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海洋新材料之海洋防腐 / 防污材料

2019-02-12 12:14:09 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：DT新材料分享至：

目前，我國(guó)正處于集約低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期的關(guān)鍵階段，也是走向海洋戰(zhàn)略實(shí)施的關(guān)鍵時(shí)期，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸、深海新能源開發(fā)、沿海港口、船舶等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)海洋防腐材料有了更高的要求，研發(fā)綠色無(wú)害化、長(zhǎng)壽命、經(jīng)濟(jì)化的海洋防腐材料是客觀必要的。

海洋材料的腐蝕

材料在海洋環(huán)境中必然要經(jīng)受各種惡劣條件的腐蝕和侵蝕作用，其中不僅包括海浪沖刷、海水濺射、海水腐蝕，還包括海洋中各種微生物附著腐蝕和海洋大型生物，如貝類、軟體類的附著腐蝕作用。

海水腐蝕特點(diǎn)

1.海水導(dǎo)電性好，腐蝕電池中的歐姆電阻很小，異金屬接觸能造成陽(yáng)極性金屬發(fā)生顯著的電偶腐蝕。

2.海水中有大量氯離子，易造成金屬鈍態(tài)局部破壞。

3.碳鋼在海水中發(fā)生吸氧腐蝕，凡是使氧極限擴(kuò)散電流密度增大的因素，如充氣良好，流速增大等，都會(huì)使碳鋼腐蝕速度增大。

4.海洋環(huán)境的腐蝕分為幾個(gè)區(qū)域（海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海泥區(qū)）。

5.溫度、溶解氧、鹽度、PH、氧化還原電位等因素對(duì)海洋腐蝕均有顯著影響。

海洋防腐材料

在控制船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)失效的主要措施中，除了結(jié)構(gòu)本身采用傳統(tǒng)防腐蝕材料之外，防腐涂料和防污涂料是最主要的控制方法。

01傳統(tǒng)防腐蝕材料

海洋中使用的耐腐蝕材料包括 : 耐海水腐蝕鋼、耐腐蝕鋼筋、雙相不銹鋼、鈦合金、銅合金、復(fù)合材料、高分子材料、高性能混凝土等。金屬和鋼筋混凝土的使用量最大。

耐腐蝕金屬材料是通過(guò)調(diào)整金屬材料中的化學(xué)元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)降低電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)速度，從而可以顯著改善金屬材料的耐腐蝕性。

02防腐涂料

環(huán)保涂料

防腐顏料的無(wú)鉛無(wú)鉻化是防腐蝕涂料的發(fā)展方向。為此專家們研究開發(fā)出抑制鋼鐵腐蝕的新型防銹顏料，如磷酸鋅、磷酸鈣、鉬酸鋅、鉬酸鈣以及含鋅化合物等。

水性涂料

水性涂料中最重要的防腐涂料就是水性無(wú)機(jī)富鋅涂料，它是海洋環(huán)境防腐蝕領(lǐng)域中防銹性能最優(yōu)異的一類涂料，并且很有推廣價(jià)值。但是，因?yàn)榇八幍沫h(huán)境比較惡劣，水性涂料的防腐蝕性能還達(dá)不到要求，使得水性涂料在船舶上的應(yīng)用較少。

低處理表面防銹涂料

船舶及海洋設(shè)施有許多狹小或不能搬動(dòng)的部件，這種涂料不但減輕了表面處理的壓力，避免了預(yù)處理對(duì)環(huán)境造成的污染，并且節(jié)約了很多維修費(fèi)用，目前國(guó)內(nèi)外各公司均試圖開發(fā)出能適應(yīng)低處理表面的通用底漆。

無(wú)溶劑聚脲、聚氨酯涂料

20世紀(jì)90年代以來(lái)，無(wú)溶劑聚脲、聚氨酯噴涂工藝得到了迅速發(fā)展。它一次噴涂厚度可達(dá)到 2cm，幾分鐘即可固化成膜，不受施工環(huán)境的影響，特別適合于要求快速施工的厚涂平臺(tái)甲板和彈性地板涂裝。

03防污涂料

船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)建設(shè)在海洋管線、鋼樁、平臺(tái)等部分，一定會(huì)面臨著海洋污損生物的侵害與腐蝕，此生物污損而導(dǎo)致的后果特別嚴(yán)重，是廣泛存在的腐蝕類型。因?yàn)楹Ｑ笪⑸锟梢砸栏皆诠こ淘O(shè)備的表面上，既影響設(shè)備外觀，也對(duì)船舶的正常行駛造成影響，出現(xiàn)提高燃油成本等問(wèn)題。防污涂料可以比較全面的保護(hù)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)，降低和避免海洋生物對(duì)其的污損和附著。

海洋防污涂料發(fā)展過(guò)程

1.公元2000多年為了保護(hù)船底，人類開始將薄鉛板包覆在船殼上，后來(lái)人們開始懂得將硫磺、砷等與油混合后涂覆在船底，再逐漸發(fā)展到采用焦油、蠟和鉛覆蓋船體。

2.公元前 3 世紀(jì)羅馬人和希臘人用銅釘來(lái)保護(hù)鉛覆蓋物。

3.13 ～ 15 世紀(jì)瀝青被廣泛用于船舶的保護(hù)，甚至有時(shí)與油、松香或動(dòng)物脂混合使用。隨著時(shí)代發(fā)展，銅板開始被用作防污材料，防污效果也有了很大的提高。由此人們意識(shí)到銅離子對(duì)海生物具有很強(qiáng)的殺滅作用，從而開創(chuàng)了以銅離子為毒料制備船底防污涂料的時(shí)代。

4.18 世紀(jì)中期以來(lái)從聚合物介質(zhì)中釋放毒物這一想法出發(fā)，人們開發(fā)了不同品種的防污涂料，并且受到了廣泛歡迎。

5.20 世紀(jì)50 年代中期，人們開始將有機(jī)錫作為毒料用于船舶防污涂料中。

60年代初，人們開發(fā)出含有 TBT 毒料的船舶防污涂料，并很快進(jìn)入市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)這種廣譜殺蟲劑還是以游離的形式存在于涂料中。

70 年代，人們才開發(fā)出一種長(zhǎng)效的有機(jī)錫自拋光船舶防污涂料（TBT-SPC），很快就成為防污涂料的主流產(chǎn)品。但國(guó)際社會(huì)逐漸意識(shí)到有機(jī)錫對(duì)海洋生態(tài)，甚至是人類的潛在威脅，各個(gè)沿海國(guó)家紛紛通過(guò)立法來(lái)限制有機(jī)錫的使用。

6.21世紀(jì)~1999 年 11 月，在倫敦舉行的第 21屆國(guó)際海事組織會(huì)議通過(guò)一項(xiàng)決議，規(guī)定把使用 TBT 的最終期限定為 2003 年1 月 1 日。

從 2008 年 1 月 1 日開始，完全禁止在防污涂料中使用 TBT，即 2008 年后，涂有有機(jī)錫防污涂料的船舶不再允許在海上航行。自此，海洋防污技術(shù)進(jìn)入了全新的時(shí)代。

新型環(huán)境友好型無(wú)毒防污涂料

一、無(wú)錫自拋光防污涂料

目前應(yīng)用最廣泛的低毒防污涂料主要為以丙烯酸硅、銅和鋅作為樹脂基料的無(wú)錫自拋光防污涂料，在丙烯酸樹脂主鏈接枝含硅、銅或鋅側(cè)鏈基團(tuán)，形成類似于有機(jī)錫側(cè)鏈基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，使含硅、銅或鋅側(cè)鏈基團(tuán)在海水環(huán)境中也可與海水中的鈉離子發(fā)生離子交換反應(yīng)而逐漸水解，并溶解至水體中。由于這類新型樹脂不含有機(jī)錫，具有良好的環(huán)保性，因此無(wú)錫自拋光防污涂料也逐漸成為低毒防污技術(shù)的研究熱點(diǎn)，截至 1996 年，關(guān)于無(wú)錫自拋光防污涂料的注冊(cè)專利已達(dá)數(shù)百項(xiàng)。

二、仿生防污涂料

其研究重點(diǎn)是利用分子技術(shù)，設(shè)計(jì)制備特定的高分子材料，模擬動(dòng)植物表皮結(jié)構(gòu)和幾何形貌，形成一系列的人工表面。這種模擬通常是微納米級(jí)的，而且是多結(jié)構(gòu)的。

三、低表面能防污

無(wú)毒低表面能防污涂料（FRC）不含任何殺蟲劑，環(huán)境友好性能得到廣泛認(rèn)可，其研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，并獲得了商業(yè)應(yīng)用。此類防污涂料通過(guò)涂層低表面能的特性使污損生物不易附著或附著不牢，容易被水流沖刷掉，從而達(dá)到防污的目的。從理論上講，完全不依靠防污劑的滲出來(lái)防污。

四、納米防污涂料

由于納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等諸多優(yōu)良的特性，將納米材料引入環(huán)境友好型抗海洋生物污損涂料可以使涂料得到更加優(yōu)異的物理化學(xué)性能。

五、導(dǎo)電防污涂料

導(dǎo)電防污涂料的作用原理是通過(guò)在漆膜表面產(chǎn)生微弱的電流，使海水電解產(chǎn)生次氯酸離子，以達(dá)到防污目的。導(dǎo)電防污涂料主要有兩種作用方式：一是在船體表面涂覆一層導(dǎo)電高聚物，船體為陰極，導(dǎo)電涂膜為陽(yáng)極，通入微電流電解海水，在涂層表面形成次氯酸離子層，從而起到防污效果；二是不通微電流，將電導(dǎo)率較大的摻雜導(dǎo)電高聚物為有效物質(zhì)的涂料直接涂覆在船體上。