我國防腐涂料研究開發(fā)的最新進展

腐蝕是自然界中普遍存在的化學(xué)反應(yīng)，也是造成各種材料和設(shè)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(jīng)濟損失，約為國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的5%左右[1]。溫度、濕度和腐蝕介質(zhì)則是材料發(fā)生腐蝕的主要影響因素，當(dāng)有電解質(zhì)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(xué)腐蝕；而金屬構(gòu)件中不可避免地會存在各種各樣的應(yīng)力，因而會造成材料的應(yīng)力腐蝕。石油、化工、冶金、武器裝備等各種戶外設(shè)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(jié)構(gòu)的使用性能和降低使用壽命。在東南沿海地區(qū)高溫、高濕度和高鹽霧的環(huán)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(xué)腐蝕也越快。建筑物中的鋼筋及外裝飾材料等金屬構(gòu)件如果發(fā)生嚴重的腐蝕，就會大大降低建筑物的結(jié)構(gòu)強度，進而嚴重影響建筑物的使用壽命和安全性。埋設(shè)于地下的水管及油、氣管道所處的土壤環(huán)境和輸送物質(zhì)大都會具有一定的腐蝕性，管道在長期的使用過程中內(nèi)外壁都會受到腐蝕，如果管道因腐蝕發(fā)生穿孔造成油、氣的泄漏，就會產(chǎn)生環(huán)境的嚴重的環(huán)境污染，也很有可能引發(fā)巨大的災(zāi)難。另外，各種各樣的機械設(shè)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(xué)腐蝕，這是各種工程的金屬結(jié)構(gòu)中不可避免的情況。據(jù)統(tǒng)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(huán)境污染，而且由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失也是巨大的。因此，研制高效、環(huán)保的防腐涂料已經(jīng)是當(dāng)前新材料技術(shù)研究和開發(fā)的一項非常迫切的任務(wù)，而且預(yù)計將會具有十分廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)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(huán)境下具有長效使用壽命的涂料，并要求在化工或海洋環(huán)境設(shè)備上的使用壽命不小于10～15年；在酸、堿、溶劑介質(zhì)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(fā)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(yīng)用于石油化工企業(yè)的各種溶劑儲罐、成品油儲罐等戶外設(shè)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(yōu)點，因而在化工設(shè)備和鋼鐵結(jié)構(gòu)上應(yīng)用廣泛，特別適宜在各種海洋工程設(shè)備、海上石油平臺、港灣碼頭及船舶等防腐蝕工程上應(yīng)用[6]。施銘德等通過對閉孔珍珠巖、?；⒅楹团蛎浾渲閹r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(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成有機和無機的雜化體系。經(jīng)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(huán)保型的防腐涂料[8]。劉成樓等用丙稀酸改性環(huán)氧樹脂、稀釋劑、液態(tài)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(dǎo)靜電的性能；這種涂料的固體含量大于98%，經(jīng)固化后涂層柔軟致密，是一種可用于大型油罐的內(nèi)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(jīng)性能測試和涂裝，與普通的聚氨酯涂料和環(huán)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(gòu)成的重防腐涂料體系，經(jīng)各種性能檢測，涂料的附著力良好，耐水、耐化學(xué)腐蝕、耐大氣老化等性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)件的腐蝕防護[11]。黃衛(wèi)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(jié)構(gòu)防火防腐涂料，經(jīng)檢測，該涂料阻燃性能持久，具有優(yōu)良的耐化學(xué)試劑性和耐候性，可廣泛應(yīng)用于各種要求防腐和防火性能的鋼結(jié)構(gòu)[12]。

二、環(huán)氧樹脂防腐涂料

環(huán)氧樹脂是一種線性結(jié)構(gòu)的高分子材料，具有良好的穩(wěn)定性、粘結(jié)性、絕緣性和力學(xué)強度，同時還具有較好的耐堿性和耐油性。但是，由于環(huán)氧樹脂難溶于水溶液中，而用有機溶劑價格高、易發(fā)揮，有些還有毒性，不符合目前環(huán)境保護的要求，因而研制環(huán)保型環(huán)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(shù)研究了超細二氧化鈦（Ti02）改性環(huán)氧樹脂防腐涂料性能，發(fā)現(xiàn)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(lián)的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)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(huán)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(xiàn)掛流現(xiàn)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(jié)構(gòu)和混凝土的重防腐[15]。湯誠等為克服普通環(huán)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(gòu)成的酚醛環(huán)氧樹脂防腐涂料，這種涂料固化后在常溫下經(jīng)10%的硫酸、鹽酸、硝酸和鹽水等進行了耐化學(xué)品性能測試，表明該涂料不但具有普通環(huán)氧樹脂涂料良好的耐堿性，而且還有優(yōu)異的耐酸性的綜合防腐性能，因而適用于化工生產(chǎn)惡劣環(huán)境中設(shè)施的腐蝕防護[16]。

張熠等用聚己內(nèi)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(yīng)，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(jié)構(gòu)表面防護涂層的面漆。當(dāng)用這種面漆與環(huán)氧樹脂（16%）、鋅粉（62%）、環(huán)氧稀釋劑（20%）及顏添料的底漆和環(huán)氧樹脂（28%）、云母氧化鐵（24%）、環(huán)氧稀釋劑（20%）和多種顏添料的中間涂漆構(gòu)成的涂層體系，其防腐性能滿足海上平臺鋼結(jié)構(gòu)的防護要求[17]。李明等研制了一種含有25%～35%環(huán)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(jīng)耐鹽霧試驗4 000h和耐濕熱試驗3 000h，涂層無異常，表明涂料具有優(yōu)異的耐腐性能，可用于海洋平臺、石油化工等金屬構(gòu)件等重防腐防護[18]。

三、水性防腐涂料

目前，環(huán)保越來越受到人們的關(guān)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(fā)物質(zhì)，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(jīng)成為一種必然的發(fā)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(jīng)檢測，涂料的耐水性、耐酸性和耐堿性和耐沖擊性能優(yōu)異，可適用于汽車、船舶內(nèi)部鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)的裝飾和防腐的處理[19]。蔡繼權(quán)等用水性改性胺環(huán)氧固化劑和液體環(huán)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(huán)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(chǎn)品相當(dāng)，可用于儲油罐、蓄水池、船艙等的內(nèi)壁防腐保護[20]。劉江濤等用水性環(huán)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(yōu)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(jīng)檢測，涂層的耐水性能、耐化學(xué)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(huán)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(fā)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(gòu)件的裝飾與腐蝕防護[23]。

張曉娜以水性環(huán)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(huán)氧防腐涂料，漆膜性能測試表明，所合成的水性環(huán)氧樹脂乳液及水性環(huán)氧樹脂固化劑相容性好，制成的漆膜致密，物理、化學(xué)性能優(yōu)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(gòu)件的防銹和防腐涂裝[24]。胡群義和張明星用水性環(huán)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(huán)氧樹脂乳液和固化劑當(dāng)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(jié)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(xué)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(chǎn)物形貌，結(jié)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?fù)繉又薪饘俜勰┑南?，并可減小犧牲陽極的腐蝕速率[26]。

劉宗晨以環(huán)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(huán)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(huán)氧煤涂料相當(dāng)，特別適用于地下室、水下設(shè)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(yīng)制備了聚苯胺-石棉復(fù)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(jīng)用循環(huán)伏安曲線與電化學(xué)阻抗譜測試此涂層的防腐蝕性能測試，結(jié)果表明，石棉復(fù)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(yōu)異的防腐性能[28]。

四、展望

目前，我國防腐涂料的研究和應(yīng)用水平與西方工業(yè)發(fā)達國家還存在一定的差距，特別是在惡劣環(huán)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(xiàn)工業(yè)化強國和海洋大國夢想的進程。因此，為了克服環(huán)境污染日益嚴重產(chǎn)生的影響，盡快實現(xiàn)高性能涂料的國產(chǎn)化和系列化，我國防腐涂料研制應(yīng)該以無污染、無公害、節(jié)能和經(jīng)濟為原則，大力開發(fā)水性、無溶劑和高分子的環(huán)保型涂料，并按照高性能、多功能、低價格和節(jié)能環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)，以滿足石油、化工、汽車、火車、船舶、建筑等各個領(lǐng)域不斷增長的巨大需求。但也應(yīng)注意到，國內(nèi)大量防腐涂料的研究大多還處于實驗室階段，應(yīng)大力支持那些技術(shù)成熟、性能優(yōu)異的防腐涂料完成工業(yè)化試制，并使其盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和工程化應(yīng)用。同時，根據(jù)未來涂料主要是以水性涂料為主的發(fā)展趨勢，應(yīng)大力開發(fā)新型水性環(huán)氧樹脂的重防腐涂料，重點深入開展環(huán)氧樹脂改性的研究，以解決環(huán)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(yù)料，隨著我國船舶、石油平臺、集裝箱、化工設(shè)備、鐵路、公路、橋梁及城市設(shè)施等建設(shè)的高速發(fā)展，防腐涂料的需求將會非常旺盛的發(fā)展勢頭，而且將會有巨大的經(jīng)濟效益和良好的市場前景。

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