重防腐塗料概述

重防腐塗料概述

腐蝕會造成巨大損失。目前全世界每年因腐蝕造成的經濟損失約在10000億美元，約為地震、水災、颱風等自然災害總和的6倍，2000年美國因腐蝕造成的損失達3000多億美元，而2001年經測算中國的這一數字已達4000億人民幣。可見腐蝕的防護十分重要。

提到防腐蝕，不能不提到塗料與塗層防腐。這是因為，首先它可供選擇的品種多，用途廣泛，塗覆於金屬表面可以保護其不受環境的侵蝕，同時賦予美觀、偽裝等作用；其次是施工簡便，適應性廣，不受設備面積、形狀的約束，重塗和修復方便；最後塗料防腐可與其他防腐蝕措施聯合使用，便可獲得較完善的防腐系統。世界各國的防腐蝕實踐證明：塗料塗層防腐蝕是最有效、最經濟、應用最普遍的方法。

從20世紀60年代開始，由於大型工程的出現和人們對防腐塗料應用條件、使用時效要求的不斷提高，出現了重防腐的提法。重防腐塗料是指能在惡劣的環境下應用並具有長效使用壽命的塗料，其有兩方面的含義：一是指腐蝕環境惡劣，二是指保護壽命長。現代工業技術的發展為重防腐塗料提供了廣闊的空間。金屬與非金屬防護理論、現代表面技術、新興合成材料、防鏽顏料、先進的塗裝設備、現代檢測技術等現代科學技術的發展為重防腐塗料提供了良好的技術物質條件，推動了重防腐塗料的進步和發展。可以說，重防腐塗料的發展水平標誌著一個國家防腐塗料的發展水平甚至標誌著一個國家的科技發展水平。

近幾年來，重防腐塗料已經取得了長足進步，對苛刻環境下的物體防護起了重要作用，但就目前的品種而言，還無不能滿足不同腐蝕環境下物質防護的要求，同時重防腐塗料存在的產品配套與系列化問題，降低重防腐塗料的生產和使用成本問題，滿足越來越嚴格的環保要求問題等都困擾著當前重防腐塗料的發展。

1重防腐塗料的配套和系列化

一般來說，重防腐塗料由底漆、中間層、面漆等三部分組成，除了防腐性和要求各層之間具有良好的相容性、附著性和速干外，各部分因為所處得位置不同，要求也各不相同。如底漆需要與所附著的底材有良好的附著性，中間層主要起增加厚度和提供柔韌性作用，面漆擊破要抵抗腐蝕介質和耐候性等。這就需要根據各種樹脂的特長、顏料的特性，分別研製底漆、面漆和中間漆，同時整體配套塗料的性能要保證。

另外，針對某一行業，其各個部分所處環境的不同，所用重防腐塗料也不相同。如石化行業，油罐的內外壁所用的防腐塗料就不相同，即使是油罐內壁，也根據具體接觸介質的不同而不同，油罐罐底一般採用環氧瀝青塗料或玻璃鱗片塗料，水線以上的罐壁通常採用導靜電塗料。再如海上石油平台，因為其所處環境惡劣，防護期要求時間長，需採用重防腐塗料，而石油平台的大氣區、浪濺區和潮差區、水下區採用的防腐蝕塗料也不相同，水下區採用環氧瀝青，浪濺區和潮差區採用環氧玻璃鱗片，大氣區採用氯化橡膠或聚氨酯面漆。因為防腐塗料的應具具有這樣的特點，即相對於建築塗料和木器塗料來說用量小，用戶購買的次數少，但一次購買量大。用戶需要的品種多，專用性強，出於便利的考慮，往往都從一家塗料生產商購買，所以塗料生產企業注重自身企業產品的配套性和系列化，使自己的產品專用性強，品種全。

2銹面用重防腐塗料

銹跡的存在對塗層質量影響很大，甚至關係到整個塗裝工程的成敗。一般的塗裝前，都要對塗覆表面進行除銹處理，但費工費事，增加整個塗裝的成本。目前除銹處理的塗裝成本中佔有很大比例，二級除銹佔5%以上，三級除銹佔30%～40%；不僅如此，除銹要用大量的酸液，酸液不僅對操作人員有潛在危害，而且廢酸水不經處理外排，將嚴重污染水環境。另外對於一些大型工程，現場除銹是很困難的，有些甚至是不可能的或者不能完全將銹除乾淨。因此帶銹、防鏽低表面處理的重防腐塗料將是發展方向。銹面塗料就是直接在除去上層浮銹的鋼鐵表面，自行化學除銹、防腐，也可在無鏽蝕的金屬和非金屬材料表面上使用，起防腐和裝飾作用。其機理是利用滲透性較強的樹脂為基料，藉助於滲透劑與極性溶劑的配合，使塗料具有良好的滲透性，從而浸潤和滲透銹層並把銹層封閉。另外依靠樹脂中的反應基團，活性顏料或銹的轉化劑與銹層中活性有害成分反應，生成穩定的抑制物或惰化，從百使整個銹層成為塗料中穩定的具有保護性的填料。

3滿足環保要求

銹面塗料避免了採用酸液來對環境造成的污染，但溶劑型塗料的VOC（有機揮發物）和有毒重金屬顏料的使用，也會對環境造成極大污染。因此，低VOC含量的水性塗料、高固體分塗料、粉沫塗料以及無毒防鏽顏料的開發也成為重防腐塗料的發展方向。

3.1環保型樹脂的開發

對於高固體分塗料，因其可在現有施工設備上使用，效果良好且符合環保法規，而受到人們的重視，具體在本文後面另有介紹，水性塗料是以水來代替溶劑塗料中的有機溶劑，因此可以大大降低VOC含量。水性化塗料以往通常應用在條件溫和的場所，隨著新型水性樹脂的出現，水性化重防腐塗料的開發成為熱點，如美國Rohm& Hass公司開發的水性雙組分丙烯酸/環氧樹脂塗料系列MAINCOTE AE-58，其性能明顯優於溶劑型環氧/聚氨酯系列。目前的開發熱點是以雙組分水性聚氨酯為面漆，環氧改性丙烯酸富鋅為底漆的水性重防腐體系，主要需要解決的問題是水性防腐塗料的閃蝕和耐水性問題。本課題組開發的以水性環氧乳液體系配合氧化鐵紅和其他防腐性顏填料研製的防腐蝕底漆，耐水性、耐鹽水性、耐用消費品酸液和鹼液性能優良。無機富鋅底漆是水性重防腐塗料中的重要一員，據NASA報告，在各類富鋅塗料中抗蝕性最佳的為水性無機富鋅塗料，它在海洋大氣條件下的使用壽命至少為25年。粉末塗料在重防腐塗料領域應用最普遍的是在過去時地管道方面。熔融環氧粉末塗料具有無溶劑污染、塗覆方便，不需要底漆，一次噴塗即可獲得厚膜，固化速度快以及性能優異、與陰極保護系統兼容等特點，是世界上使用最多的管道防腐蝕塗料體系。目前，當今世界各國的粉末塗料生產廠家，在管道防腐用環氧粉末塗料配方研究方面，紛紛把精力集中在粉末塗料用各種基料的改性研究上。輻射固化塗料因需要輻照光源，目前在一些大型設備上無法實現，而在重防腐塗料中使用的不多。

3.2無毒防鏽顏料的採用

重防腐塗料一般採用含有重金屬的（如鉻、鉛等）的防蝕顏料，這類防蝕顏料具有優良的緩蝕鈍酸鹽的水溶性六價鉻會致癌，同時也能造成環境污染，因此這類顏料逐漸會受到限制。近年來人們也在不斷開發和使用不含鉻、鉛的無毒防鏽顏料，主要有磷酸鋅、三聚磷酸鋁、鉬酸鋅和鐵酸鈣、偏硼酸鋇、離子交換型顏料等，其中效果較好、應用較廣的有磷酸鋅和磷酸鋁等。M Morcillo和M P Mteo比較了磷酸鋅與紅丹（含鉛）和鋅鉻黃所製得塗料的防腐效果，結果發現，只要設計得當，用磷酸鋅為顏料的塗料的防腐效果完全可以和紅丹、鋅鉻黃製得的塗料接近。另外有研究表明，採用幾種無毒防鏽顏料的混合物，可以起到互相增效的結果。雖然目前沒有發現有一種無毒防鏽顏料性能能夠完全代替傳統有毒的防鏽顏料，但可以預見，隨著新型顏料及其複合物的不斷出現，無毒防鏽顏料在經過實踐的考驗和人們的接受後，將會完全取代傳統的有毒防鏽顏料。

4長效性（耐久性）的提高

採用防腐蝕塗料來達到一勞永逸的效果是不可能的，但是人們正努力追求不斷延長防腐塗料的防護周期，來達到半永久的目的，爭取在防護物體的使用壽命內自始至終有效。隨著防腐塗料向重防腐塗料過渡，近年來又出現了一種超重防腐塗料的提法，重防腐塗料的耐久性一般應在10年以上，用於極其惡劣的腐蝕環境條件下，如航天、核電工業等。有機硅樹脂塗料的耐候性和耐久性秀好，一般能使用10～20年或更長的時間，可用作防腐蝕體系的面膜，同時也在研究使用有機硅來改性其他樹脂而提高性能。目前發現氟碳樹脂具有優良的耐蝕性、耐侯性，用其製成的塗料使用時間可以達到15～20年，國外對其評價是超耐候性、超耐久性塗料。可以預見，隨著拳型防鏽樹、新型顏料、新型塗裝技術和設備的出現，最大程度的發揮設計塗料的應有性能，完全可以延長重防腐塗料的保護期。

重防腐蝕裝的初期費用比一般防腐蝕塗裝高得多，但因耐腐蝕性能優異，使用期長，維護塗料費少，在有些不可能得到維修的地方使用，只要應用得當，就可獲得明顯的經濟效益。據日本大塗料公司的分析報告，在那些腐蝕條件非常苛刻的地方採用重防腐蝕塗裝系統符合經濟成本分析。

5磷片類重防腐塗料的發展

鱗片類防腐層的結構設計及材料組成可以較好地加厚防腐層，抑制腐蝕介質滲透，切斷漆膜中的毛細孔，減少襯層和設備內殘餘應力，另外互相平行交疊的鱗片在漆膜中可以起到迷宮效應，延長腐蝕介質滲入漆膜的途徑，因此可以提高有機高分子防腐層的使用壽命。鱗片填料主要包括玻璃鱗片（GF）、雲母氧化鐵（MIO）、不鏽鋼片、鋅鋁合金鱗片等。玻璃鱗片塗為新舊體制有優異的耐化學腐蝕性，抗滲水、水蒸氣、腐蝕性離子，耐冷、耐熱等特點，厚膜化玻璃鱗片塗料已成功應用在排煙脫硫裝置，而石油儲槽採用的玻璃鱗片塗料則是薄膜襯裡的成功證明。玻璃鱗片塗料雖然在實用化階段取得了較好效果，但仍然存在一些問題，如玻璃鱗片是無機材料，脆性很大；與有機高分子樹脂的相容性較差（需經過預先溶劑化處理）；玻璃導熱係數低，不利於塗層耐熱性的提高；由於玻璃是透明的，不能有效減少紫外線對塗層的破壞，因而不能改善塗層的耐候性；另外色彩、光澤也有待提高等。不鏽鋼粉鱗片重防腐塗料是為提高鋼製品和鋼鐵構造物等防腐蝕耐久性而研製的新型重防腐蝕塗料，目前報道較多的是不鏽鋼粉環氧樹脂塗料，也可用其他樹脂。由於不鏽鋼粉有耐腐蝕、抗氧化、耐高溫、耐化學和耐摩擦等性能，加之它在塗膜中能形成多層對構，因此在性能可靠的底漆上塗了不鏽鋼粉面漆之後，整個塗膜能保持20年完整而不必修補，所以大大節省了維修費用。較之玻璃鱗片塗料，不鏽鋼鱗片塗料在塗層結構緻密性、耐磨性、機械強度、耐熱性和耐候性等方面均有不同程度提高，是一種更具有應用前景的高性能塗料，但不鏽鋼磷片的生產工藝要求較高、成本高。鋅鋁合金鱗片重防腐塗料除了有阻隔全用外，利用鋅鋁金屬的電位比鐵低的特點，還有陰極保護作用。同時鋅鋁合金具有良好的延展性，其鱗片規格容易控制、可方便地獲得較高的鱗片比表面積，本身耐熱性好，導熱係數高，表面光線反射率高，因而，鋅鋁合金鱗片就像不鏽鋼鱗片一樣提高塗層的耐熱性、耐候性。雲母氧化鐵鱗片重防腐塗料能屏蔽水、氧透過，又能耐紫外線照射，因此可以用作底漆和面漆使用，雲母氧化鐵已被用於乙烯共聚物、環氧樹脂、濕固化聚氨酸等先進的塗料中。

6互穿網路重防腐塗料的合成

形成互穿聚合物網路（IPN）來改變高聚物的性能，是繼高聚物的物理共混和化學共混之後出現的一種新型高聚物共混技術。IPN是指兩種或兩種以上聚合物各自交聯、互鎖的網路，不同的聚合物間沒有鍵連接，是不同網路在分子水平上的互穿。這種方法的高聚物比單一高分子聚合物的性能優異，改變IPN組分，可使其具有不同的性能。中國科學院金屬腐蝕與防護研究所張成濤等人以蓖麻油、甲苯二異氰酸酯、苯乙烯與丙烯腈單體為主要原料，合成了具有互穿網路結構的重防腐蝕塗料。該塗料附著力強，可帶銹塗裝，耐磨性及防腐蝕性能優異，在酸、鹼、水、油、化工大氣等環境中應用，具有良好的耐腐蝕性能。鄭耀臣等研製成功了環氧與聚丙烯酸酯的互穿網路防腐蝕塗料[23]。可見加快IPN的研究，就會有性能更優異的耐腐蝕塗料產生。

7厚漿型和高固體含量的重防腐塗料的開發

重防腐塗料的一般干膜厚度要達到200μm或300μm以上，甚至2000μm，厚膜化是重防腐塗的重要特性之一，厚的漆膜為塗料的長效使用期提供了可靠保證，同時也為塗料的施工提出了新的課題。如果塗料的固含量低，這樣需要塗裝多道才能達到要求的厚度，這樣不僅使塗刷的費用和時間增加，採用的大量溶劑也對環境造成嚴重污染。既要求達到一定的厚度，又要求施工簡便快捷，故高固體分、無溶劑型、厚漿型興翻蓋的開發成為重防腐塗料開發的熱點。

首先需要解決的難題是低黏度、無毒活性稀釋劑和安全可靠固化劑的開發，重點是無溶劑環氧樹脂和聚氨酯的開發。美國Devoe Maren塗料公司的Devran 230、234QC、Devhem252和Devran 188是較有成效的無溶劑環氧樹脂的代表。用環氧樹脂改性不飽和聚酯也是無溶劑重防腐塗料的一個發展趨勢，其將防腐和耐候性巧妙結合，得到價格適中、性能全面的重防腐塗料。英國Victor thorwe & Perrick公司開發的Rust-Oleum高固體分塗料，塗刷一次可以獲得常規塗料6～7道才能達到的保護效果。