重防腐陶瓷涂料新技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用前景

李平舟

（十堰 442001）

1 前言

金屬的腐蝕是金屬受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而被破壞的現(xiàn)象。金屬的腐蝕遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大的損失。在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，每年腐蝕生銹的鋼鐵約占產(chǎn)量的20%，約有30%的設(shè)備因腐蝕而報(bào)廢，腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%～4%。在中國(guó)，由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)300億元以上，占國(guó)民生產(chǎn)總值的4%。如何減少因金屬腐蝕而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失意義重大，各國(guó)科學(xué)家正在積極尋找有效的方法。研究結(jié)果表明，目前最有效的方法是在金屬易腐蝕部位涂刷重防腐蝕涂料。重防腐耐磨陶瓷涂料是以環(huán)氧樹脂為成膜物質(zhì)，陶瓷粉作為耐磨填料的可在常溫固化的雙組分涂料。該涂料具有高耐磨性、優(yōu)異的耐蝕性、綜合物理、機(jī)械性能。因此，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，越來(lái)越走近普通人的生活。

2 重防腐陶瓷涂料主要組成成份

化工行業(yè)腐蝕介質(zhì)長(zhǎng)期腐蝕隨時(shí)存在，重防腐涂料能在相對(duì)苛刻腐蝕環(huán)境中長(zhǎng)期應(yīng)用，并保持很好的涂膜狀態(tài)，比常規(guī)防腐涂料強(qiáng)的抗腐蝕性的涂料稱之為重防腐涂料。

重防腐陶瓷涂料中含有三種改性陶瓷粉，將納米、亞微米陶瓷顆粒和樹脂結(jié)合在一起，起到保護(hù)作用。陶瓷顆粒被包裹上樹脂，在固化過程中產(chǎn)生的收縮極小，固化后涂層內(nèi)應(yīng)力非常小。涂層具有持久、堅(jiān)韌，超強(qiáng)的附著力，以及重防腐、強(qiáng)耐磨性、強(qiáng)潤(rùn)滑性、極好的柔韌性、低滲透率、涂層薄、綠色環(huán)保等性能特點(diǎn)。

雙官能團(tuán)環(huán)氧樹脂不僅作為主要成膜物質(zhì)參與成膜,而且它是黏度低的液態(tài)物質(zhì),起著很重要的稀釋劑的作用。這樣可以避免過多的有機(jī)溶劑揮發(fā)造成氣孔,致使涂層不致密,形成缺陷,也可以減少環(huán)境污染以及對(duì)施工人員的損害。另一種環(huán)氧樹脂選用E244型環(huán)氧樹脂。其E244型環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在95%以上。重防腐陶瓷涂料是屬于高固含量、雙組分涂料,所用固化劑的黏度較低,使用期較長(zhǎng),固化劑為無(wú)毒的胺改性固化劑,在涂層中有良好的分散性,與漆料成膜后的涂層具有足夠的強(qiáng)度和韌性。涂層具有抵抗外界機(jī)械磨損和化學(xué)腐蝕的良好性能。

3 重防腐陶瓷涂料主要的性能特點(diǎn)

重防腐陶瓷涂料主要性能特點(diǎn)如下：一是具有超強(qiáng)的附著力。它可以直接涂敷在碳鋼、不銹鋼、鋁、鈦、玻璃纖維、復(fù)合材料、塑料及混凝土的表面；二是重防腐。涂層中含有大量的超細(xì)陶瓷粉，陶瓷粉成份在固化過程中收縮小，涂層的內(nèi)應(yīng)力小；其細(xì)度越高，陶瓷粉之間空隙就愈小，所形成的涂層愈致密。由于涂料中采用的是三種不同種類、不同粒徑超細(xì)陶瓷粉，相互之間可以互相填充，因而陶瓷粉與環(huán)氧樹脂緊密結(jié)合，可形成致密涂層，有效地防止腐蝕介質(zhì)的侵入?？梢栽谧匀粶囟认拢琾H值在4～11范圍內(nèi)，抗酸堿腐蝕。在規(guī)定的pH和溫度范圍內(nèi)，能耐石油餾份和溶劑；三是強(qiáng)耐磨性。涂層中含有多種耐磨填料，耐磨性能尤其突出，抗磨損性是其它薄層涂料3～4倍；四是具有極好的柔韌性、強(qiáng)潤(rùn)滑性。動(dòng)摩擦系數(shù)相當(dāng)于PTFE（聚四氟乙烯）涂層；高工作溫度，149℃以下可連續(xù)工作；低滲透率長(zhǎng)期在3.5%氯化鈉溶液中浸泡，涂層電阻可達(dá)109Ω以上且長(zhǎng)期保持不變；五是涂層薄，一般重防腐涂料都是厚漿涂料（0.5～3.0 mm）,需多次涂覆；而該涂料具有涂層薄特點(diǎn)，在一般腐蝕介質(zhì)中，涂層固化后層厚只需0.100～0.200 mm，不僅減少施工工序，而且節(jié)約工程費(fèi)。涂料有自我聚合功能，可現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)，只需很小的表面處理。易涂敷，無(wú)需底漆，直接噴涂、涂刷，固化快，操作簡(jiǎn)便；六是該涂料為高固含量涂料，固含量高達(dá)90%以上，綠色環(huán)保，大大減少了溶劑揮發(fā)所造成對(duì)環(huán)境的污染，是對(duì)環(huán)境友好的綠色涂料。

4 陶瓷粉空間結(jié)構(gòu)對(duì)重防腐陶瓷涂料性能的影響

重防腐陶瓷涂料采用亞微級(jí)的陶瓷顆粒做填料，是一種能夠保護(hù)大多數(shù)金屬管道表面的耐磨防腐涂料，分為甲、乙兩組分。甲組分是陶瓷粉末、環(huán)氧樹脂和揮發(fā)性有機(jī)物的混合物，乙組分是固化劑。當(dāng)配置好的HR耐磨防腐涂料經(jīng)高壓空氣噴涂設(shè)備噴涂到經(jīng)過表面預(yù)處理的工件表面后，涂料就會(huì)在常溫下逐漸固化，進(jìn)而與基體粘結(jié)成具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗高溫氧化等優(yōu)點(diǎn)的陶瓷涂層。

陶瓷粉的種類不同，它的微觀結(jié)構(gòu)也不同，即使同一種陶瓷粉由于生產(chǎn)工藝不同，其在微觀結(jié)構(gòu)上也是多種多樣的。因此造成同一化學(xué)成份的陶瓷粉性能差異較大，為了探明陶瓷粉微觀結(jié)構(gòu)對(duì)涂料性能的影響，選擇具有不同形狀的陶瓷粉進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表明，球型結(jié)構(gòu)陶瓷粉在柔韌性、附著力、抗沖擊性能方面要優(yōu)于片狀結(jié)構(gòu)和不規(guī)則立體結(jié)構(gòu)的陶瓷粉，尤其是在耐磨性方面，充分顯示了球型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。為此，選用球型結(jié)構(gòu)的A、B、C陶瓷粉。

球徑小的陶瓷粉顆粒與環(huán)氧樹脂更易形成致密的涂層。這是由于陶瓷粉的球徑小，比表面積大，易吸附成膜物質(zhì)而成為準(zhǔn)交聯(lián)點(diǎn)，陶瓷粉與環(huán)氧樹脂的結(jié)合更牢固，形成的涂層的附著力、抗沖擊性能及耐磨性等指標(biāo)均很優(yōu)良。本實(shí)驗(yàn)選用球型微米級(jí)或亞微米級(jí)的陶瓷粉。A、B、C三種陶瓷粉的品種對(duì)涂料的耐蝕性和綜合物理機(jī)械性能具有相當(dāng)大的影響。選取單一品種陶瓷粉作為填料，會(huì)使涂料的綜合性能下降。陶瓷粉的加入會(huì)或多或少地影響環(huán)氧樹脂成膜，同時(shí)降低成膜物質(zhì)在基體上的附著力。由于環(huán)氧樹脂與陶瓷粉形成的準(zhǔn)交聯(lián)點(diǎn)的結(jié)合力比環(huán)氧樹脂本身的交聯(lián)點(diǎn)的結(jié)合力要弱，導(dǎo)致漆膜的附著力和抗沖擊性能、柔韌性等都有所下降。選用A、B、C三種特定的陶瓷粉按 4∶4∶7 混用，效果較好。

5 重防腐陶瓷涂料的適用領(lǐng)域及開發(fā)前景

在介質(zhì)的腐蝕作用中，油田污水對(duì)設(shè)備的損壞最嚴(yán)重。因?yàn)橛吞镂鬯煞輳?fù)雜，礦化度很高，可高達(dá)5000～8000 mg/L，這種腐蝕介質(zhì)對(duì)管道內(nèi)壁的腐蝕性強(qiáng)，沖刷磨損能力強(qiáng),金屬管道內(nèi)壁的防腐任務(wù)十分艱巨，最有效的方法，便是涂刷性能很好的涂料。金屬基體防護(hù)采用陶瓷涂料,與有機(jī)涂料相比,具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕和原料來(lái)自于天然礦物的優(yōu)點(diǎn),近幾年該領(lǐng)域正在形成研究熱點(diǎn)。

重防腐陶瓷涂料不需要底層涂料，可直接涂覆，能有效地隔絕酸、堿、鹽類介質(zhì)和海水的浸蝕。重防腐陶瓷涂料適用范圍非常廣泛，可對(duì)鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料的設(shè)備和設(shè)施長(zhǎng)期防腐，尤其適用于腐蝕惡劣、磨耗嚴(yán)重的場(chǎng)合。如：環(huán)境工程除塵脫硫設(shè)備；污水處理池、槽、罐；市政工程公路護(hù)攔、過街天橋、廣告牌、橋梁；石化冶金輸油、氣、水管道、井架、反應(yīng)、地坪、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，泵殼和葉輪，閥，管束等。目前國(guó)內(nèi)管道內(nèi)防腐主要有不銹鋼內(nèi)襯，環(huán)氧粉末、納米鈦等技術(shù)。

最新重防腐涂料需要突破的技術(shù)有：防腐涂料的耐溫幅度、防高溫溶劑腐蝕、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐蝕等。北京志盛威華化工歷經(jīng)多年、上萬(wàn)次的高溫試驗(yàn)，研發(fā)生產(chǎn)的ZS-811耐高溫防腐涂料，耐溫可以達(dá)到1800℃，可以長(zhǎng)期耐火燒烤，在火中防腐效果好。志盛威華開發(fā)的重防腐涂料技術(shù)水平和防腐技術(shù)延續(xù)深度已走國(guó)內(nèi)前列，擁有多項(xiàng)核心專利。其中包括能耐氫氟酸的ZS-1033防腐涂料；能專門耐高溫?zé)煔夂蜔煔饫淠畯?qiáng)腐蝕摩擦的ZS-1041煙氣防腐涂料；能耐強(qiáng)有機(jī)溶劑的腐蝕和超高溫高壓氣體腐蝕的ZS-822復(fù)合陶瓷高溫防腐涂料、能專門耐住高溫?zé)煔夂蜔煔饫淠畯?qiáng)摩擦腐蝕的ZS-1041煙氣防腐涂料；能耐海水和海水濕氣腐蝕的ZS-711無(wú)機(jī)防腐涂料；耐強(qiáng)摩擦沖擊下腐蝕的ZS-1031；可以耐醚類、氟類、油類侵蝕腐蝕的ZS-821陶瓷防腐涂料等。這些重防腐涂料研發(fā)成功，科技含量高，應(yīng)用前景廣泛，市場(chǎng)前景看好，為重防腐領(lǐng)域鋪下了厚重的積淀。

世界防腐涂料工業(yè)在不斷提高涂料性能的同時(shí)，正迅速向“無(wú)機(jī)環(huán)保化”方向發(fā)展。涂料工作者以無(wú)污染、無(wú)公害、節(jié)省能源、經(jīng)濟(jì)高效為原則，開發(fā)無(wú)公害或少公害及防腐性能優(yōu)異的涂料品種。目前提倡的防腐涂料技術(shù)整體設(shè)計(jì)的無(wú)公害化即指在研發(fā)時(shí)應(yīng)考慮到涂料自身的各個(gè)組成部分(成膜物質(zhì)、防腐涂料、溶劑及助劑)、原材料的合成及涂料生產(chǎn)過程、基材預(yù)處理過程、施工過程等的無(wú)公害化。在重防腐界，無(wú)機(jī)防腐涂料 正逐漸向不同高溫環(huán)境下特殊介質(zhì)腐蝕、強(qiáng)堿蒸汽腐蝕、高摩擦性腐蝕、交替性腐蝕等特殊防腐方向發(fā)展。無(wú)機(jī)陶瓷防腐涂料的技術(shù)研發(fā)也將成為以后重防腐科技發(fā)展的關(guān)鍵所在。

重防腐涂料特殊材料的應(yīng)用，與常規(guī)防腐涂料的技術(shù)上的主要區(qū)別是在于其技術(shù)含量高，技術(shù)難度大，已不再過分依賴涂料的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，它取決于電子、物理、生態(tài)、機(jī)械、儀器和管理等多學(xué)科的知識(shí)和交匯，其技術(shù)來(lái)源于高耐樹脂的合成，高效分散劑和流變助劑的應(yīng)用，新型抗腐蝕抗?jié)B顏料與填料的開發(fā)、先進(jìn)和特種試驗(yàn)設(shè)備等配套措施等使用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和大型建設(shè)工程的涌現(xiàn)，人們對(duì)防腐涂料的應(yīng)用條件和使用時(shí)效要求也越來(lái)越高，重防腐涂料因此應(yīng)運(yùn)而生。

6 結(jié)語(yǔ)

作為涂料工業(yè)中發(fā)展?jié)摿薮蟮钠贩N，重防腐涂料具有科技含量高、工程應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外都將某個(gè)國(guó)家重防腐涂料發(fā)展水平的高低作為衡量該國(guó)家涂料工業(yè)先進(jìn)程度的標(biāo)志。隨著重防腐涂料日益引起人們的關(guān)注，已經(jīng)有越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)涂料企業(yè)意識(shí)到了這個(gè)產(chǎn)業(yè)的巨大魅力，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了技術(shù)創(chuàng)新對(duì)于企業(yè)發(fā)展的重要意義。一些近年來(lái)在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域初嘗甜頭的涂料企業(yè)紛紛加大了對(duì)重防腐產(chǎn)品的研發(fā)力度，并在品牌建設(shè)、施工服務(wù)等方面努力練好內(nèi)功。而中科院等科研院所和各大高校也紛紛加大了對(duì)防腐新技術(shù)、新材料的科研投入。國(guó)內(nèi)重防腐涂料技術(shù)創(chuàng)新正呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的新氣象。