重防腐涂料

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腐蚀会造成巨大损失。目前全世界每年因腐蚀造成的经济损失约在10000亿美元，约为地震、水灾、台风等自然灾害总和的6倍，2000年美国因腐蚀造成的损失达3000多亿美元，而2001年经测算中国的这一数字已达4000亿人民币[1]。可见腐蚀的防护十分重要。
提到防腐蚀，不能不提到涂料与涂层防腐。这是因为，首先它可供选择的品种多，用途广泛，涂覆于金属表面可以保护其不受环境的侵蚀，同时赋予美观、伪装等作用；其次是施工简便，适应性广，不受设备面积、形状的约束，重涂和修复方便；最后涂料防腐可与其他防腐蚀措施联合使用，便可获得较完善的防腐系统。世界各国的防腐蚀实践证明：涂料涂层防腐蚀是最有效、最经济、应用最普遍的方法[2]。
从20世纪60年代开始，由于大型工程的出现和人们对防腐涂料应用条件、使用时效要求的不断提高，出现了重防腐的提法。重防腐涂料是指能在恶劣的环境下应用并具有长效使用寿命的涂料[3]，其有两方面的含义：一是指腐蚀环境恶劣，二是指保护寿命长。现代工业技术的发展为重防腐涂料提供了广阔的空间。金属与非金属防护理论、现代表面技术、新兴合成材料、防锈颜料、先进的涂装设备、现代检测技术等现代科学技术的发展为重防腐涂料提供了良好的技术物质条件，推动了重防腐涂料的进步和发展。可以说，重防腐涂料的发展水平标志着一个国家防腐涂料的发展水平甚至标志着一个国家的科技发展水平。
近几年来，重防腐涂料已经取得了长足进步，对苛刻环境下的物体防护起了重要作用，但就目前的品种而言，还无不能满足不同腐蚀环境下物质防护的要求，同时重防腐涂料存在的产品配套与系列化问题，降低重防腐涂料的生产和使用成本问题，满足越来越严格的环保要求问题等都困扰着当前重防腐涂料的发展。本文作者用发展的观点对重防腐涂料的未来发展方向进行概括，以期能够推动和指导重防腐涂料的发展。

1重防腐涂料的配套和系列化
一般来说，重防腐涂料由底漆、中间层、面漆等三部分组成，除了防腐性和要求各层之间具有良好的相容性、附着性和速干外，各部分因为所处得位置不同，要求也各不相同[4]。如底漆需要与所附着的底材有良好的附着性，中间层主要起增加厚度和提供柔韧性作用，面漆击破要抵抗腐蚀介质和耐候性等。这就需要根据各种树脂的特长、颜料的特性，分别研制底漆、面漆和中间漆，同时整体配套涂料的性能要保证。
另外，针对某一行业，其各个部分所处环境的不同，所用重防腐涂料也不相同。如石化行业，油罐的内外壁所用的防腐涂料就不相同，即使是油罐内壁，也根据具体接触介质的不同而不同，油罐罐底一般采用环氧沥青涂料或玻璃鳞片涂料，水线以上的罐壁通常采用导静电涂料。再如海上石油平台，因为其所处环境恶劣，防护期要求时间长，需采用重防腐涂料，而石油平台的大气区、浪溅区和潮差区、水下区采用的防腐蚀涂料也不相同，水下区采用环氧沥青，浪溅区和潮差区采用环氧玻璃鳞片，大气区采用氯化橡胶或聚氨酯面漆。因为防腐涂料的应具具有这样的特点，即相对于建筑涂料和木器涂料来说用量小，用户购买的次数少，但一次购买量大。用户需要的品种多，专用性强，出于便利的考虑，往往都从一家涂料生产商购买[5]，所以涂料生产企业注重自身企业产品的配套性和系列化，使自己的产品专用性强，品种全。

2锈面用重防腐涂料
锈迹的存在对涂层质量影响很大，甚至关系到整个涂装工程的成败。一般的涂装前，都要对涂覆表面进行除锈处理，但费工费事，增加整个涂装的成本。目前除锈处理的涂装成本中占有很大比例，二级除锈占5%以上，三级除锈占30%～40%[6]；不仅如此，除锈要用大量的酸液，酸液不仅对操作人员有潜在危害，而且废酸水不经处理外排，将严重污染水环境。另外对于一些大型工程，现场除锈是很困难的，有些甚至是不可能的或者不能完全将锈除干净。因此带锈、防锈低表面处理的重防腐涂料将是发展方向。锈面涂料就是直接在除去上层浮锈的钢铁表面，自行化学除锈、防腐，也可在无锈蚀的金属和非金属材料表面上使用，起防腐和装饰作用。其机理是利用渗透性较强的树脂为基料，借助于渗透剂与极性溶剂的配合，使涂料具有良好的渗透性，从而浸润和渗透锈层并把锈层封闭。另外依靠树脂中的反应基团，活性颜料或锈的转化剂与锈层中活性有害成分反应，生成稳定的抑制物或惰化，从百使整个锈层成为涂料中稳定的具有保护性的填料[8]。

3满足环保要求
锈面涂料避免了采用酸液来对环境造成的污染，但溶剂型涂料的VOC（有机挥发物）和有毒重金属颜料的使用，也会对环境造成极大污染。因此，低VOC含量的水性涂料、高固体分涂料、粉沫涂料以及无毒防锈颜料的开发也成为重防腐涂料的发展方向。
3.1环保型树脂的开发
对于高固体分涂料，因其可在现有施工设备上使用，效果良好且符合环保法规，而受到人们的重视，具体在本文后面另有介绍，水性涂料是以水来代替溶剂涂料中的有机溶剂，因此可以大大降低VOC含量。水性化涂料以往通常应用在条件温和的场所，随着新型水性树脂的出现，水性化重防腐涂料的开发成为热点[9]，如美国Rohm& Hass公司开发的水性双组分丙烯酸/环氧树脂涂料系列MAINCOTE AE-58，其性能明显优于溶剂型环氧/聚氨酯系列[10]。目前的开发热点是以双组分水性聚氨酯为面漆，环氧改性丙烯酸富锌为底漆的水性重防腐体系[11]，主要需要解决的问题是水性防腐涂料的闪蚀和耐水性问题。本课题组开发的以水性环氧乳液体系配合氧化铁红和其他防腐性颜填料研制的防腐蚀底漆，耐水性、耐盐水性、耐用消费品酸液和碱液性能优良。无机富锌底漆是水性重防腐涂料中的重要一员，据NASA报告，在各类富锌涂料中抗蚀性最佳的为水性无机富锌涂料，它在海洋大气条件下的使用寿命至少为25年[12]。粉末涂料在重防腐涂料领域应用最普遍的是在过去时地管道方面。熔融环氧粉末涂料具有无溶剂污染、涂覆方便，不需要底漆，一次喷涂即可获得厚膜，固化速度快以及性能优异、与阴极保护系统兼容等特点，是世界上使用最多的管道防腐蚀涂料体系[13]。目前，当今世界各国的粉末涂料生产厂家，在管道防腐用环氧粉末涂料配方研究方面，纷纷把精力集中在粉末涂料用各种基料的改性研究上。辐射固化涂料因需要辐照光源，目前在一些大型设备上无法实现，而在重防腐涂料中使用的不多。
3.2无毒防锈颜料的采用
重防腐涂料一般采用含有重金属的（如铬、铅等）的防蚀颜料，这类防蚀颜料具有优良的缓蚀钝酸盐的水溶性六价铬会致癌，同时也能造成环境污染，因此这类颜料逐渐会受到限制。近年来人们也在不断开发和使用不含铬、铅的无毒防锈颜料，主要有磷酸锌、三聚磷酸铝、钼酸锌和铁酸钙、偏硼酸钡、离子交换型颜料等，其中效果较好、应用较广的有磷酸锌和磷酸铝等。M Morcillo和M P Mteo[14]比较了磷酸锌与红丹（含铅）和锌铬黄所制得涂料的防腐效果，结果发现，只要设计得当，用磷酸锌为颜料的涂料的防腐效果完全可以和红丹、锌铬黄制得的涂料接近。另外有研究表明，采用几种无毒防锈颜料的混合物，可以起到互相增效的结果[15]。虽然目前没有发现有一种无毒防锈颜料性能能够完全代替传统有毒的防锈颜料，但可以预见，随着新型颜料及其复合物的不断出现，无毒防锈颜料在经过实践的考验和人们的接受后，将会完全取代传统的有毒防锈颜料。

4长效性（耐久性）的提高
采用防腐蚀涂料来达到一劳永逸的效果是不可能的，但是人们正努力追求不断延长防腐涂料的防护周期，来达到半永久的目的，争取在防护物体的使用寿命内自始至终有效。随着防腐涂料向重防腐涂料过渡，近年来又出现了一种超重防腐涂料的提法，重防腐涂料的耐久性一般应在10年以上，用于极其恶劣的腐蚀环境条件下，如航天、核电工业等[16]。有机硅树脂涂料的耐候性和耐久性秀好，一般能使用10～20年或更长的时间，可用作防腐蚀体系的面膜，同时也在研究使用有机硅来改性其他树脂而提高性能[17]。目前发现氟碳树脂具有优良的耐蚀性、耐侯性，用其制成的涂料使用时间可以达到15～20年，国外对其评价是超耐候性、超耐久性涂料[18]。可以预见，随着拳型防锈树、新型颜料、新型涂装技术和设备的出现，最大程度的发挥设计涂料的应有性能，完全可以延长重防腐涂料的保护期。
重防腐蚀装的初期费用比一般防腐蚀涂装高得多，但因耐腐蚀性能优异，使用期长，维护涂料费少，在有些不可能得到维修的地方使用，只要应用得当，就可获得明显的经济效益。据日本大涂料公司的分析报告，在那些腐蚀条件非常苛刻的地方采用重防腐蚀涂装系统符合经济成本分析[19]。

5磷片类重防腐涂料的发展
鳞片类防腐层的结构设计及材料组成可以较好地加厚防腐层，抑制腐蚀介质渗透，切断漆膜中的毛细孔，减少衬层和设备内残余应力，另外互相平行交叠的鳞片在漆膜中可以起到迷宫效应，延长腐蚀介质渗入漆膜的途径，因此可以提高有机高分子防腐层的使用寿命。鳞片填料主要包括玻璃鳞片（GF）、云母氧化铁（MIO）、不锈钢片、锌铝合金鳞片等。玻璃鳞片涂为新旧体制有优异的耐化学腐蚀性，抗渗水、水蒸气、腐蚀性离子，耐冷、耐热等特点，厚膜化玻璃鳞片涂料已成功应用在排烟脱硫装置，而石油储槽采用的玻璃鳞片涂料则是薄膜衬里的成功证明[20]。玻璃鳞片涂料虽然在实用化阶段取得了较好效果，但仍然存在一些问题，如玻璃鳞片是无机材料，脆性很大；与有机高分子树脂的相容性较差（需经过预先溶剂化处理）；玻璃导热系数低，不利于涂层耐热性的提高；由于玻璃是透明的，不能有效减少紫外线对涂层的破坏，因而不能改善涂层的耐候性；另外色彩、光泽也有待提高等。不锈钢粉鳞片重防腐涂料是为提高钢制品和钢铁构造物等防腐蚀耐久性而研制的新型重防腐蚀涂料，目前报道较多的是不锈钢粉环氧树脂涂料，也可用其他树脂。由于不锈钢粉有耐腐蚀、抗氧化、耐高温、耐化学和耐摩擦等性能，加之它在涂膜中能形成多层对构，因此在性能可靠的底漆上涂了不锈钢粉面漆之后，整个涂膜能保持20年完整而不必修补，所以大大节省了维修费用。较之玻璃鳞片涂料，不锈钢鳞片涂料在涂层结构致密性、耐磨性、机械强度、耐热性和耐候性等方面均有不同程度提高，是一种更具有应用前景的高性能涂料，但不锈钢磷片的生产工艺要求较高、成本高。锌铝合金鳞片重防腐涂料除了有阻隔全用外，利用锌铝金属的电位比铁低的特点，还有阴极保护作用。同时锌铝合金具有良好的延展性，其鳞片规格容易控制、可方便地获得较高的鳞片比表面积，本身耐热性好，导热系数高，表面光线反射率高，因而，锌铝合金鳞片就像不锈钢鳞片一样提高涂层的耐热性、耐候性[21]。云母氧化铁鳞片重防腐涂料能屏蔽水、氧透过，又能耐紫外线照射，因此可以用作底漆和面漆使用，云母氧化铁已被用于乙烯共聚物、环氧树脂、湿固化聚氨酸等先进的涂料中。

6互穿网络重防腐涂料的合成
形成互穿聚合物网络（IPN）来改变高聚物的性能，是继高聚物的物理共混和化学共混之后出现的一种新型高聚物共混技术。IPN是指两种或两种以上聚合物各自交联、互锁的网络，不同的聚合物间没有键连接，是不同网络在分子水平上的互穿。这种方法的高聚物比单一高分子聚合物的性能优异，改变IPN组分，可使其具有不同的性能。中国科学院金属腐蚀与防护研究所张成涛等人以蓖麻油、甲苯二异氰酸酯、苯乙烯与丙烯腈单体为主要原料，合成了具有互穿网络结构的重防腐蚀涂料。该涂料附着力强，可带锈涂装，耐磨性及防腐蚀性能优异，在酸、碱、水、油、化工大气等环境中应用，具有良好的耐腐蚀性能[22]。郑耀臣等研制成功了环氧与聚丙烯酸酯的互穿网络防腐蚀涂料[23]。可见加快IPN的研究，就会有性能更优异的耐腐蚀涂料产生。
7厚浆型和高固体含量的重防腐涂料的开发
重防腐涂料的一般干膜厚度要达到200μm或300μm以上，甚至2000μm，厚膜化是重防腐涂的重要特性之一[24]，厚的漆膜为涂料的长效使用期提供了可靠保证，同时也为涂料的施工提出了新的课题。如果涂料的固含量低，这样需要涂装多道才能达到要求的厚度，这样不仅使涂刷的费用和时间增加，采用的大量溶剂也对环境造成严重污染。既要求达到一定的厚度，又要求施工简便快捷，故高固体分、无溶剂型、厚浆型兴翻盖的开发成为重防腐涂料开发的热点。
首先需要解决的难题是低黏度、无毒活性稀释剂和安全可靠固化剂的开发，重点是无溶剂环氧树脂和聚氨酯的开发。美国Devoe Maren涂料公司的Devran 230、234QC、Devhem252和Devran 188是较有成效的无溶剂环氧树脂的代表。用环氧树脂改性不饱和聚酯也是无溶剂重防腐涂料的一个发展趋势，其将防腐和耐候性巧妙结合，得到价格适中、性能全面的重防腐涂料。英国Victor thorwe & Perrick公司开发的Rust-Oleum高固体分涂料，涂刷一次可以获得常规涂料6～7道才能达到的保护效果。
参考文献
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