船舶防腐涂料的防腐蝕機(jī)理管窺

（渤海石油航務(wù)建筑工程有限責(zé)任公司，天津 300450）

引言

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)于海洋資源的開發(fā)力度越來越大，海洋經(jīng)濟(jì)也成為世界各國的重要經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，各國紛紛涉足海洋資源開發(fā)。但是，海洋開發(fā)的過程中，海洋腐蝕是我們必然會(huì)面對(duì)的問題。海洋腐蝕的影響不僅僅只是對(duì)船舶造成威脅，更會(huì)對(duì)沿岸工程造成威脅，被認(rèn)為是開放海洋經(jīng)濟(jì)的嚴(yán)重制約。研究數(shù)據(jù)表明，2016 年，世界上因?yàn)楦g而造成的經(jīng)濟(jì)損失，占全球國民經(jīng)濟(jì)的3.4%，其中海洋腐蝕占比超過三分之一；并且隨著人們開發(fā)海洋的力度越來越大，這一比重持續(xù)上升[1]?；诖耍鲊鴮?duì)于海洋防腐蝕方面的研究也非常重視。就當(dāng)前研究現(xiàn)狀來看，防腐蝕主要是基于幾種機(jī)理展開的，一是緩蝕劑，二是耐蝕涂層，三是陰極保護(hù)，四是噴涂防腐涂料。就船舶防腐來說，防腐涂料性價(jià)比最高，效果也頗為理想。本文將重點(diǎn)就防腐涂料的幾種常見機(jī)理做總結(jié)性闡述。

一、電化學(xué)保護(hù)機(jī)理

這是當(dāng)前在傳播防腐蝕涂料中應(yīng)用較為廣泛的一種機(jī)理，就是以鋁、鋅等金屬粉末混入涂料中然后噴涂在船舶的鋼鐵表面。由于鋁、鋅等材料比鋼鐵具有更強(qiáng)的活潑性，所以船舶在海洋中受到海水腐蝕，原電池腐蝕的過程中，因?yàn)橛袖X、鋅材料的存在，所以處于更負(fù)電位的鋁、鋅材料會(huì)比鋼鐵優(yōu)先腐蝕，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶的鋼鐵保護(hù)的效果。

有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種雙組分水性環(huán)氧富鋅涂料，這種涂料要求鋅粉含量至少達(dá)到70%，其好處是鋅粉被腐蝕以后生成的產(chǎn)物，可以對(duì)涂料受損位置具有填補(bǔ)作用，從而起到更好的防護(hù)效果[2]。另外，也有研究者嘗試鋁、鋅粉加入丙烯酸樹脂-氨基樹脂中，對(duì)其用量精準(zhǔn)控制以后，制成富鋅鋁防腐涂料，具有非常好的耐腐蝕效果[3]。

二、隔離屏蔽機(jī)理

隔離屏蔽機(jī)理是當(dāng)前船舶防腐材料研究領(lǐng)域最熱點(diǎn)的領(lǐng)域，也是經(jīng)過實(shí)踐證明具有顯著效果。于是在這種機(jī)理的基礎(chǔ)上，學(xué)者們紛紛展開深入探索，以發(fā)現(xiàn)更有效的土層材料。

這種機(jī)理具體來說，就是以鱗片狀填料加入船舶的涂料中，這樣由于由于鱗片狀填料的存在，涂料的滲透性得到了顯著加強(qiáng)；水、氧氣等引起船舶腐蝕的因子，能夠最大限度的被隔離。因?yàn)轺[片狀填料在涂料中呈現(xiàn)出一種層狀分布，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于水、氧氣的進(jìn)入來說，有一種迷宮效應(yīng)，使其穿越涂層接觸鋼鐵的路徑被大大的延長，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)耐腐蝕的效果。其示意圖如下圖一所示。當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的鱗片狀填料既有金屬材料，也有非金屬材料，前者主要有鋁、鋅材料以及部分合金，后者常見的是玻璃、云母、石墨烯。

在針對(duì)這種機(jī)理的研究中，人們發(fā)現(xiàn)片狀鋅粉富鋅漆的耐腐蝕性能，要顯著好于球狀鋅粉的富鋅漆，這就非常明顯的說明了片狀填料對(duì)于防腐蝕的顯著效果。

在后續(xù)的深入研究中，在此機(jī)理上不斷的發(fā)展和完善。有學(xué)者基于鱗片狀玻璃實(shí)施表面改性，通過其與環(huán)氧樹脂結(jié)合，得到了一種防腐蝕性能顯著提升的涂料，這種涂料不但耐腐蝕性、耐浸泡性都非常卓越，而且具有很好的力學(xué)性能，所以抗壓效果很好。

人們發(fā)現(xiàn)石墨烯材料的抗?jié)B透性非常優(yōu)秀，對(duì)其展開針對(duì)性改性處理后，對(duì)于水分和氧氣的迷宮效應(yīng)更加顯著，所以其抗腐蝕性能是極大的提升。于是，后續(xù)大量基于石墨烯為材料的研究陸續(xù)展開。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)了一種疏水改性氧化石墨烯/環(huán)氧復(fù)合涂料，這種材料的改性原理是在石墨烯表面接枝疏水性枝化碳鏈，這一改性的結(jié)果是，大大的強(qiáng)化了氧化石墨烯的分散性，然后以經(jīng)過改性的氧化石墨烯加入涂料中，最后形成了疏水改性氧化石墨烯/環(huán)氧復(fù)合涂料，其防腐效果非常優(yōu)秀，其性能與純環(huán)氧樹脂土層相比，阻抗升高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

另外，一種水性石墨烯/環(huán)氧富鋅涂料也被認(rèn)為是非常優(yōu)秀的船舶抗腐蝕材料，在深入研究中發(fā)現(xiàn)，石墨烯的用量比例在0.8wt%的時(shí)候，制成的涂料，不但具有非常優(yōu)秀的抗腐蝕性，而且其附著力也非常令人滿意。針對(duì)這種材料中性鹽霧試驗(yàn)，時(shí)間超過1000h。

三、鈍化、磷化緩蝕機(jī)理

這種方法的原理，就是讓船舶的金屬木材的性能變得更加鈍化，磷化，從而起到抗腐蝕的效果，主要是通過在涂料中加入具備這種作用的顏填料。具有這類作用的代表性物質(zhì)包括紅丹類、磷酸鹽、絡(luò)酸鹽物質(zhì)。但這種防腐蝕機(jī)理存在天然弊端，就是加入的這些物質(zhì)對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境有嚴(yán)重的危害，所以這種機(jī)理的防腐蝕材料逐漸不再得到應(yīng)用。

四、展望與結(jié)論

綜上所述，當(dāng)前船舶防腐涂料的設(shè)計(jì)，基本都是以上述三種機(jī)理為基礎(chǔ)展開的。但是，傳統(tǒng)涂料通常都是僅僅以某一種機(jī)理作為防腐蝕手段展開的。近年來，而隨著人們對(duì)于環(huán)保重視程度的持續(xù)提升，再加上防腐蝕的要求越來越高，人們希望防腐材料的防腐性能和涂料壽命有更強(qiáng)的提升，所以結(jié)合多種機(jī)理的綜合防腐是未來發(fā)展的主要方向。多元化、新型化也必然會(huì)成為未來海洋防腐材料設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。