海洋防腐涂料研究進(jìn)展

引言由于海洋中存在著無(wú)數(shù)生物，它們大量附著（如在船體、海洋作業(yè)平臺(tái)、海底管道和相應(yīng)海底建構(gòu)筑物上），會(huì)嚴(yán)重影響建構(gòu)筑物的應(yīng)用和使用壽命。如附著在船體上，會(huì)對(duì)船舶帶來(lái)很大的危害，不僅增加船舶的自重、減少船舶載重，同時(shí)增加了船體的阻力，造成船舶的航速降低和燃油消耗的增加，還會(huì)破壞保護(hù)漆膜及腐蝕鋼板。海洋污損給船舶及一切海中設(shè)施帶來(lái)的危害極大，對(duì)國(guó)防、航運(yùn)、沿海工廠、沿海建構(gòu)筑物冷卻系統(tǒng)和水產(chǎn)業(yè)的危害性都是巨大的。研究人員將防腐、防藻的有機(jī)涂料制備成含有防藻類附著化合物且釋放速度可以控制的鱗片玻璃涂料，應(yīng)用于海上油氣田、港口及其他海洋設(shè)施的防腐和防藻，提升防腐和防藻效果，延長(zhǎng)維護(hù)周期，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。海洋防腐涂料分類（1）富鋅防腐涂料。富鋅防腐蝕涂料是以鋅粉為主要填料的一類環(huán)氧類粉末涂料，具有優(yōu)異的防銹能力、較強(qiáng)的附著力以及較低的表面能，在橋梁、船舶及大型的鋼結(jié)構(gòu)等設(shè)備上廣泛應(yīng)用。富鋅防腐蝕涂料主要包括有機(jī)富鋅涂料和無(wú)機(jī)富鋅涂料。有機(jī)富鋅涂料主要以環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂為成膜物，而無(wú)機(jī)富鋅涂料主要以硅酸乙脂、水性硅酸鹽樹(shù)脂為成膜物。很多科研工作者對(duì)富鋅防腐涂料進(jìn)行研究。研究了基于硅酸鉀/納米二氧化硅的水性無(wú)機(jī)富鋅涂層在陰極保護(hù)階段的防腐性能，結(jié)果表明，其陰極保護(hù)效果顯著提升。采用了一種分層涂層組成的防腐體系，研究了涂層體系的腐蝕和變化過(guò)程，對(duì)防腐蝕系統(tǒng)進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，納米鋅顆粒對(duì)金屬基體具有陰極保護(hù)作用，有效地提高了涂層體系的綜合防腐能力。研究了不同涂料體系對(duì)富鋅涂料防腐蝕性能的影響，結(jié)果表明，涂料類型及涂層厚度對(duì)富鋅涂料的防護(hù)能力有較大的影響。（2）石墨烯防腐涂料。石墨烯防腐涂料是以石墨烯、氧化石墨烯、改性石墨烯等為主要填料的一類涂料。該類涂料具有優(yōu)異的耐蝕性、耐候性、耐磨性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等性能。制備了氧化石墨烯納米涂料，該涂料使用氧化石墨烯作為顏料，醇酸樹(shù)脂作為粘合劑，以及增稠劑、潤(rùn)濕劑、內(nèi)涂層干燥劑、外涂層干燥劑、稀釋劑和穩(wěn)定劑等其他添加劑。用功能化石墨納米片制備了具有優(yōu)異防腐性能的環(huán)氧納米涂層，納米涂層通過(guò)形成鈍化層和物理阻擋特性來(lái)保護(hù)金屬基體，研究了石墨烯添加量（0.25%、0.5%和1%）對(duì)石墨烯環(huán)氧樹(shù)脂涂層的耐蝕性能的影響。其結(jié)果表明，含量為0.5%的石墨烯環(huán)氧樹(shù)脂涂層的防腐蝕效果最好。Mo等［制備了一系列功能化石墨烯（FG）和功能化氧化石墨烯（FGO）增強(qiáng)的聚氨酯復(fù)合涂層，研究了兩者對(duì)聚氨酯涂層防腐蝕性能的影響，研究顯示，與石墨烯/聚氨酯涂層相比，氧化石墨烯/聚氨酯涂層具有更好的摩擦學(xué)性能，但耐腐蝕性能較差。在鋁合金表面制備了石墨烯改性防腐涂層，探究了涂層的耐蝕性及其耐蝕機(jī)理，研究表明，用硅烷偶聯(lián)劑改性石墨烯對(duì)防腐涂層進(jìn)行改性可以提高涂層的耐蝕性，隨著浸泡時(shí)間的增加，石墨烯改性防腐涂層的耐蝕性有規(guī)律的變化，當(dāng)含量為0.4%時(shí)效果最佳。王耀文用還原氧化石墨法制備的石墨烯作防腐填料，制備了不同石墨烯含量的改性氧化石墨烯環(huán)氧樹(shù)脂涂層，其研究表明，當(dāng)石墨烯含量為1%時(shí)，涂層防腐蝕效果最佳。（3）有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合防腐涂料。研究了一種高韌性有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合海洋防腐涂料及其制備方法，該涂料各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：25%~35%的偏高嶺土；35%~50%的水玻璃；4%~5%的氫氧化鈉顆粒；4%~5%的去離子水；3%~18%的環(huán)氧樹(shù)脂；0.4%~4%的501稀釋劑；0.5%~5%的TX500固化劑；1.5%~9%和1%~7%的聚醚胺固化劑D400和D2000；0.05%~0.2%的萘系高效減水劑。該涂料具有耐腐蝕、耐收縮、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。（4）環(huán)氧玻璃鱗片涂料。玻璃鱗片防腐涂料是以特殊玻璃鱗片為骨料，以樹(shù)脂為主要成膜物并加入合適助劑等制備的一類涂料。制備了聚苯胺-玻璃鱗片復(fù)合材料，通過(guò)在3%NaCl溶液中的鹽霧試驗(yàn)和EIS試驗(yàn)，研究了涂層對(duì)鋼的腐蝕防護(hù)能力。李敏等制備了一種環(huán)氧玻璃鱗片涂料，該涂料使用中堿玻璃鱗片為主要防腐蝕顏料，環(huán)氧玻璃鱗片涂料的基礎(chǔ)配方見(jiàn)表1。表1環(huán)氧玻璃鱗片涂料的基礎(chǔ)配方幾種防腐材料性能特點(diǎn)（1）富鋅防腐涂料。富鋅涂料在鋼基體受到腐蝕的初期，由于激烈的電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致鋅元素先于鐵元素被腐蝕，從而起到犧牲陽(yáng)極而保護(hù)陰極的效果，同時(shí)，在腐蝕過(guò)程中不斷生成的腐蝕產(chǎn)物堵塞中間的孔隙也能提供有效的隔離防護(hù)作用。當(dāng)富鋅涂料中鋅含量在96%以上時(shí)，涂料的防護(hù)效果與熱浸鍍鋅相當(dāng)。富鋅涂料還具有涂膜堅(jiān)硬、附著力好、優(yōu)良的陰極保護(hù)作用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輸變電鋼結(jié)構(gòu)、船舶、橋梁、石油化工設(shè)備管線等工程領(lǐng)域中。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上所銷售的用于電力工程鋼結(jié)構(gòu)的諸多富鋅涂料，鋅含量在96%以上，其防腐性能可與熱浸鍍鋅所起的防護(hù)效果相當(dāng)。然而，我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)HG/T3668—2020《富鋅底漆》要求不揮發(fā)物中金屬鋅含量不少于60%，經(jīng)Ⅰ型無(wú)機(jī)富鋅底漆處理的試件達(dá)到鹽霧試驗(yàn)500～1000h，在劃痕處單向腐蝕蔓延不超過(guò)2.0mm，未劃痕區(qū)不起泡、不生銹、不開(kāi)裂、不剝落。Ⅱ型有機(jī)富鋅底漆處理的試件達(dá)到鹽霧試驗(yàn)200～600h，在劃痕處單向腐蝕蔓延不超過(guò)2.0mm，2類和3類未劃痕區(qū)不起泡、不生銹、不開(kāi)裂、不剝落，1類允許氣泡1。（2）石墨烯防腐涂料。石墨烯具有高比表面積、高導(dǎo)電性和優(yōu)良的穩(wěn)定性，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。作為防腐填料可有效阻隔腐蝕因子，其層狀的堆疊會(huì)延長(zhǎng)腐蝕因子的進(jìn)入途徑，產(chǎn)生擴(kuò)散屏障，可使防腐能力發(fā)揮到極致，大大增強(qiáng)涂料的防腐性能。石墨烯添加到涂料中即可改善環(huán)氧樹(shù)脂基防腐涂料的防腐性能，又可提高涂料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能。石墨烯加入到環(huán)氧富鋅涂料中可提高該種涂料的防腐性能，并且可以減少鋅粉的用量，滿足了涂料輕量化的發(fā)展方向需求。（3）鱗片玻璃。鱗片玻璃材料早在五六十年代國(guó)外就有成功應(yīng)用的報(bào)道，但僅限于在防腐涂料中使用，如原油貯罐內(nèi)壁、化工設(shè)備內(nèi)壁、排煙脫硫裝置、船舶和采油平臺(tái)等，取得了較好效果，近年來(lái)國(guó)外大規(guī)模使用，所用的鱗片玻璃，主要采用粘結(jié)力強(qiáng)、抗?jié)B透性好、抗老化性、抗沖擊性、耐磨、耐腐蝕的中堿玻璃和無(wú)堿玻璃制造。2018年，首次探索在小浪底水電站的5號(hào)機(jī)組蝸殼防腐中使用環(huán)氧玻璃鱗片漆，機(jī)組運(yùn)行期間歷經(jīng)一次“低水位、高含沙、長(zhǎng)歷時(shí)、大流量”泄洪排沙運(yùn)行。應(yīng)用一年后檢查，發(fā)現(xiàn)涂層完好，未出現(xiàn)局部脫漆。其他機(jī)組（采用環(huán)氧瀝青漆防腐）均出現(xiàn)了不同程度的漆面脫落，這說(shuō)明環(huán)氧玻璃鱗片具有良好的防護(hù)作用。2019年底，環(huán)氧玻璃鱗片漆被推廣至1號(hào)機(jī)組，為小浪底乃至多泥沙河流水電站蝸殼防腐提供了借鑒。用以可控制釋放防藻元素溶出速度的鱗片玻璃為主體填料的特種涂料代替常規(guī)防藻類附著涂料，其具有防藻功能的玻璃組成、防藻元素釋放速度控制等優(yōu)勢(shì)是其他涂料不具備的，但以鱗片玻璃為主體的防腐涂料中核心材料——鱗片玻璃的成形等均具有一定難度，主要是成形粒徑范圍寬、成品率較低。涂料中通過(guò)加入經(jīng)特殊配方制造而成的鱗片玻璃，代替氧化亞銅或銅粉直接作為防腐劑加入到涂料中，再將該涂料涂覆于船舶及海洋設(shè)施的外表面上形成漆膜；因其鱗片玻璃具有水溶性功能，在實(shí)際應(yīng)用中，加入有鱗片玻璃的防腐涂料在海水中會(huì)按照預(yù)期的速度可長(zhǎng)期、穩(wěn)定、緩慢釋放Cu+；通過(guò)調(diào)整所用防腐涂料中鱗片玻璃的加入量，以及鱗片玻璃自身的配方比例，可有效控制Cu+的釋放速度，其形成的漆膜可阻止海洋生物附著在船體及海中設(shè)施表面。從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中海洋生物貼附在漆面上既腐蝕漆面，又加重了船體的自重嚴(yán)重影響其航行速度的缺陷，可節(jié)約船舶行進(jìn)時(shí)消耗的燃料；同時(shí)該漆面的防腐效果提高，減輕了漆面的污損程度，從而延長(zhǎng)了對(duì)該漆膜的維護(hù)周期、減少了維護(hù)費(fèi)用。