隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和大型建設(shè)工程的涌現(xiàn)，人們對防腐涂料的應(yīng)用條件和使用時效要求也越來越高，重防腐涂料因此應(yīng)運而生。重防腐涂料是指在嚴(yán)酷腐蝕工程環(huán)境中下使用并具有長效防腐壽命的一種特殊涂料。與常規(guī)防腐涂料相比，重防腐涂料具有更長防腐保護時限優(yōu)勢，在化工和海洋環(huán)境等苛刻條件下能使用10-15年以上，因而廣泛應(yīng)用于腐蝕問題突出和不便于短期維修的工程領(lǐng)域。

    作為涂料工業(yè)中發(fā)展?jié)摿薮蟮钠贩N，重防腐涂料具有科技含量高、工程應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點，國內(nèi)外都將某個國家重防腐涂料發(fā)展水平的高低作為衡量該國家涂料工業(yè)先進程度的標(biāo)志。本研究較為系統(tǒng)地梳理近年來幾種主要重防腐涂料的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上對國內(nèi)外重防腐涂料的發(fā)展趨勢進行總結(jié)和展望。
 

重防腐涂料
 

    1.重防腐涂料的主要類型

    近年來，重防腐涂料的研究開發(fā)發(fā)展迅猛，在傳統(tǒng)的常規(guī)防腐涂料的基礎(chǔ)上，研究出眾多性能優(yōu)異的品種，其中最為常見的重防腐涂料有：環(huán)氧類重防腐涂料、聚氨酯重防腐涂料、無機富鋅重防腐涂料、氟碳涂料和聚脲重防腐涂料等。

    1.1環(huán)氧類重防腐涂料

    環(huán)氧樹脂是大分子鏈上含有兩個或兩個以上的環(huán)氧基團的熱固性樹脂，具有良好的成膜性能和優(yōu)異的耐腐蝕特性。每年全球大概４０％以上的環(huán)氧樹脂用于生產(chǎn)環(huán)氧防腐涂料，廣泛應(yīng)用于各種嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中鋼鐵建筑物的防腐。目前國內(nèi)外已開發(fā)出眾多性能優(yōu)異的環(huán)氧類防腐涂料：環(huán)氧煤瀝青、熔結(jié)環(huán)氧粉末、環(huán)氧玻璃鱗片、環(huán)氧云鐵、環(huán)氧鋁粉和環(huán)氧聚硅氧烷重防腐涂料等。

    海洋化工研究院開發(fā)出一種環(huán)保型環(huán)氧重防腐涂料，其采用雙酚Ｆ型和雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂的混合體系作為成膜樹脂，選用腰果酚改性胺固化劑EH3895進行固化，并加以無毒性的磷酸鹽系防銹顏料進行復(fù)配。該涂層體系具有優(yōu)良的附著性能和抗陰極剝削性能，目前該產(chǎn)品應(yīng)用在青島膠州灣跨海大橋工程上。美國ＲＢＭ公司開發(fā)的Rust-Oleum9100厚膜型環(huán)氧涂料，采用環(huán)氧樹脂為成膜樹脂，以聚胺改性固化劑進行固化。該產(chǎn)品施工對鋼材表面處理的要求低，固體分含量高，一次噴涂可達到150μm膜厚，已應(yīng)用于上海南浦大橋工程中。

    同時為了克服溶劑型環(huán)氧重防腐涂料中有機溶劑揮發(fā)，污染環(huán)境的不足，1961年美國Valspar公司成功開發(fā)出熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂料，此后在其他國家得到更進一步的研究和推廣。熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂料一般采用分子結(jié)構(gòu)中有活性基團的改性環(huán)氧樹脂，加入多官能度的胺類和酚類固化劑進行固化。在港珠澳大橋建設(shè)項目中，美國Valspar公司Greenbar熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）涂料被指定為主要供應(yīng)產(chǎn)品，為項目的鋼筋、傳力桿及相關(guān)橋梁構(gòu)件提供長期優(yōu)質(zhì)的防腐保護。

    為適應(yīng)日益苛刻的腐蝕環(huán)境，國內(nèi)外學(xué)者常對普通環(huán)氧重防腐涂料進行物理改性和化學(xué)改性，來進一步改善其成膜性能和耐腐蝕能力。Mitsukazu等通過在體系中加入增容劑（甲基丙烯酸酯和硅氧烷的接枝共聚物），來增強聚硅氧烷在環(huán)氧樹脂中的相容性，該防腐涂料膜層的機械力學(xué)性能得到較大的改善。Robort Aiezzi等采用氟樹脂對環(huán)氧樹脂進行改性，在改善了涂層的物理力學(xué)性能同時，也進一步增強了其電絕緣性和耐化學(xué)品性。通過形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）對環(huán)氧樹脂進行化學(xué)改性，以改變環(huán)氧防腐涂料的性能，是現(xiàn)時的研究重點之一。Ying Li研究小組采用末端為異氰酸酯的聚醚聚氨酯低聚物和雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂的復(fù)配體系在溶劑四氫呋喃中進行化學(xué)改性，并用DDM固化劑進行固化，生成了線性聚氨酯－環(huán)氧的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該防腐涂料的耐酸堿性和耐鹽水性得到了極大的提升。

    1.2聚氨酯重防腐涂料

    聚氨酯樹脂其分子結(jié)構(gòu)中的活性氰酸根基團，決定了其性能具有許多優(yōu)異的特性：良好的柔韌性、粘結(jié)力強、耐磨性和機械性能優(yōu)異、漆膜防腐性能好。自上世紀(jì)７０年代以來，世界各國相繼對聚氨酯重防腐涂料進行研究，并開發(fā)出眾多新型聚氨酯重防腐涂料。

    英國Metrotect材料公司研制的一種雙組分的重型Aco-THane聚氨酯防腐涂料，其采用異氰酸酯TDI預(yù)聚物與聚烯烴類多元醇的復(fù)配體系，該類型涂料的施工涂膜厚度能到1.5mm以上，防腐效果優(yōu)良，現(xiàn)已成功應(yīng)用在穿越尼日利亞河的多條成品油管線的防腐工程中。中核凱利集團公司以甲苯二異氰酸酯（TDI）和聚醚多元醇為基礎(chǔ)，通過預(yù)聚體法研制出一種無溶劑單組份的環(huán)保型重防腐聚氨酯涂料，測試結(jié)果顯示該涂料的耐鹽霧、耐老化及附著力等性能良好，能達到現(xiàn)有的國內(nèi)重防腐涂料標(biāo)準(zhǔn)要求。

    為了進一步增強和擴大聚氨酯涂料的防腐性能以及應(yīng)用范圍，許多的研究者著眼于對聚氨酯涂料的改性。

    PathakSS等采用γ－縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）與甲基三甲氧基硅烷（MTMS）進行改性聚氨酯涂料，改性后的聚氨酯防腐涂料涂層的機械性能和熱穩(wěn)定性能得到較大增強，其降解溫度提升了約206℃，擴寬了其在航天、海洋、汽車等防腐領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

    1.3富鋅重防腐涂料

    作為現(xiàn)代重防腐涂料體系中常見的底漆之一，在腐蝕環(huán)境中富鋅涂料利用犧牲鋅粉使涂層導(dǎo)電的方式，來達到保護金屬基材的效果，因此其干膜的鋅粉含量能達到80%-95%左右。富鋅涂料可以分為有機富鋅涂料和無機富鋅涂料兩類。目前常用的有機富鋅涂料主要是以環(huán)氧樹脂為基料，由于其施工時對金屬表面的處理要求低、附著力強等特點，所以廣泛應(yīng)用在各個防腐領(lǐng)域。如郭忠誠等選用E-44型環(huán)氧樹脂、二甲苯和正丁醇的混合溶劑、650聚酰胺固化劑以及鱗片狀鋅粉作為主要原料，研制出一種溶劑型的鱗片狀鋅基環(huán)氧富鋅重防腐涂料。該涂料可在金屬表面上進行帶銹操作，在國內(nèi)的部分海洋設(shè)施和地下工程得到了應(yīng)用。

    無機富鋅涂料則一般選用硅酸烷基酯和堿性硅酸鹽作為基料。與有機富鋅涂料相比，無機富鋅涂料有極好的涂膜性能，而且在耐溶劑性、耐熱性、防銹性等方面都遠優(yōu)異于有機富鋅涂料，應(yīng)用范圍更廣。

    John B Schutt等選用高摩爾比的硅酸鉀粘合劑和鋅粉，同時通過甲基三甲氧基硅烷對其進行化學(xué)改性以提高該涂料的儲存穩(wěn)定性，制備出一種水性無機硅酸鋅涂料，其成膜速度快，與金屬底材粘結(jié)強，能起到較好的陰極保護作用，從而防止金屬的電化學(xué)腐蝕。揚州市金陵特種涂料廠創(chuàng)新性地選用磷酸鹽作為成膜基料，以鱗片狀鋅為防銹顏料，研制出一種耐磨性、耐熱性優(yōu)越的ET-98無機富鋅涂料，其具有良好的隔熱和防腐效果。

    1.4氟碳涂料

    氟碳涂料主要是以有機氟聚合物為成膜樹脂的一種常溫固化涂料，當(dāng)前市場上常見的常溫固化型氟碳涂料主要采用樹脂氟烯烴－乙烯基醚共聚物（FEVE）和端羥基全氟聚醚（PFPE）為主。由于其氟碳樹脂含有特殊的C-F基團，賦予了氟碳涂料既有優(yōu)越的耐候性、耐化學(xué)藥品性和耐熱性，又有優(yōu)異的防腐性能，因而逐漸成為目前長效免維護工程外用涂料和高性能防腐涂料的主要代表。

    日本大森橋的涂裝工程采用常溫固化型氟碳涂料進行面漆防腐保護，到目前已使用超過２０年，涂層機械性能和防腐效果保持依然良好。與此同時，國內(nèi)對氟碳防腐涂料也進行了深入的研究。武漢Ｎ３３９０固化劑為主要原料，開發(fā)出一種氟碳重防腐面漆ＴＳＦ－８００。該產(chǎn)品一次涂膜厚度可達到１２０μｍ以上，現(xiàn)已應(yīng)用在世界第一高的舟山輸電鐵塔工程上。最近大連振邦公司自主研發(fā)的以國高校新技術(shù)研究所選用具有耐候性、耐磨性、防腐蝕性的氟碳樹脂（FEVE）和拜耳公司的N3390固化劑為主要原料，開發(fā)出一種氟碳重防腐面漆TSF-800。該產(chǎn)品一次涂膜厚度可達到120μM以上，現(xiàn)已應(yīng)用在世界第一高的舟山輸電鐵塔工程上。最近大連振邦公司自主研發(fā)的以國產(chǎn)醚型氟樹脂為成膜基料的防腐涂料，結(jié)果測試表明，其耐紫外線加速老化性能超過4000h，部分指標(biāo)接近甚至超過國外進口產(chǎn)品水平，在一定程度打破了國外進口產(chǎn)品在氟碳樹脂涂料領(lǐng)域的壟斷。

    1.5聚脲重防腐涂料

    自上世紀(jì)80年代末，美國Huntsman公司自主開發(fā)的一種創(chuàng)新性噴涂聚脲彈性體技術(shù)，該技術(shù)基于端氨基聚醚、二胺擴鏈劑的活性氫組分和異氰酸酯組分進行反應(yīng)，具有快速固化、施工時收環(huán)境影響小、極高的耐磨性、抗老化性以及耐腐蝕性等優(yōu)點，因其優(yōu)異的防腐綜合性能，在電力建設(shè)、石油石化防腐、建筑防水等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。

    目前利用新型結(jié)構(gòu)的聚天門冬氨酸酯為主體成膜物質(zhì)開發(fā)出來的聚脲防腐蝕涂料，逐漸受到許多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

    其中，荷蘭的AkzoNobel涂料公司最新推出的一種新型聚天門冬氨酸酯防腐涂料Intercure99，該涂料可標(biāo)準(zhǔn)的施工設(shè)備直接施工于金屬表面，一道施工厚度能達到250μm，該產(chǎn)品已德國最大的戶外媒體廣告裝置中防腐保護工程中使用。為了進一步提高聚脲防腐涂料性能和應(yīng)用范圍，西北工業(yè)大學(xué)的王軍委等在聚脲材料的基礎(chǔ)上，加入已用有機改性劑改性后的納米黏土，研發(fā)出一種新型納米改性聚脲防腐涂料，抗腐蝕性能得到明顯的改善。

    ２·國內(nèi)外重防腐發(fā)展趨勢

    伴隨著全球經(jīng)濟和工業(yè)的迅猛發(fā)展以及不斷提高的行業(yè)要求，重防腐涂料必將迎來新一輪的發(fā)展機遇，綜合當(dāng)前國內(nèi)外的涂料研究者的研究內(nèi)容，未來重防腐涂料的發(fā)展趨勢主要集中在以下方面：

    （1）水性化。隨著大眾對環(huán)境保護的要求越來越迫切和嚴(yán)格，開發(fā)出低耗能、低污染、高性能的水性化重防腐涂料已成為了當(dāng)前研究的熱點之一。而水性重防腐涂料研發(fā)的關(guān)鍵在于水溶性成膜樹脂的開發(fā)，目前水性環(huán)氧、水性氟碳以及水性聚氨酯等防腐涂料已研制成功。但水性重防腐涂料仍存在容易發(fā)生閃蝕、涂膜耐水性和機械性能相對較差等不足之處，還需進一步改善。

    （2）防銹顏料無毒化。作為重防腐涂料的重要組成部分，防銹顏料發(fā)揮著減緩金屬腐蝕的功效，常見的含重金屬的防銹顏料雖然性能優(yōu)異，但對環(huán)境會造成極大污染，因而在實際使用中逐漸受到限制。近年來使用環(huán)保型防銹顏料替代傳統(tǒng)防銹顏料已成為當(dāng)前環(huán)保型重防腐涂料的發(fā)展方向，但是要完全取代傳統(tǒng)有毒防銹顏料，需對無毒防銹顏料的理論和應(yīng)用方面加大研發(fā)力度。

    （3）多功能化。單一功能的重防腐涂料已遠遠不能滿足現(xiàn)代涂料工業(yè)的巨大需求，重防腐涂料功能的多樣化已勢在必行。如復(fù)合陶瓷耐高溫防腐涂料、導(dǎo)電聚苯胺重防腐蝕涂料、自愈合重防腐涂料、納米復(fù)合粉末滲鋅加重防腐涂料。為了推動重防腐涂料開發(fā)和產(chǎn)品升級，搶占世界重防腐涂料發(fā)展的制高點，必須對重防腐涂料多功能化給予高度的重視。

    3.展望

    通過總結(jié)國內(nèi)外的重防腐涂料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，重防腐涂料因其出色的防腐性能，受到人們越來越多的關(guān)注，在石油化工、海洋工程以及其他苛刻腐蝕環(huán)境中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，也取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。隨著重防腐涂料技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其發(fā)展前景必將越來越廣闊。

責(zé)任編輯：班英飛

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