防腐涂料的現(xiàn)狀與進(jìn)展

李子榮　柏雷　王和山　王厚國(guó)　王和東　張萬(wàn)霞

摘要：由于金屬材料的特性，金屬腐蝕無時(shí)無刻不在進(jìn)行，這是對(duì)于人類財(cái)富和自然資源的重大損耗。使用防腐涂料是眾多方法中較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，這也使得防腐涂料快速發(fā)展。本文主要介紹了防腐涂料的特性和分類、應(yīng)用和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：防腐涂料;研究進(jìn)展;環(huán)境友好

一、防腐涂料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

由于金屬材料的機(jī)械特性，在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用廣泛。然而，在使用過程中金屬材料的腐蝕是不可避免的，這對(duì)于社會(huì)發(fā)展造成了巨大的損失和危害。因而金屬的防腐是材料研究中的重要研究?jī)?nèi)容。近年來，我國(guó)在防腐涂料方面的研究中取得很大進(jìn)展。在這一過程中，低碳環(huán)保、節(jié)能經(jīng)濟(jì)將是重要發(fā)展方向。比如，環(huán)氧樹脂能很好地溶解在有機(jī)溶劑中，然而有機(jī)溶劑具有易揮發(fā)、有毒等缺點(diǎn)，但其在水中難溶，不利于后期處理。因而，開發(fā)水溶性或無溶劑涂料是必不可少的。

二、涂料的防腐原理

（一）涂層屏蔽作用

使用涂料涂抹在需要的金屬表面形成一層保護(hù)層，起到隔絕氧化性物質(zhì)（水、氧、陰離子等）的作用，從而在一定程度上阻止或者減緩對(duì)于金屬的電化學(xué)腐蝕，如噴漆、搪瓷等。

（二）濕附著力的作用

在水存在的前提下表現(xiàn)出來的更強(qiáng)的附著力，其使得水和氧出現(xiàn)匯聚，減緩在金屬表面的擴(kuò)散，減少電解質(zhì)與金屬的接觸面積，達(dá)到減弱金屬腐蝕的目的。在涂層制備過程中由于溶劑的揮發(fā)等多種原因使涂層中出現(xiàn)空隙，其構(gòu)成了水和氧傳輸?shù)闹饕ǖ?。有研究顯示，涂層中的吸水和吸氧速率遠(yuǎn)高于金屬表面腐蝕消耗，這表明涂層對(duì)于金屬防腐具有多重作用。

（三）犧牲陽(yáng)極的陰極電保護(hù)作用

這是利用原電池的工作原理，采用活潑性金屬作為陽(yáng)極提供電子使金屬主體材料一直處于多電子狀態(tài)從而無法被氧化，一般采用的是鋅粉作為陽(yáng)極材料加入到涂料當(dāng)中包覆在材料表面，起到雙重保護(hù)的作用。

三、常見的防腐涂料種類

防腐涂料一般分為常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料，主要包括環(huán)氧樹脂、醇酸類、聚氨酯類和富鋅防腐涂料。防腐涂料在各大行業(yè)中均有涉及，如石油化工、船舶水路、鐵路工程等。

（一）石墨烯防腐涂料

石墨烯作為新興的二維半導(dǎo)體材料具有硬度高、強(qiáng)度大、表現(xiàn)出良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性。在涂料中直接添加石墨烯材料可以很好地提高其防腐性和導(dǎo)電性。石墨烯材料在改善環(huán)氧樹脂涂料表面的孔隙和凹陷方面表現(xiàn)出良好的特性，增加其致密性從而起到提高防腐性能的作用;石墨烯在促進(jìn)涂料的改性方面也有很大的作用，如在分散劑作用下，通過改變石墨烯在水性涂料中的分散可以提高其耐鹽霧性能，通過減少電解質(zhì)成分的進(jìn)入使得其在其他類型的碳基填充材料中表現(xiàn)出巨大的優(yōu)異性而受到人們的關(guān)注;對(duì)于采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐的涂料生產(chǎn)過程中，多采用鋅粉與環(huán)氧樹脂形成致密膜，而在石墨烯改性的材料中在不降低甚至提高其防腐性能的前提下可以減少鋅粉的使用量。

（二）環(huán)氧樹脂涂料

環(huán)氧樹脂因其大分子結(jié)構(gòu)上含有環(huán)氧基使其在防腐材料中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。環(huán)氧樹脂被大量應(yīng)用于防腐涂料的生產(chǎn)，約占世界總產(chǎn)量的40%。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在使用極化方式時(shí)通過控制電場(chǎng)強(qiáng)度可以使環(huán)氧樹脂和不銹鋼顏料形成最理想的組成，達(dá)到生產(chǎn)需要。

（三）聚氨酯防腐涂料

聚氨酯表面具有多種類型的官能團(tuán)使其在耐溫、耐酸堿、耐磨等方面具有優(yōu)異的特性，因此在重防腐方面可以作為面漆使用。但是還是存在一些不足，蘭溪建等通過使用環(huán)氧樹脂、納米材料等材料加入水性聚氨酯中進(jìn)行復(fù)合改性，極大地改善了其性能，但施工條件、經(jīng)濟(jì)性方面仍然存在著很大的問題。

（四）無機(jī)涂料

1.水玻璃基無機(jī)涂料

這是以水玻璃為主要材料的堿金屬硅酸鹽，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要銷售的是鉀、鈉和鉀鈉混合的水玻璃涂料三種。因堿金屬硅酸鹽具有良好的粘結(jié)性、防止水滲透的特性，其是很好地環(huán)保材料，還具有耐酸堿、耐溫、耐候性，但是耐水性不足?，F(xiàn)在研究中采用酸改性和綜合改性來提高其性能達(dá)到可以廣泛應(yīng)用的目的。

2.硅溶膠涂料

這種涂料是通過采用二氧化硅膠體在水中分散，將其分散液作為成膜物質(zhì)，再加入一些顏填料和助劑然后研磨而成。其主要利用二氧化硅分子間的硅氧鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而形成連續(xù)的涂膜。硅溶膠涂料的主要特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的粘結(jié)性和較高活性，而且硅溶膠涂膜因二氧化硅的半導(dǎo)體性質(zhì)，不易產(chǎn)生靜電，性質(zhì)穩(wěn)定。

四、國(guó)外防腐材料研究進(jìn)展

在國(guó)外的防腐材料研究中，對(duì)于綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展方面有很大的體現(xiàn)，國(guó)內(nèi)在綠色新發(fā)展理念的倡導(dǎo)下也在做著積極地努力，但相對(duì)于國(guó)外還有一些差距，這里主要介紹一下國(guó)外防腐涂料在環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展方面的創(chuàng)新。

（一）超支化的大豆醇酸納米復(fù)合涂料

大豆油是來源廣泛、價(jià)格低、可持續(xù)生產(chǎn)的材料，是符合綠色新發(fā)展理念的一種醇酸前體。席元偉課題組通過采用磁鐵礦納米粒子進(jìn)行超支化醇酸的改性，形成含有納米粒子的復(fù)合新型防腐材料。通過對(duì)復(fù)合涂料理化性質(zhì)的檢測(cè)，如熱力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等，發(fā)現(xiàn)超支化醇酸具有很好的具有較大比表面積的球狀結(jié)構(gòu)分支。涂料中磁鐵礦納米粒子的存在在很大程度上增加了材料的承載力。通過電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其具有較大的阻抗（107Ω），這在很大程度上對(duì)于電化學(xué)腐蝕起到阻止或延緩的作用。復(fù)合材料在機(jī)械強(qiáng)度、韌性方面具有很大的優(yōu)異性。

（二）具有自修復(fù)能力的聚氛醋防腐涂料

聚氨酯（PU）因其具有優(yōu)異的理化性質(zhì)和機(jī)械穩(wěn)定性被應(yīng)用于防腐涂料方面。在聚氨酯的涂層合成配方中，其微膠囊結(jié)構(gòu)即自修復(fù)能力以及廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)，在聚氨酯的合成過程中，韓興勇采用具有可再生性的考柬樹油合成雙組分防腐聚氨酯涂料，其保持自修復(fù)能力。這種來自于植物內(nèi)的油脂產(chǎn)品在涂層的光澤度、耐溫性、耐酸堿性等方面均優(yōu)于防腐自修復(fù)工業(yè)涂料。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，綜合國(guó)力的不斷提升，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)作為我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，重防腐涂料也將得到重大發(fā)展，其主要體現(xiàn)在技術(shù)、規(guī)模和品種等方面。在此背景下涂料市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也將持續(xù)增加，國(guó)內(nèi)涂料的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。在此，研發(fā)單位和生產(chǎn)廠家應(yīng)堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)保、價(jià)廉的防腐涂料。

參考文獻(xiàn)：

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