеров кораблей чистка и обновление защитного слоя смолы становилась все труднее. Частично проблему решали периодические стоянки в пресной воде(древоточцы и многие другие моллюски ее не переносят), скажем в Севастополе был сооружен целый водопровод для подвода пресной воды в доки. Часто корпус обшивали временным покрытием из деревянных реек.

Еще во времена Римской империи начались эксперименты с использованием меди и свинца для защиты деревянного корпуса, но массовое применение началось лишь в конце 18 века. В 1761 фрегат Тревога(HMS Alarm) был обшит медными листами. Они дали отличную защиту от древоточцев и обрастания, но быстро ржавели в местах контакта с железными гвоздями, скреплявшими корпус. После многих экспериментов, пришли к довольно сложному комплексу мер — корпуса стали покрывать дёгтем, на него накладывался картон, пропитанный дегтярным маслом и «композицией» — специальным составом, — а внутренняя сторона медных листов покрывалась смесью свинцовых белил с льняным маслом. К 1793 году защищенный корабль мог проходить примерно 5 лет до полной смены медной обшивки. Эти успехи привели к быстрому распространению метода — уже в 1780х он стал стандартом в английском военном флоте, а к 1816 году 18% гражданских судов, перечисленных в регистре Ллойда имели медное покрытие.

Типичный лист обшивки имел вес от 20 до 32 унций на квадратный фунт, обычно использовался 28 унцовый — 8.5 кг/м^2(на линкор уходило 15 тонн меди!), итого коррозия все еще съедала примерно полтора килограмма меди в год на квадратный метр защищенной поверхности, нетрудно понять почему метод стал использоваться лишь с появлением дешевой меди.

Проблему коррозии попытался решить Хэмфри Дэви(Humphry Davy). Он изобрел катодную защиту, листы меди защищались кусочками чугуна, который «брал» коррозию на себя. Проблема в том что защиту от обрастания дают ионы меди, которые выделяются именно в ходе коррозии. Заодно коррозия не дает расти известковой пленке, которая опять таки защищает морскую живность от действия меди. В общем защищенная от коррозии медь переставала защищать от обрастания.

Цены удалось сбросить на треть благодаря мунцевой латуни, содержавшей лишь 60% меди и чуть более устойчивой к коррозии.

Проблему древоточцев в конце концов решил переход на железные корпуса, но это же решение лишь обострило проблему обрастания — медная обшивка не слишком дружила с железом. Это решение все еще использовалось, медное покрытие с деревянной подкладкой, к примеру, было на Авроре, но спрос на альтернативное решение все обострялся.

Предлагались различные покрытия и пропитки — только в Англии в 19 веке было получено 300 патентов, подавляющее большинство никуда не годилось. Одним из самых многообещающих методов казалась пропитка креозотом, но он работал лишь с деревом, давал защиту лишь на несколько лет, и повторная пропитка корабля была весьма затруднительна.

В конце концов удалось наладить производство защитных красок — к началу 20 века коммерческие краски на основе оксидов меди и оксида/солей ртути давали полную защиту меньше чем на год, во вторую половину 20 века благодаря трибутилолову(tributyltin) цифру удалось довести до 4 лет, причем даже во второй половине века встречалась уйма малоэффективных красок.

При содержании меди порядка 30%(и/или ртути в единицы процентов) и расходе порядка литра на несколько м^2 краски обеспечивали защиту м^2 на год ценой порядка сотни грамм меди — улучшение на порядок в сравнении с медной обшивкой.

В чем же сложность производства такой краски? Как мы уже видели с медной обшивкой, токсины должны выделяться постоянно. А значит даже небольшое изменение рецепта может привести к резкому замедлению/ускорению растворения краски и токсины или вымоются слишком быстро или не смогут создать достаточной концентрации для защиты.

В общем обшить одну вундервафлю медью попаданец может и потянет. Но массовая дешевая защита от обрастания/древоточцев это задача на годы, и даже после ее решения необходим строгий контроль состава вещества, производящегося десятками и сотнями тонн в год.

Рекомендуемые источники:
Marine fouling and its prevention ; prepared for Bureau of Ships, Navy Dept. 1952
Davy, H. (1824). Additional Experiments and Observations on the Application of Electrical Combinations to the Preservation of the Copper Sheathing of Ships, and to Other Purposes. doi:10.1098/rstl.1824.0015

31 комментарий Защита от обрастания

  • В Тайланде/Индонезии чревоточцев еще и едят

    Teredo Navalis – Look Like Worms, Taste Like Clams
    In Thailand’s Trat province, and in other parts of southeast Asia, naval shipworms are a prized food.
    https://migrationology.com/eating-shipworms-teredo-navalis/
    https://migrationology.com/wp-content/uploads/2014/11/shipworms_thailand_%E0%B9%80%E0%B8%9E%E0%B8%A3%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%87%E0%B8%97%E0%B8%B0%E0%B9%80%E0%B8%A5.jpg
    Many locals in Trat eat teredo navalis (เพรียงทะเล) raw, right out of the wood. Our fisherman guide took a long one, and slurped it down like a noodle.

    Интересно какие показатели будут по производству еды из дерева таким методом(для решения апокалипсиса аля https://en.wikipedia.org/wiki/Feeding_Everyone_No_Matter_What )

  • Legion

    Видел такую информацию, что есть краски, в которые добавляют особо жгучий сорт перца, для защиты от моллюсков

    • vashu1

      С одной стороны туда много чего добавляют. Мышьяк еще во второй половине 20 века добавляли, при том что многие тесты показывали его низкую эффективность.

      С другой стороны если даже перец действует — обновлять краску с килограммами перца для попаданца в большинство периодов влетит в такую копеечку, что дешевле медью покрыть 🙂

      • Legion

        Так я не про попаданцев в данном случае говорил, понимаю ценность пряностей, это я просто поделился интересным фактом, да и там используется такой ядреный перец, который собирать надо в химзащите

        • Теоретически звучит логично. В-ва эти в перце копятся от насекомых, моллюски беспозвоночные, может на них тоже действует.

          • DlMFlRE

            Тогда и табак вспомнить, им тоже насекомых травят. Впрочем мне кажутся нежизнеспособными оба способа.

    • Aleksei Besogonov

      Перец жгучий из-за того, что капсаицин связывается с рецепторами температуру. Потому оно действует только на те биологические виды, где эти рецепторы подходят под капсаицин.

      Скажем, на птиц и рыб капасаицин не действует вообще.

      • Ну если погуглить Capsaicin antifouling то кое-что выводит, даже в научных статьях упоминается. Похоже что основной интерес как к экологически чистому агенту.

        Тут скажем doi:10.3390/molecules15118072 его использовали для контрольного образца — действие начало ослабевать через пару месяцев.

  • Hludens

    А как же банальный свинцовый сурик? Благо известен с античности…

    • В Marine fouling and its prevention сурик упоминается в одном месте https://darchive.mblwhoilibrary.org/bitstream/handle/1912/191/chapter%2018.pdf?sequence=27&isAllowed=y

      red or white lead — Non Toxic Pigments
      Недостаточно токсичен для моллюсков 🙂

      In addition to copper and mercury, salts ofzinc, iron, arsenic, and lead have been commonlyused in the formulation of paints. Among these, zinc shows evidence of some toxicity but appearsto be only about one-fifth as toxic as copper ormercury. The remainder of these salts are even less toxic than zinc

      Arsenic has been used frequently in antifouling paints but the results have generally been nega-tive (1,2,20): Both arsenic and lead are materials which one might expect to be effective toxics because of their action on human beings.

      Тут бы узнать у биолога почему действует именно ртуть и медь 🙁

      Даже свинцовые листы использовались лишь для защиты от древоточцев, от обрастания они не помогают.

      // Metallc lead probably fails to prevent fouling because every insoluble deposit forms on its surface when exposed in sea water.
      // The use of lead sheathing by the ancients, which was also current at the time copper sheathing was introduced, was doubtless intended as a protection against borers or for other purposes, since lead gives practically no antifouling protection.

  • Nikotin

    Вывод один, Не стоит лезть попаданцу в защиту от обрастания 🙂 до сих пор дешевого и надежного способа не изобрели, нет здесь даже намека на вундервафлю 🙂

    • KT315

      У балянусов термоядерный клей, вполне на уровне современных двухкомпонентных. Не берут кислоты, щелочи, растворители. Застывает в воде за минут 15. К фторопласту липнет.
      У ракушек похуже, но они берут числом. (см шёлк «виссон», это их белковые нити)
      Бурым водорослям пофиг на медь, они прямо на ней растут. Ну зато хоть беспозвоночных нет.

      Там сейчас какие только краски не испытывают. Рынок-то огромный.

      • KT315

        Бурые водоросли вообще туго соображающий, но очень упорный класс организмов. Уже собирались помирать динозавры, первые млекопитающие начали отращивать сиськи. А бурые водоросли наконец всё обдумали и решили стать многоклеточными. До этого плавали одноклеточно, как школьная эвглена зеленая.
        Ну, в целом получилось. Саргассово море это про них.

  • RustyBollard

    Китайцы ( и не только) уже 2 тыс лет используют Чунам- белую пасту на основе смеси извести и тунгового масла- для покрытия днища деревянных кораблей.
    chunam — a mix of lime, poisoned wood «tung oil» and chopped hemp
    Известь получается если пережигать ракушки, ядовитое масло дерева тунг выжимается из древесины-Способ однозначно дешевый
    К сожалению у меня нет данных по эфективности этого покрытия. Но можно поискать.

    • kraz

      «Тунг, или Масляное дерево, — небольшой род деревьев семейства Молочайные, распространённых в тропических и субтропических районах Азии и Южной Америки, а также на островах Тихого океана»

      Это все только после Колумба.

    • https://books.google.ru/books?id=7ykWAgAAQBAJ&pg=PA93&lpg=PA93&dq=%22chunam%22+antifouling&source=bl&ots=uS3SJaM2l1&sig=ACfU3U03xkaTBPBpXPVPRGtzVk58BZGVaw&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwj6puXAzYfnAhUMlIsKHYoyCgQQ6AEwAXoECAoQAQ#v=onepage&q=%22chunam%22%20antifouling&f=false

      never been scientifically tested
      fair amount of anecdotical evidence as to the relative inefficancy
      rough finish of the Chineese hulls

      replica Han dinasty Tai-ki, in its attempt to cross the Pacific in 1974m that proved disasterous, because even a good tung oil treatment is simply not able to provide the protection against marine borers
      after 3 month at sea, the invasion by marine borers rapidly escalated to the point of disaster

      10.1006/ijna.2000.0315

      A simple mastic—mostly lime, sand and oil—often known by its Tamil name of ‘chunam’ is still in use in the
      Arabian Sea (Grandmaison, 1999) and was used by some merchant ships in northern Europe into the 19th century (Bonnefoux & Paris, 1856: 252).

      • RustyBollard

        Chunam это конечно не волщебное средство от всего на свете. Его эффективность много меньше чем медь или сегодняшние покрытия.
        С другой стороны Davies допускает достаточно много замечаний о превосходстве европейцев, для того чтобы воспринимать его критически.
        В конце концов китайцы (и ЮВА) не зря используют Chunam в течение 2 тысяч лет- он как-то работает. Хуже, чем медь- но ведь и проще обновлять, и дешевле. Если медь- проблема…

    • Ключ к пониманию, имхо, в этой таблице

      https://www.dropbox.com/s/5m9f63qsbfbqlwd/fouling.png

      То есть даже слабые яды сдерживают обрастание губками. Но усоногие моллюски(barnacles) и древоточцы плюют практически на все.

      + doi:10.1006/ijna.2000.0315 — проблемы с ранней медной защитой

  • RustyBollard

    Еще один способ, достаточно широко использовавшийся в 17-18 веке:

    In the 17th and 18th centuries, the Verenigde Oostindische Compagnie (VOC) or Dutch East India Company (и не только RB) outfitted all its ships with a protective layer of wooden sheathing -also known as sacrificial planking. This application was intended to shield the hulls from the ravages of marine borers such as teredo worms. Pine or fir sheathing planks were fastened to the exterior hull with iron sheathing, or filling, nails. Shipbuilders hammered them in close together so that, as they corroded, they formed an iron oxide buffer thought to be toxic to marine organisms.

    https://www.academia.edu/2276273/_2012_._Chapter_34_Use_of_Pine_Sheathing_on_Dutch_East_India_Company_Ships_in_N._G%C3%BCnsenin_ed._Between_Continents_Proceedings_of_the_twelfth_International_Symposium_on_Boat_and_Ship_Archaeology_Istanbul_2009_ISBSA_12_pp._241_251?auto=download

    • про это и в статье есть
      // корпус обшивали временным покрытием из деревянных реек.

    • KT315

      Современные краски на «жертвенном покрытии» тоже есть. Частицы покрытия отшелушиваются, если за них что-то сильно тянет. Но просто натолочь стекла или слюды и замешать в смолу боюсь не выйдет, там не бытовое всё.

  • RustyBollard

    In addition to pine sheathing, a mixture of animal (goat) hair and a resinous paying material(tar, retorted pine resin, or pitch) was typically applied to the outboard surfaces of the hull planking on VOC ships to provide extra protection against teredo worms.
    (тот же источник)

  • Как сказано в самой статье, пропитки креозотом хватает на несколько лет (насколько понимаю, непрерывного нахождения в воде). Если корабль не в кругосветку собрался, то на пару рейсов его хватит, а дальше, в любом случае, сухой док и капремонт.

    Немного неясна сама проблема, ибо непонятно для какой эпохи она, собственно, проблемой является.

    • Креозот не дает полной защиты от обрастания даже на эти несколько лет, только от точильщиков

      // Tar, pitch, bitumens, creosote,and other products of the destructive distilationof wood and coal are common ingredients cif bottompaints. Toxic properties have been attributed tothese products, though they alone wil not preventfouling for very long (32). They may have somevirtue as wood preservatives, and they do protectwooden structures from the depredations of thewood destroyers, Teredo and Limnoria.

      При пропитке креозот и дерево разогревают, так что обновить защиту корабля, как я понимаю, не получится, не строить же мегакамеру. Можно конечно обивать рейками с пропиткой, но если уж из свай он выветривается за несколько лет, то подозреваю для реек защита будет работать считанные месяцы.

      // Немного неясна сама проблема, ибо непонятно для какой эпохи она, собственно, проблемой является.

      Проблема не до конца решена и сегодня
      // Even though shipworms still cause an estimated $1 billion in damages worldwide annually
      черви убытки порядка в миллиард, обрастание — необходимость регулярного обновления краски, тоже в копеечку.

      Попаданец который строит океанский корабль с нуля рискует что он развалится через два-три месяца, как реплика китайской джонки что упоминалась в комментах. Попаданец в другие времена рискует потратить годы на медную защиту и с печалью обнаружить что защищать медь от коррозии нельзя.

      • 1. Попаданец вряд ли сможет построить крупный деревянный океанский корабль. Тонкости технологий ушли в прошлое за ненадобностью.
        2. Дополнительная легкосъемная обшивка из пропитанной креозотом или «смолкой» древесины в качестве защиты от древоточца — достаточно неплохая и дешёвая мера.
        3. Поскольку нормальной защиты от обрастания не изобрели до сих пор, то и заморачиваться этим не стоит.

        В общем, ничего лучше сухой докировки так и не придумано.

      • RustyBollard

        //При пропитке креозот и дерево разогревают, так что обновить защиту корабля, как я понимаю, не получится, не строить же мегакамеру//
        Для прогрева дерева при пропитке обычно использовали паяльные лампы (можно заменить факелом-например)

        //Немного неясна сама проблема, ибо непонятно для какой эпохи она, собственно, проблемой является.//
        Давайте попробуем сформулировать задачу по-конкретннее:
        Есть попаданец, который хочет построить океанский корабль-вундервафлю. Судя по проблемам с медным покрытием- это случилось раньше 18 века. Судя по самой постановке вопроса- это должно быть до 17 века. Проблемой обрастание стало после появдения кораблей, которые нельзя просто выташить на берег. И после открытия пути в тропические моря- в холодных водах обрастание менее актуально.Так что мы имеем дело с 14-16 веками (поправки и уточнения welcome).

        Задача защититься от всего и навсегда не решена и сегодня. Так что нам нужна:
        1.Надежная и эффективная защита от древоточцев (предотвратить необратимое разрушение корпуса);
        2.примерная защита от обрастания (не терять значительно в скорости);
        3.все это на срок одного океанского плавания (2-3 месяца)(Это минимальное требование- если получится больше-хорошо);
        4.Еще одно требование- легкость обновления и дешевизна покрытия.
        При выполнении этих условий корабль сможет существовать достаточно долго.

        Из этого и предлагаю исходить при оценке того или иного способа защиты дерева.

  • Майк

    Ацетатарсенид меди — крайне ядовитая зеленая краска, послужившая, по слухам, причиной смерти Наполеона. В настоящий момент запрещена везде, кроме окраски подводных частей морских судов, т.н. «необрастающая окраска»…

    • Пари́жская зе́лень (фр. Vert de Paris), также шве́йнфуртская, или шва́йнфуртская зе́лень (нем. Schweinfurter Grün) — органическое химическое вещество, смешанный ацетат-арсенит меди(II) Cu(CH3COO)2·3Cu(AsO2)2.
      Paris green (copper(II) acetate triarsenite or copper(II) acetoarsenite) is an inorganic compound. As a green pigment it is also known as Schweinfurt green, emerald green or Vienna green.

      https://darchive.mblwhoilibrary.org/handle/1912/191
      // The outcome was the demonstration that … Paris green present in the original formula added nothing to its antifouling characteristics
      // Adamson(1) states that arsenic trioxide and orpiment were tried and gave negative results, and Paris Green alone did not prevent fouling. Harris (20) attributes the low effectiveness of Paris Green to its small content of copper.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>