我國防腐涂料研究開發的最新進展

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    我國防腐涂料研究開發的最新進展

    中國兵器科學研究院寧波分院腐蝕是自然界中普遍存在的化學反應，也是造成各種材料和設施失效的重要原因之一。有資料報道，我國每年因腐蝕造成的經濟損失，約為國民經濟總產值的5%左右[1]。溫度、濕度和腐蝕介質則是材料發生腐蝕的主要影響因素，當有電解質存在的情況下，不同電極電位連接的金屬材料及化合物就會形成電化學腐蝕；而金屬構件中不可避免地會存在各種各樣的應力，因而會造成材料的應力腐蝕。石油、化工、冶金、武器裝備等各種戶外設備，在強烈陽光的照射下，表面的溫度可高達70～80℃，高溫將加劇材料的腐蝕，也會嚴重損壞金屬結構的使用性能和降低使用壽命。在東南沿海地區高溫、高濕度和高鹽霧的環境條件下，高層建筑、鐵路、橋梁和油氣管道的腐蝕就會更為嚴重。有資料表明，相對濕度每提高10%，在有氯離子侵蝕的情況下，鋼筋銹蝕的電流密度將提高1.58倍，而且空氣相對濕度越高，混凝土中的水分越多，鋼筋的電化學腐蝕也越快。建筑物中的鋼筋及外裝飾材料等金屬構件如果發生嚴重的腐蝕，就會大大降低建筑物的結構強度，進而嚴重影響建筑物的使用壽命和安全性。埋設于地下的水管及油、氣管道所處的土壤環境和輸送物質大都會具有一定的腐蝕性，管道在長期的使用過程中內外壁都會受到腐蝕，如果管道因腐蝕發生穿孔造成油、氣的泄漏，就會產生環境的嚴重的環境污染，也很有可能引發巨大的災難。另外，各種各樣的機械設備、車輛、船舶和橋梁等還普遍存在嚴重縫隙腐蝕和焊接接頭的電化學腐蝕，這是各種工程的金屬結構中不可避免的情況。據統計，到2011年，我國鐵路的客車已有4.67萬輛，貨車為80.6萬輛，每年大量鐵路車輛因腐蝕造成的損失就高達3億元。近年來，我國的汽車保有量也飛速攀升，不僅造成了嚴重的環境污染，而且由于腐蝕造成的經濟損失也是巨大的。因此，研制高效、環保的防腐涂料已經是當前新材料技術研究和開發的一項非常迫切的任務，而且預計將會具有十分廣闊的應用前景和巨大的經濟效益[2-4]。

    一、重防腐涂料

    通常，重防腐涂料是指用于苛刻腐蝕環境下具有長效使用壽命的涂料，并要求在化工或海洋環境設備上的使用壽命不小于10～15年；在酸、堿、溶劑介質中使用壽命不小于5年。目前,常用的重防腐涂料主要是溶型劑玻璃鱗片重防腐涂料、聚硅氧烷重防腐涂料和鋅鋁基重防腐涂料。近年來，研究人員還開發出了純聚脲涂料和新型綠色生物基涂料等重防腐涂料[5]。另外，由于熱反射隔熱重防腐涂料是一種具有隔熱功能的涂料，它廣泛地應用于石油化工企業的各種溶劑儲罐、成品油儲罐等戶外設施的外壁防腐。玻璃鱗片重防腐涂料具有耐腐蝕性能好、耐磨損、施工簡便、易于修補等諸多優點，因而在化工設備和鋼鐵結構上應用廣泛，特別適宜在各種海洋工程設備、海上石油平臺、港灣碼頭及船舶等防腐蝕工程上應用[6]。施銘德等通過對閉孔珍珠巖、�；�微珠和膨脹珍珠巖的性能對比試驗，研制出以羥基丙烯酸樹脂、鈦白粉、閉孔珍珠巖和二甲苯為主要原料的熱反射隔熱重防腐涂料，是一種具有較低導熱系數和優異的綜合性能的新型隔熱防腐涂料[7]。

    張靜等研制的丙烯酸聚硅氧烷雜化重防護防腐涂料的配方如下：丙烯酸聚硅氧烷樹脂為50%～60%、鈦白粉為15%～25%、防銹顏料為15%～20%、防沉劑為1%～3%、流平劑為0.1%～1%、消泡劑為0.1%～1%%、紫外光吸收劑為1%～2%，并選用鈦酸丁酯作為催化劑，以使整個涂層發生化學反應，形成有機和無機的雜化體系。經檢測表明，所研制成功的這種新型雜化聚硅氧烷重防腐涂料，不含游離的異氰酸根，是一種環保型的防腐涂料[8]。劉成樓等用丙稀酸改性環氧樹脂、稀釋劑、液態聚硫橡膠，以及改性胺固化劑、促進劑和親水劑等原料研制的涂料，具有重防腐、隔熱、隔音和導靜電的性能；這種涂料的固體含量大于98%，經固化后涂層柔軟致密，是一種可用于大型油罐的內壁、船舶壓載艙、海上平臺和橋梁等的重防腐涂料[9]。

    師麗華等研制的由過氯乙烯樹脂、熱塑性丙烯酸樹脂、醛酮樹脂、過氯乙烯自用稀料等為主要原料的重防腐涂料，經性能測試和涂裝，與普通的聚氨酯涂料和環氧涂料相比，不僅價格廉低、施工方便、干燥時間短，而且其防腐性、裝飾性與耐候性均良好，還克服了氯乙烯樹脂涂料涂層附著力不太好的缺點[10]。王興智等通過對氯醚樹脂進行改性,制備了由15%～35%不同含量的氯醚樹脂的底漆、中間漆和面漆構成的重防腐涂料體系，經各種性能檢測，涂料的附著力良好，耐水、耐化學腐蝕、耐大氣老化等性能優異，可廣泛應用于石油化工使用的油氣管道、儲存罐、橋梁和各種戶外鋼結構件的腐蝕防護[11]。黃衛采用由氯醚樹脂（25%～30%）、丙烯酸樹脂（5%～10%）、三聚氰胺磷酸鹽（25%～30%）、季戊四醇（5%～10%）、可膨脹石墨（3%～5%）和顏填料（15%～20%）等制備的超薄型鋼結構防火防腐涂料，經檢測，該涂料阻燃性能持久，具有優良的耐化學試劑性和耐候性，可廣泛應用于各種要求防腐和防火性能的鋼結構[12]。

    二、環氧樹脂防腐涂料

    環氧樹脂是一種線性結構的高分子材料，具有良好的穩定性、粘結性、絕緣性和力學強度，同時還具有較好的耐堿性和耐油性。但是，由于環氧樹脂難溶于水溶液中，而用有機溶劑價格高、易發揮，有些還有毒性，不符合目前環境保護的要求，因而研制環保型環氧樹脂涂料就成為這類涂料研究的熱點[13]。吳雪梅等用交流阻抗技術研究了超細二氧化鈦（Ti02）改性環氧樹脂防腐涂料性能，發現在濃度為3.5%的NaC1溶液中，該涂料的交流阻抗譜為單容抗半圓弧，且等效電路為極化電阻和涂層電容并聯的結構，在經半年的浸泡后，這種涂料的極化電阻仍大于108Ω·cm，而涂層電容小于10-10F／cm2，吸水率為0.12，表明這種涂料具有良好的耐蝕性和耐水性[14]。張娟等用618環氧樹脂、非活性稀釋劑2020、膨潤土、濕法絹云母等制備了一種無溶劑的涂料，一次性涂沫500μm不出現掛流現象，防腐和施工性能良好，可與防銹和防滲透性底漆共用，可用于鋼結構和混凝土的重防腐[15]。湯誠等為克服普通環氧樹脂涂料耐酸性不好的缺點,制備了由25%～35%底漆和30%～45%面漆構成的酚醛環氧樹脂防腐涂料，這種涂料固化后在常溫下經10%的硫酸、鹽酸、硝酸和鹽水等進行了耐化學品性能測試，表明該涂料不但具有普通環氧樹脂涂料良好的耐堿性，而且還有優異的耐酸性的綜合防腐性能，因而適用于化工生產惡劣環境中設施的腐蝕防護[16]。

    張熠等用聚己內酯、新戊二醇和順丁烯二酸酐制成聚酯樹脂后,再與六亞甲基二異氰酸酯(HDI)反應，然后加入有機硅制得丙烯酸改性聚酯樹脂,用這種合成的丙烯酸改性聚酯樹脂（60%）、TiO2（24%）和適量的顏填料研制了一種適用于海洋氣候條件下鋼結構表面防護涂層的面漆。當用這種面漆與環氧樹脂（16%）、鋅粉（62%）、環氧稀釋劑（20%）及顏添料的底漆和環氧樹脂（28%）、云母氧化鐵（24%）、環氧稀釋劑（20%）和多種顏添料的中間涂漆構成的涂層體系，其防腐性能滿足海上平臺鋼結構的防護要求[17]。李明等研制了一種含有25%～35%環氧樹脂、25%～35%玻璃鱗片、25%～35%固化劑和顏添料為基本配方的長效防腐涂料，經耐鹽霧試驗4000h和耐濕熱試驗3000h，涂層無異常，表明涂料具有優異的耐腐性能，可用于海洋平臺、石油化工等金屬構件等重防腐防護[18]。

 
 （水性環氧防腐涂料）

三、水性防腐涂料

    目前，環保越來越受到人們的關注，而以往防腐涂料以溶劑型為主，這些涂料中不僅含有苯類、乙二醇醚類等易揮發物質，而且還大多含有可造成土壤污染和危害人體健康的紅丹、黃丹、鍶鉻黃等重金屬防銹顏料，因此用水性防腐涂料替代溶劑型涂料已經成為一種必然的發展趨勢。孫秀萍等研制了主要原料為自制水性丙烯酸樹脂50%～60%、鈦白粉15%～25%、稀釋劑15%～20%及少量添加劑的面漆和防銹顏料25%～30%、填料20%～25%、水10%～15%及其他助劑底漆的新型涂料。經檢測，涂料的耐水性、耐酸性和耐堿性和耐沖擊性能優異，可適用于汽車、船舶內部鋼質結構的裝飾和防腐的處理[19]。蔡繼權等用水性改性胺環氧固化劑和液體環氧樹脂828中加入三聚磷酸鋁、滑石粉、云母氧化鐵紅、磷酸鋅及助劑研制了一種水性環氧防腐涂料。該涂料所采用的云母氧化鐵紅-磷酸鋅-改性三聚磷酸鋁-防銹助劑的顏填料體系，在耐水性和耐腐蝕性與國外同類產品相當，可用于儲油罐、蓄水池、船艙等的內壁防腐保護[20]。劉江濤等用水性環氧酯改性丙烯酸樹脂42%～41%、云母氧化鐵紅6%～8%、硫酸鋇5%～8%、磷酸鋅3%～4%、三聚磷酸鋁3%～4%及多種助劑研制的水性底面合一防腐涂料，性能檢測表明，涂料的綜合性能優異，且具有普通面漆的可裝飾性，特別適用于汽車齒輪箱、散熱器和冰箱壓縮機等的表面防護[21]。

    劉成樓等以苯丙乳液MAINCOTETMHG-86、金紅石型鈦白粉R-706、熱反射粉803ZW、磷酸鋁鋅、空心玻璃微珠、納米二氧化硅、用防銹乳液HG-86和多種助劑為原料制備了一種灰白色水性隔熱防腐涂料。這種涂料具有對太陽熱能阻隔、反射和輻射功能，且為底面合一的單涂層涂料。經檢測，涂層的耐水性能、耐化學品腐蝕性能及耐老化性能良好，并具有隔熱降溫功能[22]。周曉紅等用水性環氧樹脂、氧化鐵紅、超細天然硫酸鋇、濕法云母粉、滑石粉和各種功能助劑開發的快干水性變速箱車橋防腐涂料，具有機械強度高、附著力好、防腐性能良好，這種涂料施工性能好，可在常溫下自干，也可在低溫下進行烘干，可適用于變速箱、車橋、汽車底盤和金屬構件的裝飾與腐蝕防護[23]。

    張曉娜以水性環氧乳液40%～50%、三聚磷酸鋁15%～20%、氧化鐵黑8%～10%及多種助劑制備的雙組分水性環氧防腐涂料，漆膜性能測試表明，所合成的水性環氧樹脂乳液及水性環氧樹脂固化劑相容性好，制成的漆膜致密，物理、化學性能優異，干濕膜附著力良好，適用于船舶、集裝箱、石油化工管道等鋼鐵構件的防銹和防腐涂裝[24]。胡群義和張明星用水性環氧樹脂乳液、鈦白粉、沉淀硫酸鋇和云母粉為主要原料，并添加各種助劑制備的防腐涂料，其防腐性能良好；同時，還深入探討了水性環氧樹脂乳液和固化劑當量、顏填料種類及體積濃度(PVC)對防腐涂料性能的影響[25]。

    蔣穹等用55A1-Zn-1.6Si合金粉末在Q235鋼表面上制備了熱燒結的鋁鋅硅合金涂層，在常溫下進行3.5%鹽水浸泡實驗和三電極體系電化學測試研究，并用掃描電鏡和X射線衍射分析了A1-Zn-Si合金涂層顯微組織及腐蝕產物形貌，結果表明，這種合金涂層具有陰極保護作用，且這種可合金延緩涂層中金屬粉末的消耗，并可減小犧牲陽極的腐蝕速率[26]。劉宗晨以環氧樹脂、煤瀝青、助劑和乳化劑為A組份，以固化劑、顏填料、助劑和水為B組份研制的水性環氧煤瀝青防腐涂料，具有不燃、不爆，使用方便，且其防腐性能與溶劑型環氧煤涂料相當，特別適用于地下室、水下設施，但也存在無法制成淺色涂料的助劑有毒性的缺陷[27]。

    李炎等用石棉粉與十二烷基苯磺酸反應制備了聚苯胺-石棉復合物,加入聚合物乳液、沉淀白炭黑、云母、瀝青、磷酸鋅、納米二氧化硅、鱗片等原料制成的防腐涂料。經用循環伏安曲線與電化學阻抗譜測試此涂層的防腐蝕性能測試,結果表明,石棉復合物添加到涂料中，有顯著的陽極保護作用，因而該防腐涂料具有優異的防腐性能[28]。

    四、展望

    目前，我國防腐涂料的研究和應用水平與西方工業發達國家還存在一定的差距，特別是在惡劣環境條件下使用的防腐涂料相對比較落后，這將嚴重地影響我國實現工業化強國和海洋大國夢想的進程。因此，為了克服環境污染日益嚴重產生的影響，盡快實現高性能涂料的國產化和系列化，我國防腐涂料研制應該以無污染、無公害、節能和經濟為原則，大力開發水性、無溶劑和高分子的環保型涂料，并按照高性能、多功能、低價格和節能環保的發展目標，以滿足石油、化工、汽車、火車、船舶、建筑等各個領域不斷增長的巨大需求。但也應注意到，國內大量防腐涂料的研究大多還處于實驗室階段，應大力支持那些技術成熟、性能優異的防腐涂料完成工業化試制，并使其盡快實現產業化生產和工程化應用。同時，根據未來涂料主要是以水性涂料為主的發展趨勢，應大力開發新型水性環氧樹脂的重防腐涂料，重點深入開展環氧樹脂改性的研究，以解決環氧樹脂涂料表干時間長、固化不充分、易腐蝕金屬等缺點�？梢灶A料，隨著我國船舶、石油平臺、集裝箱、化工設備、鐵路、公路、橋梁及城市設施等建設的高速發展，防腐涂料的需求將會非常旺盛的發展勢頭，而且將會有巨大的經濟效益和良好的市場前景。

    參考文獻

    [1]柯偉.中國腐蝕調查報告[M].北京:化工出版社,2003:248.

    [2]李燕梅,趙永飛,張存信.熱帶海島高熱反射涂料的需求分析[J].現代與涂裝,2014(1):23-25.

    [3]孫振僑,謝軍.天然氣長輸管道的防腐與防護措施[J].能源與節能,2013(8):36-38.

    [4]汪金奇.鐵道車輛縫隙腐蝕和腐蝕控制[J].現代與涂裝,2013(8):56-58.

    [5]謝遠偉,黃微波,伯忠維,等.金屬材料表面新型重防腐涂層研究進展及發展趨勢[J].上海涂料,2012,50(5):40-43.

    [6]屠振文.玻璃鱗片涂料與玻璃鱗片定性定量分析[J].上海涂料,2011,49(1):35-37.

    [7]施銘德,劉思平,梁基碼.閉孔珍珠巖在熱反射隔熱重防腐涂料中的應用[J].涂料技術與文摘,2013,34(3):13-15,20.

    [8]張靜,蔣健明,康思波,等.丙烯酸聚硅氧烷雜化重防護防腐涂料的研究[J].中國涂料,2012,27(12):15-19.

    [9]劉成樓,隗功祥.無溶劑環氧重防腐隔熱導電涂料的研制[J].技術與經驗交流，2012，15(2):22-28.

    [10]師麗華,何桂蘭.過氯乙烯丙烯酸防腐涂料的研究[J].涂料工業,2013,43(3):63-65.

    [11]王興智,張小琴.改性氯醚防腐涂料的研究[J].現代涂科與涂裝,2009,12(10):4-6.

    [12]黃衛.鋼結構氯醚樹脂防火防腐涂料的制備與研究[J].中國石油和化工標準與質,2012,33(11):24-28.

    [13]李依璇,邸建軍.環保型環（作者：張存信）

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