【中國涂料采購網(wǎng)】隨著社會經(jīng)濟(jì)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(hù)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(jìn)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(jìn)行總結(jié)和展望。
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(jī)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(tuán)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(jìn)行固化，并加以無毒性的磷酸鹽系防銹顏料進(jìn)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(jìn)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(dá)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(jī)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(jìn)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(tuán)的改性環(huán)氧樹脂，加入多官能度的胺類和酚類固化劑進(jìn)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(hù)。
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(jìn)行物理改性和化學(xué)改性，來進(jìn)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(qiáng)聚硅氧烷在環(huán)氧樹脂中的相容性，該防腐涂料膜層的機(jī)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(jìn)行改性，在改善了涂層的物理力學(xué)性能同時，也進(jìn)一步增強(qiáng)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(jìn)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(jìn)行化學(xué)改性，并用DDM固化劑進(jìn)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(tuán)，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(qiáng)、耐磨性和機(jī)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(jìn)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(tuán)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(dá)到現(xiàn)有的國內(nèi)重防腐涂料標(biāo)準(zhǔn)要求。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)和擴(kuò)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(jìn)行改性聚氨酯涂料，改性后的聚氨酯防腐涂料涂層的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性能得到較大增強(qiáng)，其降解溫度提升了約206℃，擴(kuò)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(dá)到保護(hù)金屬基材的效果，因此其干膜的鋅粉含量能達(dá)到80%-95%左右。富鋅涂料可以分為有機(jī)富鋅涂料和無機(jī)富鋅涂料兩類。目前常用的有機(jī)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(qiáng)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(jìn)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(jī)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(jī)富鋅涂料相比，無機(jī)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(yuǎn)優(yōu)異于有機(jī)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(jìn)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(jī)硅酸鋅涂料，其成膜速度快，與金屬底材粘結(jié)強(qiáng)，能起到較好的陰極保護(hù)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(jī)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(jī)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(tuán)，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(hù)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(jìn)行面漆防腐保護(hù)，到目前已使用超過20年，涂層機(jī)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(jìn)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(dá)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(dá)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(jìn)口產(chǎn)品水平，在一定程度打破了國外進(jìn)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(kuò)鏈劑的活性氫組分和異氰酸酯組分進(jìn)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(dá)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(hù)工程中使用。為了進(jìn)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(jī)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(jì)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(jī)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(hù)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(jī)械性能相對較差等不足之處，還需進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)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。