重防腐涂料在海洋工程钢结构上的应用（下）

　　重防腐涂料根据不同的标准有不同的分类方法。下面根据有无溶剂就溶剂型及非溶剂型重防涂料的研究进展进行分类介绍。

　　2.1 溶剂型重防腐涂料

　　涂料中的VOC（volatile organic compounds）是指涂料中总挥发物含量扣减水分含量，认为是涂料中挥发性有机化合物含量，其对人体健康会造成巨大危害。当VOC 达到一定浓度时，人在短时间内会感到头晕、头痛、恶心、乏力等，严重时会出现昏迷、抽搐，并会伤害到人的肾脏、肝脏、大脑及中枢神经系统，严重的会造成记忆力减退等后果。目前常用的海洋重防腐涂料多为溶剂型涂料，因为溶剂型重防腐涂料原料易得，性能优良，涂层附着力好，坚韧耐磨，不产生裂纹，耐化学品腐蚀。溶剂型涂料的主要品种有：环氧树脂和环氧酯类涂料、醇酸树脂涂料、聚氨酯类涂料、有机硅和氟化树脂涂料、丙烯酸类树脂涂料等。下面主要介绍一下最具代表性的环氧树脂型和聚氨酯型重防腐涂料。

　　1）环氧树脂型涂料。环氧树脂型涂料是目前应用最广泛，需求量最大的一类溶剂型重防腐涂料。环氧树脂是一种线性结构的高分子材料，具有良好的稳定性、粘结性、绝缘性和力学强度，同时还具有较好的耐碱性和耐油性。1930 年环氧树脂最先由瑞士Pierre Castan 和美国SOGreenlee 合成，在1947 年实现了工业化生产。由于环氧树脂难溶于水溶液中，而用有机溶剂价格高、易挥发，有些还有毒性、VOC较高，不符合目前环境保护的要求。溶剂型涂料的单道涂层厚度仅为100 μm 左右，然而海洋重防腐结构涂膜厚度至少要300~500 μm。这就需要多道涂工序才能达到规定膜厚，施工成本增加的同时，其溶剂对工人的身体健康也造成损害。人们通过各种手段对环氧树脂溶剂型涂料进行改性，如对其填料进行改性，对涂料中环氧树脂进行有机硅改性、酚醛改性、橡胶改性、聚氨酯改性等手段进行改性处理。如李明等将玻璃鳞片经复合硅烷处理剂处理后按20%~30%的用量制备出高性能的改性环氧树脂涂料。涂层中呈片状分布的玻璃鳞片有效阻止了腐蚀介质的侵入，并对于海洋工程钢铁结构有很好的防腐效果。Chonkaew 等用端羧基丁腈橡胶和有机粘土成功制备了高强度耐磨损的改性环氧树脂，可以用于浪花飞溅区等海水冲击力强的海洋工程钢结构的腐蚀防护。Li 等用中碱玻璃鳞片为主要防腐蚀颜料，制备出一种适用于海洋气候的高固含厚浆型环氧玻璃鳞片涂料。当粒径为300 目时玻璃鳞片用量为20%～25%，其阻隔屏蔽效应最佳。相比较于普通环氧涂料在特殊性的海洋环境中，制备的环氧玻璃鳞片涂料性能更加优异。

　　2）聚氨酯涂料。聚氨酯涂料由于其独特的结构表现出优异的性能，如高强度，耐油耐磨及耐高温等。聚氨酯涂料是开始研究较晚但发展势头强劲的一类涂料。聚氨酯的主要原料是异氰酸酯，异氰酸酯能与羟基树脂结合并且还能与底材中的羟基结合，形成牢固的化学键和氢键，使涂料与底材之间形成很强的粘附力[13]。二异氰酸酯类是聚氨酯类涂料的重要原料，甲苯二异氰酸酯是目前最主要的二异氰酸酯类原料。二苯甲烷二异氰酸酯对人类及对环境的危害性远小于甲苯二异氰酸酯，主要是由于其毒性及蒸气压较低。目前在聚氨酯的各个行业，二苯甲烷二异氰酸酯代替甲苯二异氰酸酯已是大势所趋。追求高固体分、水性化、无（弱）溶剂化、无重金属化、低表面处理化、高性能化、多功能化、低成本化、节省资源化是涂料发展的国际大趋势。水性涂料是迎合人们日益增长的环保意识而逐渐发展起来的。其特点是主要以水为分散介质，不含或含很少的有机溶剂所以，VOC 含量低。相比于溶剂型涂料对环境及施工人员的健康损害少。

　    2.2 水性重防腐涂料

　　水性涂料中没有或者含有很少的有机溶剂而是以水作为分散介质，其无气味、不易燃、价格低廉、储存运输及在使用过程中的安全性大大提高，且性能好。随着国家政策对环境保护的日益严格要求，减少和控制涂料中VOC 的含量是环境保护的一个重要措施。水性环氧防腐涂料的诸多性能优势无形中决定了其比溶剂型防腐涂料的应用现状更优良和前景更广阔。

　　1）水性环氧涂料。水性环氧树脂有水乳型和水溶性两种，它利用了环氧树脂良好的稳定性及抗腐蚀性等优良性能。目前，环氧树脂水性化有化学改性法、相反转法和机械法等3 种主要方法。机械法是在乳化剂的作用下机械高速搅拌加入环氧树脂，使非水溶性的环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在水中。这一方法制备的环氧树脂乳液稳定性极差，目前很少采用。化学改性法指在环氧树脂分子链上通过接枝改性引入强亲水性基团，使得原本非水溶性的环氧不用外加乳化剂就具有亲水性。相转换法又称相反转法，将一定比例的环氧树脂和乳化剂在高速搅拌下混合均匀，然后向体系中逐滴地滴加水，当水加到一定量时，体系就会从油包水型变成水包油型。此种改性手段相比较机械法产品性能更加优良、稳定，而相比与化学法操作更加方便、快捷。三种方法中普遍采用的方法是相转法和化学接枝改性法。

　　2）水性聚氨酯涂料。聚氨酯是异氰酸酯与多元醇反应生成的一种聚合物。聚氨酯涂料以其优异的性能在涂料行业中占有非常重要的位置，对各种施工对象和环境的适应性较强，可以在在潮湿的底材上施工和低温下固化。20 世纪90 年代，Jacobs 成功开发出能分散于水中的多异氰酸酯固化剂，从而使双组分水性聚氨酯防腐蚀涂料进入实用研究阶段。国内外对聚氨酯涂的研究也是从未间断过[18—19]。S.S.Pathak 等用GPTMS（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）和有机硅MTMS（甲基三甲氧基硅烷）改性水性聚氨酯涂料，增强了水性聚氨酯涂料的机械应力和弹性。其热稳定性提高较大，降解温度也升高到约206 ℃，能够适用于海洋、航天、汽车等领域的防腐。通过热化学转化法将粗甘油、游离脂肪酸、脂肪酸甲酯转变成多元醇，制备出水性聚氨酯涂料。该涂料对钢铁表面表现出很好的附着性能，且涂料的铅笔硬度测试高达F级别。

　　3）水性丙烯酸涂料。水性丙烯酸树脂乳液属于非均相丙烯酸酯聚合物水分散体，具有来源易、使用安全、价格低、减少环境污染和公害、节省资源和能源等优点。丙烯酸树脂乳液用途广泛，性价比优越，是水性树脂中市场影响力最大的品种。实验表明，水性丙烯酸防腐漆体系具有很好的耐盐雾性能，且一次成膜厚度高、表干时间较快、贮存稳定性良好。

　　4）水性无机富锌涂料。水性无机富锌涂料主要由硅酸钾等水性硅酸盐树脂、硅酸钠、助剂以及锌粉等组成。它属于高固体分厚膜涂料，其以无机物为主要成膜物，防锈颜料为高含量的锌粉，水为分散介质。水性无机富锌涂料是海洋腐蚀防护领域中防锈性能相当优异的一类涂料，而且有很好的实用推广价值。水性无机富锌涂料已被各行各业所接受，因为其为一种零VOC 的环保型防腐涂料，具有广阔的应用发展前景。

　　水性重防腐涂料具有许多优点：涂膜附着力高、环保、耐化学药品和耐腐蚀性能优异、耐磨性好、硬度高；涂膜固化后其中含有的少量水分，可使涂膜表面形成微孔隙，这些孔隙能释放混凝土内部水汽的压力。也有一些不可避免的缺点：施工过程中若不小心掺入污物容易在涂膜表面造成缩孔；不适宜冬季或低温环境施工等。

　　随着人类对海洋的不断深入探索，海洋工程钢结构建筑越来越多，但其同时也面临着严酷的腐蚀环境。目前国际上新建大型钢结构设备所用的重防腐涂料涂层的有效使用寿命一般平均要达到20 年以上。海洋重防腐涂料的研究具有很强的实际意义，对国民经济的发展有重要促进作用。

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