海洋防腐材料

海洋防腐材料

1. 引言

海水是自然界中数量最大且具有很强腐蚀性的天然电解质，海水中几乎含有地球上所有化学元素的化合物，成分非常复杂。除此之外，海水中还含有溶解氧、海洋生物和腐败的有机物等。这些物质对各类海上运输工具、采油平台、海洋设备等金属构件造成很大危害，并且随着各国沿海交通运输、工业生产和国防建设的发展，海水和海洋大气腐蚀的威胁也表现得越来越突出，目前较为适用且经济的海洋工程防护方法是涂覆防海水腐蚀的海洋涂料。为此本文在对船舶涂料的防腐蚀性、水性化和高固体分化关注的同时，对船舱涂料的安全性、防腐长效性等方面进行了较为全面的综述。

2. 防腐涂料

重防腐涂料是指在严酷环境中比常规涂料有更长保护期的防腐涂料，具有厚膜、高固体分、双组分等特征。重防腐是一个系统工程，涉及使用环境评估、材料选择、配套设计、施工质量控制等各方面，并且根据使用环境和维修的难易程度，对不同的使用对象有不同的使用年限要求，对于船舶涂料来说，要求有5~10年的防护期。

2.1. 重防腐底漆

重防腐涂料通常由底漆、中间漆和面漆组成。由于普通面漆的寿命远不及防锈漆，所以底漆的性能尤其重要，无机富锌涂料是被公认的重防腐涂料通用底漆。目前重防腐涂料体系的问题是缺乏长效的实际使用数据支持，没有有效的加速测试方法。

2.2. 玻璃鳞片涂料

在涂层上通常存在两大类微孔：分子空隙产生的10−5~10−7cm孔隙，溶剂挥发产生的10−2~10−4cm孔隙。溶剂挥发产生的孔隙是水汽、盐雾等腐蚀产物渗入的主要通道，在这方面，鳞片涂料有很好的阻挡效果，从而成为重防腐涂料底漆的重要选择。涂料中的鳞片材料主要有片状的云母、

云母氧化铁、石墨、锌粉、不锈钢和玻璃鳞片。片状云母、云母氧化铁、石墨等由于价格便宜，在船舶防锈涂料中得到大量应用，而玻璃鳞片的价格较贵，只在桥梁等建筑的涂装中最为常用。随着对舰船涂料更长效的要求，玻璃鳞片类型的重防腐涂料将会得到广泛的应用。

2.3. 超耐候性面漆

氟碳树脂是近年来广受关注的新型材料，它具有极优异的耐候性、耐沾污性、耐化学品性、耐溶剂性等，是超耐候性建筑涂料及重防腐涂料的优良材料。在海洋气候这种极苛刻的腐蚀环境下，以氟碳树脂及含氟聚氨酯等改性材料作为面漆的基料是极佳的选择，除用于船壳漆以外，还可用于接触强腐蚀介质的内舱涂料等。另外，有效期3~5a的脂肪族聚氨酯、5~8a 的有机硅改性涂料等超耐候性面漆有一定的市场。国内在树脂、制漆工艺、可重涂性和层间附着力等性能方面正在缩小与国外产品的差距。

2.4. 长效防腐配套涂料

目前就船舶涂料而言，无机富锌底漆+环氧中间层+脂肪族聚氨酯面漆性能最好，其次为无机富锌底漆+环氧中间层+乙烯类面漆，双组分环氧底漆+有机硅改性醇酸也可用于一般防腐场合。在修船中，由于无机富锌涂料有严格的表面处理要求，所以采用有机富锌涂料作底漆或直接使用双组分环氧底漆可以取得很好的效果。

3. 环保涂料

近年来，环境污染日益严重，对生态环境和人类的健康与生存构成了极大的威胁，目前已经在全球范围内掀起了保护环境的浪潮。这对各行各业都是一个新的挑战，对船舶涂料业来说更是如此。世界经济飞速发展，船运业日趋兴旺，海洋航运量也随之增加。然而，随之而来的问题是这些大小船只的船身都涂有含各种毒料、重金属化合物等有害物质的防腐涂料和防污涂料。涂料在施工使用和固化过程中会释放出有机溶剂，对环境和人身健康构成了严重的威胁。为了适应时代的发展和环境保护的要求，开发环保型涂料成为船舶涂料研究生产的主要目标，并且在涂料技术的开发中要达到高性能、省资源及适应生态环境的目的。

3.1. 无公害高性能防锈颜填料

常用的传统防锈漆一般都含有铬或铅等重金属化合物，毒性较大，对海洋环境及人类健康都会造成较大的危害。随着环境保护呼声的日益高涨，健康环保的海洋涂料的开发应用必将成为船舶涂料发展的趋势，不使用重金属而采用无毒磷酸锌、磷酸铝等防锈颜料。防腐颜料的无铅无铬化是防腐蚀涂料的发展方向。为此专家们研究开发出抑制钢铁腐蚀的新型防锈颜料，如磷酸锌、磷酸钙、钼酸锌、钼酸钙以及含锌化合物等;新型的锌一硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料等也是替代重金属颜料的有效品种。金属锰和它的化合物在防腐涂料中作为防腐蚀作用的抑制性颜料使用无论是单独效能还是综合效能，与传统的钼酸盐和铬酸盐抑制性颜料几乎具有相同的效果;铁氧体作为防腐蚀活性颜料也具有极佳的防腐效能。美国Gerace公司用离子交换型防锈颜料代替含重金属的防锈颜料，配制的涂料已用于北海油田平台的防腐。又例如发达国家已经禁止使用红丹防锈漆，所生产涂料中的颜料也都采用无毒的铝粉、锌粉、铁红等。

纳米微粒，如纳米级Ti O2、ZnO、CaC O3及Si O2，用于防腐涂料具有极好的协同作用。纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合，增强了涂层的致密性及抗离子渗透性。此外，纳米微粒还可以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、硬度、光洁度和耐老化性，是重要的发展方向之一。

3.2. 水性涂料

水性涂料中最重要的防腐涂料就是水性无机富锌涂料，它是以无机物为主要成膜物、高含量的锌粉为防锈颜料、水为分散介质的高固体分厚膜涂料，是海洋环境防腐蚀领域中防锈性能最优异的一类涂料，并且很有推广价值。水性无机富锌涂料作为一种零VOC的环保型防腐涂料，已被各行各业所接受，具有广阔的发展和应用前景。近年国外还出现了无机磷酸盐水性富锌涂料，对底材处理要求相对较低，性能优异。如德国Galvatech Led 公司开发的Zinga富锌涂料含锌95%，已使用多年，防腐性能极好。近年国内水性高模数硅酸钾、硅酸锂富锌涂料已在工程上应用，性能也在不断改进完善中。

除了水性无机富锌涂料外，厚浆醇酸、水性环氧、丙烯酸改性醇酸或环氧、水性聚氨酯等水性涂料已达到了产业化和实际应用的阶段，在内舱和油水舱中底面配套使用时可极大地改善施工环境。但是，因为船舶所处的环境比较恶劣，水性涂料的防腐蚀性能还达不到要求，使得水性涂料在船舶上的应用较少。