船舶重防腐涂料的發(fā)展方向研究

摘要：在全球大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的背景下，人們對(duì)海洋環(huán)境的重視程度逐步加深。傳統(tǒng)船舶重防腐涂料多是以犧牲海洋環(huán)境為代價(jià)換取船舶防腐的高效性和長(zhǎng)效性。伴隨著全球各地海洋環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)的頒布，傳統(tǒng)船舶防腐涂料勢(shì)必被淘汰，符合法規(guī)的新型環(huán)境友好型船舶防腐涂料成為目前船舶涂料行業(yè)的重要研究方向。本文主要從船舶重防腐涂料的高固體分、無溶劑、低表面處理、水性化四個(gè)方面對(duì)新型船舶防腐涂料的發(fā)展方向進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：環(huán)境友好型；船舶防腐涂料；水性化；高固體分；低表面處理

一、引言

環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、高性能以及特定功能化是未來防腐涂料的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)際著名涂料公司正在把開發(fā)具有環(huán)境友好型的重防腐涂料作為重要研發(fā)項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)涂料市場(chǎng)也在朝著環(huán)保節(jié)能的方向轉(zhuǎn)變。隨著國(guó)際上對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視以及國(guó)內(nèi)各種法規(guī)政策的要求，符合涂料工業(yè)的“4E 原則”（環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、高效）成為整個(gè)涂料工業(yè)發(fā)展的新方向。我國(guó)重防腐涂料也在發(fā)生著轉(zhuǎn)變：油性涂料的水性化；單一低性能涂料的高性能化及多功能化；高 VOC 涂料的高固體化/無溶劑化；含鉛等重金屬有毒涂料的低污染、無公害化； 復(fù)雜表面處理涂料的低表面處理化；傳統(tǒng)涂料的粉末化等。

圖 1 2009 年我國(guó)重防腐涂料組成[1] 

二、研究進(jìn)展

1.高固體化

通常情況下，質(zhì)量固體含量在 60%~80%之間的、滿足一次性成膜干膜的厚度大于 80 微米的溶劑型涂料被稱為高固體分涂料。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境保護(hù)的越發(fā)重視，VOC（揮 發(fā)性有機(jī)化合物）含量低的高固體分涂料的需求量逐年飆升。高固體分涂料由于可揮發(fā)溶劑含量少，環(huán)境危害小并且具有一次性成膜厚等優(yōu)點(diǎn)，在鋼結(jié)構(gòu)等重防腐領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，高固體分涂料具有相同的施工條件， 在工業(yè)防腐領(lǐng)域占有重要位置。繼續(xù)降低 VOC 含量，不斷提高體積固含量是高固體分涂料未來的研究方向。

國(guó)家財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局在 2015 年 1 月 26 日聯(lián)合發(fā)文：“關(guān)于對(duì)電池、涂料征收消費(fèi)稅的通知”，通知包括：自 2015 年 2 月 1 日，開始對(duì)涂料征收消費(fèi)稅，本次消費(fèi)稅

征收的對(duì)象為涂料生產(chǎn)企業(yè)，消費(fèi)稅稅率為 4%（按出廠價(jià)計(jì)算），涂料的 VOC 含量在 420g/L 以上的需要交納消費(fèi)稅，高固體分涂料得以豁免。這一政策的出臺(tái)，使高固體分涂料以及無溶劑涂料再度成為熱點(diǎn)。

1.無溶劑化

無溶劑涂料又被稱為活性溶劑涂料，在涂料固化成膜的過程中，溶劑作為涂膜成分，不向大氣中排放對(duì)環(huán)境有害的有機(jī)化合物。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家相應(yīng)作出對(duì)涂料 VOC 含量的嚴(yán)格限制，無溶劑涂料由于能夠減少可揮發(fā)溶劑對(duì)環(huán)境的危害而備受關(guān)注。

與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，無溶劑涂料具備以下優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)物揮發(fā)少、涂層干膜內(nèi)應(yīng)力小不易開裂、一次性成膜厚、涂層固化過程收縮小、涂層邊緣覆蓋性能優(yōu)異等。無溶劑涂料由于無揮發(fā)有機(jī)溶劑，在固化過程中無損耗，故可以在滿足相同膜厚度的要求下比傳統(tǒng)溶劑型涂料用量小，可降低成本。相比傳統(tǒng)溶劑型涂料，無溶劑涂料一次性成膜度高，可避免反復(fù)施工，提高了施工效率，減少了涂裝周期。有機(jī)揮發(fā)物的減少使得無溶劑涂料在涂裝施工過程中的安全問題比如個(gè)人防護(hù)、防火、防爆等方面得到了有效解決，例如，油漆工人在密閉倉室內(nèi)施工，空氣中不含有機(jī)揮發(fā)物就會(huì)大大降低爆炸的可能性，大大提高了涂裝過程中的安全性[2]。

目前市場(chǎng)上常見的雙液型無溶劑涂料主要有：有機(jī)硅涂料、環(huán)氧樹脂及其改性涂料、聚脲涂料以及 100%固體聚氨酯涂料。無溶劑涂料的特點(diǎn)：（1）物理性能優(yōu)異。無溶劑涂料因?yàn)橛袡C(jī)溶劑含量少或不含有機(jī)溶劑，在漆膜固化的過程中不會(huì)殘存有機(jī)溶劑而降低涂層的物理性能。并且樹脂反應(yīng)均一且充分，分子排列緊密，無溶劑涂料因而具有良好的物理性能。（2）耐化學(xué)藥品性。目前涂料市場(chǎng)常用的無溶劑涂料多為雙組份涂料，A、B 雙組份涂料的配比可以根據(jù)各種化學(xué)藥品的特殊需求而改變。（3）涂裝施工靈活方便。雙組份無溶劑涂料反應(yīng)迅速，固化時(shí)間只有幾秒時(shí)間，因而可以節(jié)省施工時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)涂層厚度需要反復(fù)施工，可滿

足高涂膜厚度的需求。雖然無溶劑涂料在涂裝過程中需要特殊的噴涂設(shè)備，但是因?yàn)槠涔袒瘯r(shí)間短且可在室溫下固化， 因而可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行涂裝。另外，無溶劑涂料對(duì)氣候條件要求較低，在低溫或潮濕的環(huán)境中也可以直接施工，所以，施工操作是非常靈活方便的[3]。

1.低表面處理

在涂裝施工之前，為了達(dá)到更好的防腐效果，需要對(duì)涂覆對(duì)象做一定的表面處理。研究表明，表面處理在影響涂層壽命的各種因素中占比  49.5%，明顯影響涂層的使用壽命[4]。并且，涂料涂裝前期對(duì)底材的表面處理所需費(fèi)用占整個(gè)涂裝工程費(fèi)用的  60%，因而，如何降低表面處理費(fèi)用以及研發(fā)低表面處理涂料成為涂料研究的重點(diǎn)。目前，主要的低表面處理涂料主要有：可直接噴涂在其他種類舊涂層表面的涂料、可帶濕涂裝、帶銹涂裝的涂料等[5]。

通常在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂裝前，需要對(duì)鋼材進(jìn)行噴砂前處理，表面處理的等級(jí)需要達(dá)到Sa2.5 級(jí)。這就對(duì)噴涂工程的整個(gè)施工過程有較高的要求：（1）噴砂處理會(huì)耗費(fèi)大量的磨料并且需要專業(yè)的設(shè)備，大大的增加了工程造價(jià)；（2）對(duì)于那些含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)且含有復(fù)雜工作面的鋼結(jié)構(gòu)工程，噴砂工人很難對(duì)結(jié)構(gòu)死角做到徹底處理；（3）對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采用噴砂處理，會(huì)導(dǎo)致鋼板變薄，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相應(yīng)降低，特別是在對(duì)已發(fā)生腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理時(shí)；（4）在噴砂過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵也會(huì)帶來一定噪聲污染。

另外，國(guó)內(nèi)外前期大量建造的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施，比如港口起重設(shè)施、海上鉆井平臺(tái)、橋梁和電塔等正逐步進(jìn)入防腐維修期，需要對(duì)這些設(shè)施進(jìn)行重新涂裝。然而在這些已建設(shè)施上進(jìn)行噴砂處理，會(huì)產(chǎn)生很多不可避免的問題涉及工程造價(jià)、環(huán)保以及施工困難等方面，存在非常大的困難。鑒于以上原因，國(guó)內(nèi)外開始采用手工打磨的方式代替以往的噴砂處理。在船舶維修領(lǐng)域，也逐步采用濕噴砂和高壓水除銹的方式代替以往的傳統(tǒng)噴砂處理來減少對(duì)環(huán)境的危害。然而，手工打磨、高壓水除銹以及濕噴砂等表面處理方式卻很難達(dá)到Sa2.5 級(jí)的要求。因此，開發(fā)對(duì)噴涂前處理要求低的低表面處理涂料成為國(guó)內(nèi)外涂料研發(fā)的熱點(diǎn)。

低表面處理涂料的作用機(jī)理：從結(jié)構(gòu)上看，附著在鋼結(jié)構(gòu)外的鐵銹是與鋼鐵底材附著不牢固的浮銹和與鋼鐵底材附著牢固的牢銹的疏松多孔的含水混合物；從成分上看，鐵銹是一種包含活潑有害鐵化物（?  - FeOOH  ，F(xiàn)e(OH)2 ，F(xiàn)e(OH )3 ）和穩(wěn)定無害的鐵氧化物（? - FeOOH ， Fe 2O 3 ， Fe3O4 ）的混合物。這就要求低表面處理涂料除了具備普通防腐涂料的性能還需要具備足夠的滲透性和足夠的反應(yīng)性：這種滲透性使得樹脂可以充分浸潤(rùn)銹層并且能夠滲透到疏松多孔的銹層的各個(gè)角落，并最終使得銹層結(jié)合樹脂后成為一個(gè)完全封閉的涂層來屏蔽腐蝕介質(zhì)進(jìn)入鋼鐵表面；這種反應(yīng)性能夠把鐵銹中存在的活潑有害的鐵化物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、無害的涂料填料。只有具備以上條件的涂料，才能適應(yīng)低表面處理的底材，并最終將整個(gè)銹層轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的保護(hù)膜[6]。

2.水性化

近年來，國(guó)內(nèi)外工業(yè)所用涂料絕大多數(shù)為溶劑型涂料， 然而溶劑型涂料存在固化過程產(chǎn)生大量有毒揮發(fā)物污染環(huán)境以及造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)等缺點(diǎn)，而且多數(shù)揮發(fā)物為易燃易爆的有機(jī)物給施工安全帶來極大威脅。為消除溶劑型涂料揮發(fā)物帶來的危害，許多國(guó)家相繼出臺(tái)環(huán)境保護(hù)法來限制VOC 含量， 號(hào)召社會(huì)積極發(fā)展“環(huán)境友好型”涂料（水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料以及UV 輻射固化涂料等）。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)在 1999 年所生產(chǎn)的涂料中，“環(huán)境友好型”涂料占 80%，其中水性涂料為 62%。水性涂料是以水為溶劑且主要揮發(fā)產(chǎn)物為水的涂料，具有低毒、可燃性低、VOC 含量低、低粘度、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。然而由于水的比熱較大， 不易揮發(fā)，導(dǎo)致水性涂料更依賴施工環(huán)境，固化速度很大程度上受限于施工環(huán)境的溫度和濕度。并且，水性涂料的涂裝對(duì)基材表面處理要求較高，表面不能含有凝結(jié)水和油污。近幾年，一些新型的水性樹脂相繼出現(xiàn)，應(yīng)用于重防腐涂料中的水性涂料再度成為研發(fā)熱點(diǎn)。如 Rohm＆Hass 公司（美國(guó)），研發(fā)出性能優(yōu)于溶劑型環(huán)氧/聚氨酯涂料的雙組份水性丙烯酸/環(huán)氧樹脂涂料。我國(guó)從二十世紀(jì)九十年代開始發(fā)展水 性涂料，水性涂料作為未來重防腐涂料的重要發(fā)展方向，雖然目前市場(chǎng)占有率較低，但是在未來具有廣闊前景[7]。

目前，隨著新型水性樹脂以及防銹顏料的出現(xiàn)，水性防腐涂料不斷發(fā)展，性能不斷提高，并且開始應(yīng)用于航空航天、汽車、橋梁、鐵路機(jī)車以及船舶與海洋工程等領(lǐng)域。目前的水性防腐涂料主要有水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧樹脂涂料、水性丙烯酸涂料、水性無機(jī)富鋅底漆等。

三、結(jié)論及展望

目前來看，船舶用防腐涂料依然是以溶劑型防腐涂料為主。新型的船舶防腐涂料由于研發(fā)制造成本以及性能的認(rèn)可度問題還沒有在船舶涂料行業(yè)得到真正的普及應(yīng)用，主要是以各大高校以及研究院作為科研課題在進(jìn)行研究。但是，隨著后期海洋環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，以及新型防腐涂料的成本下降，未來船舶防腐涂料的研究方向勢(shì)必會(huì)朝著環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、高性能以及特定功能化的大趨勢(shì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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