船舶涂装与防腐论文

船舶涂装与防腐

摘要作为涂料领域仅次于建筑涂料的第二大涂料品种，防腐涂料具有的悠久的发展历史，长期以来，防腐涂料的科研和市场应用一直是涂料行业关注的重点。本文综述了防腐涂料的防腐机理、分类及主要特性、应用和发展方向，重点介绍了聚氨酯防腐涂料、环氧树脂防腐涂料、水性防腐涂料及聚苯胺防腐涂料。对防腐涂料的防腐机理、特点进行了介绍, 重点对重防腐涂料的发展现状进行了归纳总结, 并对防腐涂料的发展趋势进行了展望。

关键字防腐涂料；分类；应用；发展

引言

地球表面的4／5为海洋所覆盖，海洋经济和海洋产业对人类社会的发展起着极为重要的作用。我国从南至北海岸线长达 18 000 多 km ，南北气温相差50℃ ，海生物众多。海洋环境是十分严酷的腐蚀环境，船舶长期处于这样的海洋环境中，腐蚀极其严重，而涂料一直是其最主要的防腐手段。海洋防腐和防污涂料是构成海洋涂料的基础。根据各种设施的使用环境和要求不同，又衍生出各种系列产品，例如，船舶涂料、海洋工程设施用重防腐涂料等。其中，船舶涂料叉分为船底防腐和防污漆、船壳漆、甲板漆、内舱漆以及阻尼降噪等特种涂料。由于船舱的特殊性，人们除了关注船舱涂料的耐蚀性外，还特别关注其毒性问题。因为涂层的耐蚀性影响到船舶的服役时间和服役性能，而涂层的毒性问题则关系到船员的人身健康与安全。

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。

1 防腐涂料的防腐机理及特性

1.1 防腐涂料的防腐机理

防腐涂料的防腐机理是通过三个作用作用来得以实现，即隔离屏蔽作用、钝化缓蚀作用和电化学保护作用。

(1)隔离屏蔽作用:通过水性涂料在金属表面形成涂层，隔离介质与金属的接触，达到防腐目的。

(2)钝化缓蚀作用:涂层的钝化缓蚀作用是借助涂料中某些颜料改变金属表面性能，使其金属表面钝化，从而达到延缓腐蚀的目的。

(3)电化学保护作用:通过在涂料中添加一些电位比基体金属活泼的金属作为填料，当电解质渗入涂层到达金属基体时，金属基体与电负性金属填料形成腐蚀电池，填料作为阳极首先发生溶解，达到保护基体的作用。

1.2 涂料的特性

(1)能在苛刻条件下使用，并具有长效防腐寿命，重防腐涂料在化工大气和海洋环境里，一般可使用10年或15年以上，即使在酸、碱、盐和溶剂介质里，并

在一定温度条件下，也能使用5年以上。

(2)厚膜化是重防腐涂料的重要标志。一般防腐涂料的涂层干膜厚度为

100μm或150μm左右，而重防腐涂料干膜厚度则在200μm或300μm以上，还有500μm～1000μm，甚至高达2000μm。

根据美国NACE标准[PR-01-76（1983）修正版Iten No.53105对ZS-711涂层进行抗腐蚀性能评定，结果，顺利通过了4000h盐雾试验和4000h湿热试验的考验。涂层具有卓越的耐候性，抗老化、抗辐射、耐磨、耐冲击、耐高温（400℃～600℃）、低温（-60℃），导电性稳定；其电阻率可满足防静电要求，又能保证涂层的长寿命。

(3)附着力强：涂层与基体结合力强，涂料组成物中含有羟基（-OH），金属基体提供正离子，能形成化学键结合，在涂料中的偶联剂帮助下，甚至实现共价链的结合。在空间网状结构维系下，涂料组合物中含有的金属、金属氧化物纳米材料和稀土氧化物超微粉体，帮助涂层形成一个致密的界面过渡层，使其综合热力学性质与基体相匹配。

(4)高效方便：施工简便，真正实现无机涂料的常温自固化，当环境温度20℃，相对湿度小于85%时，表干15min，实干2h，可保证高效率施工，可实现优异的抗盐雾，耐老化。涂层具有自我修补性，外力造成的局部划痕仍可受到保护，涂层不受切割及焊接损伤，带涂层焊接不影响焊接质量。

(5)使用方法灵活：无机聚合物防腐涂料即可单独使用也可作为防腐低层涂层与有机漆配套使用，单层的无机聚合物防腐涂料作为底漆时可与环氧系、丙烯酸系、聚氨酯系、氯化橡胶系、沥青系等面漆配套使用，附着力强。

2 防腐涂料的分类及主要特性、应用

2.1 聚氨酯防腐涂料

聚氨酯树脂主要是由二元或多元的异氰酸酯与二元或多元醇经逐步加成聚合反应而成的氨基甲酸酯树脂[1]。它是针对聚氨酯重防腐涂料耐碱稍差的缺陷，采用中外公认的长寿型氯磺化聚乙烯橡胶作主要改性剂，通过加入特种添加剂、优质颜填料、助剂等，经先进工艺制备而成的双组分重防腐涂料。在聚氨酯大分子中，除了含有大量的氨基甲酸酯键外，还可能含有酯键、醚键及大分子链之间还存在氢键。所以这种树脂制备的防腐涂料不仅防腐性能好，而且涂层具有良好的附着力、韧性、耐磨性、弹性和耐酸、耐碱、耐盐、耐油、耐石油产品、耐苯类溶剂和耐水、沸水、海水及耐化工大气[2]；涂层具有良好耐候性、保光保色性、高光泽性和装饰性，还有较好的耐温性(可耐160℃)；施工方便，干燥速度快，在0℃时也能正常固化，一次成膜厚，施工道数少，采用通用施工方法即可。更为重要的是，与其它涂料相比，聚氨酯涂层生命周期成本最低[3]。但是单一的聚氨酯涂膜仍存在机械强度不够好、耐候性不佳等缺陷。

2.2 环氧树脂防腐涂料

环氧树脂是平均每个分子含有两个或两个以上环氧基的热固性树脂，其涂料是目前世界上应用数量最多、适用范围最广、最为重要的重防腐涂料。每年世界

上约有40%以上的环氧树脂用于制造环氧涂料，其中大部分用于防腐领域。环氧树脂分子结构的特点是大分子链上含有环氧基，由于不同的原料及生成环氧基的不同方法，会得到不同种类的环氧树脂。环氧树脂涂料的主要成分是环氧树脂及其固化剂，辅助成分有颜料、填料等。环氧树脂防腐涂料的优点突出：首先它具有较高的附着力和良好的耐腐蚀性能，同时在固化时没有小分子副产物产生，而且固化收缩率较小，拥有良好的成膜性能，还能与各种树脂、填料和助剂进行良好混容，易于配制成水性化和厚膜化等无公害重防腐涂料。它适用于海上、沿海工业区等严重腐蚀环境中钢铁建筑物的涂装。普通环氧树脂涂料还存在一些不足，如耐候性差，易粉化，高温下承受强腐蚀介质(如较强的酸、碱和溶剂)能力不强等。

2.3 水性防腐涂料

水性防腐涂料主要是以水为溶剂和分散剂，与溶剂型防腐涂料相比生产和运输过程更加安全，不含或含有少量溶剂，VOC 释放量极低，适用于室内及室外环境。目前，水性防腐涂几乎已达到溶剂型防腐涂料的性能。水性防腐涂料种类很多，主要有环氧、丙烯酸、无机硅酸锌涂料等，其中已经成功工业化的主要有水性环氧涂料和水性无机富锌涂料。

2.3.1 水性环氧涂料

水性环氧防腐涂料主要由两组分组成：一组分是疏水性的环氧树脂，另一组分是亲水性的胺类固化剂。制备过程中的关键在于疏水性环氧树脂的乳化以及环氧树脂与固化剂的配比。环氧树脂具有较好的耐腐蚀性，附着力强，能够使涂料的防腐性能更加优越。

水性环氧防腐涂料相比其它水性防腐涂料有以下优势：对基材的附着力较高；涂膜耐化学品性较好；可与其它水性聚合物混合使用，在性能上互补。

水性环氧防腐涂料的研究主要经历2个阶段：20 世纪70 年代主要以聚乙烯醇为乳化剂；80 年代采用含环氧基团的乳化剂，并出现自乳化环氧树脂[8]。

我国从20 世纪90 年代开始对水性环氧体系进行研究与开发，目前的研究重点在于对环氧树脂进行改性以及提高固化剂与环氧树脂的相容性。周立新等[9]以自制的环氧树脂乳液为基料、磷酸锌为活性防锈颜料合成水性环氧防腐涂料，重点研究了涂料的颜基比、固化剂与环氧树脂的当量比等对涂膜性能的影响，所研制的水性环氧防腐涂料性能达到了国外同类产品的水平。

2.3.2 水性无机富锌涂料

水性无机富锌涂料一般由成膜基料和锌粉两组分组成，主要是以无机聚合物（如硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等）为成膜基料。目前国内水性无机富锌涂料的基料主要是硅酸盐系列，包括硅酸钠、硅酸钾等品种[10]。无机富锌涂料在导电性、耐候性、耐溶剂性等方面优于有机富锌涂料，尤其是当作单一涂层时，具有更好的耐久性和耐候性。

水性无机富锌涂料无论是采用颗粒状锌粉还是目前推出的鳞片状锌粉，均是通过电化学作用牺牲锌来保护铁的，同时通过锌粉与成膜基料在金属表面反应形成锌铁络合物来进行物理屏蔽，阻止锌、铁被进一步氧化以及氧气、水等有害介质的渗入。此外，富锌涂料还具有“自修补”的特点，即当部分涂膜被机械损伤后，锌的腐蚀产物会沉积在受损部位形成一层保护膜，进而起到保护作用。水性无机富锌涂料所含的锌粉量占干膜总质量的74%以上[11]，在配方中不仅起到防锈颜料的作用，而且是涂料的固化剂，因此其作用远远超过一般锌粉防锈漆中的