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【jù】不同的标【biāo】准有不同的【de】分类方法。下面【miàn】根据有无溶剂就溶剂型及【jí】非溶剂型重防涂【tú】料的研究进展进【jìn】行分【fèn】类介绍【shào】。

　　2.1 溶剂型重防腐涂料

　　涂料中的【de】VOC（volatile organic compounds）是指涂料中【zhōng】总【zǒng】挥发物含【hán】量扣减【jiǎn】水【shuǐ】分含量，认为是涂料中挥发性【xìng】有机化合【hé】物含量【liàng】，其【qí】对人体健康会造成【chéng】巨大危害。当VOC 达到一定浓度时，人在短时【shí】间内【nèi】会感到【dào】头晕、头痛、恶心【xīn】、乏力【lì】等，严重时会出【chū】现【xiàn】昏【hūn】迷、抽搐，并会伤害到人的肾脏、肝脏【zāng】、大脑及中枢神经【jīng】系统，严重的会造成记【jì】忆力减退【tuì】等【děng】后果【guǒ】。目前常用的【de】海【hǎi】洋重防腐涂料【liào】多为溶剂型涂料，因为溶剂型重防【fáng】腐涂料原料易得，性能【néng】优良，涂层附着力好，坚韧耐磨，不产生【shēng】裂纹，耐化学品腐蚀。溶【róng】剂型【xíng】涂料的主要【yào】品种【zhǒng】有【yǒu】：环氧树脂【zhī】和环【huán】氧酯类涂料、醇酸树脂涂料、聚氨酯类【lèi】涂料、有机硅和氟【fú】化树脂【zhī】涂料【liào】、丙烯酸类【lèi】树【shù】脂涂料等。下面主要【yào】介绍一下最具代表性的环氧树【shù】脂型和聚氨【ān】酯型重防腐涂料。

　　1）环氧树脂【zhī】型涂料。环氧树脂型涂料是目前应用最广泛，需求【qiú】量最大【dà】的一【yī】类溶剂型重防【fáng】腐涂【tú】料。环氧树脂【zhī】是【shì】一种线性【xìng】结构的【de】高分【fèn】子材料，具有良【liáng】好的稳定性、粘结【jié】性【xìng】、绝缘性和【hé】力学强度，同时还具有较好【hǎo】的耐碱性和耐油性【xìng】。1930 年【nián】环氧树脂最先由瑞士【shì】Pierre Castan 和美国SOGreenlee 合成，在1947 年实现【xiàn】了【le】工【gōng】业化生产【chǎn】。由于环氧树脂难【nán】溶于水溶液中【zhōng】，而【ér】用有机溶剂【jì】价格高、易挥发【fā】，有些还【hái】有毒【dú】性、VOC较【jiào】高，不【bú】符合目【mù】前环境保【bǎo】护的要【yào】求。溶剂型涂料的【de】单道【dào】涂层厚度仅为100 μm 左右，然而海洋重【chóng】防腐结构【gòu】涂膜厚度至【zhì】少要300~500 μm。这就需【xū】要多道涂【tú】工序才能达到规定膜厚【hòu】，施工【gōng】成本增加的【de】同【tóng】时，其溶剂【jì】对工人的身【shēn】体健康也造成损【sǔn】害。人【rén】们通过各种手段【duàn】对环氧树【shù】脂溶【róng】剂型【xíng】涂【tú】料进行改性，如对其填料进行改性，对【duì】涂料中环氧树脂进行有机硅改性、酚醛改性、橡【xiàng】胶改性【xìng】、聚氨酯【zhǐ】改性等【děng】手段进行改性【xìng】处理。如【rú】李明等将【jiāng】玻璃【lí】鳞片经复合硅烷处理剂处理【lǐ】后按【àn】20%~30%的用量【liàng】制备出高性能的改性环氧树【shù】脂涂料。涂层中呈片状分布的玻璃鳞【lín】片有效阻止了腐蚀介质的侵入，并对于海洋【yáng】工程【chéng】钢铁结构有很好的防腐【fǔ】效【xiào】果。Chonkaew 等【děng】用端羧基丁腈橡胶和有机粘土【tǔ】成功【gōng】制【zhì】备了高强度耐磨损的改性环氧【yǎng】树脂，可以【yǐ】用于【yú】浪花飞溅区等海【hǎi】水【shuǐ】冲击力强的海洋【yáng】工程钢结构【gòu】的腐蚀防护。Li 等【děng】用中碱玻【bō】璃鳞片【piàn】为主【zhǔ】要防腐蚀颜料，制备出【chū】一【yī】种适用于海【hǎi】洋【yáng】气【qì】候的高固含厚浆型环氧玻璃鳞片涂料【liào】。当粒径为300 目时玻璃鳞片用量为【wéi】20%～25%，其阻隔【gé】屏【píng】蔽效【xiào】应最佳。相比较于普通环【huán】氧涂料在特殊性的【de】海洋环境中，制备的环氧玻璃鳞片【piàn】涂【tú】料性【xìng】能更加优异。

　　2）聚氨酯涂料。聚氨酯涂料由于其独特的结【jié】构表【biǎo】现出优【yōu】异的性能，如【rú】高强度，耐油耐磨【mó】及耐高【gāo】温等。聚氨酯涂料是开始研究较晚但【dàn】发展势头强劲的一类涂料。聚【jù】氨【ān】酯的主要【yào】原料是异氰酸酯，异氰酸酯能与羟【qiǎng】基树脂【zhī】结合并且还能【néng】与【yǔ】底材【cái】中【zhōng】的羟基结合，形成牢【láo】固的化学键和【hé】氢键，使涂【tú】料与【yǔ】底材【cái】之间形成很强的粘【zhān】附【fù】力[13]。二【èr】异氰【qíng】酸【suān】酯类是【shì】聚氨酯【zhǐ】类涂料的重要【yào】原料，甲苯二【èr】异氰酸酯是目前最【zuì】主要的二异氰酸【suān】酯类原料。二苯【běn】甲【jiǎ】烷二异氰酸酯对人类及对环【huán】境的危【wēi】害性远小于甲【jiǎ】苯二异【yì】氰酸酯，主【zhǔ】要是由【yóu】于其毒性及蒸气【qì】压较低。目前在【zài】聚氨酯【zhǐ】的【de】各【gè】个行【háng】业，二苯甲烷二【èr】异氰酸酯代【dài】替甲苯二异氰酸酯已是大【dà】势所【suǒ】趋。追求高固体分、水【shuǐ】性化、无（弱）溶剂化、无重【chóng】金属化、低表面处理化、高性能化、多功能化、低成本化【huà】、节省资源化【huà】是涂料发展【zhǎn】的国际大趋势【shì】。水【shuǐ】性涂料是迎合人们日益增【zēng】长的环保意【yì】识而逐渐发展起来的。其特点是【shì】主要以水为分【fèn】散介质，不含或含很少的有机溶剂【jì】所【suǒ】以【yǐ】，VOC 含量低【dī】。相比于溶【róng】剂型涂料【liào】对环境及施工人员的【de】健康损害【hài】少。

　    2.2 水性重防腐涂料

　　水性【xìng】涂料中没有或者含有很少【shǎo】的【de】有机溶【róng】剂而【ér】是以水作为分散【sàn】介质，其无气味、不易燃【rán】、价【jià】格低廉、储存运【yùn】输及在使用过程中的安【ān】全性大大提高，且性能好【hǎo】。随着国【guó】家政策对环境保护【hù】的日益严格要求，减少和控【kòng】制【zhì】涂料【liào】中【zhōng】VOC 的【de】含【hán】量是环境保护【hù】的【de】一个重【chóng】要措施。水【shuǐ】性环氧防【fáng】腐涂料的【de】诸多性能优势无形中【zhōng】决定了其【qí】比溶剂型防腐涂料的应用现状更优良和【hé】前景更广阔。

　　1）水性环氧涂料。水性环氧树脂【zhī】有水乳型和水溶性【xìng】两种【zhǒng】，它利【lì】用了环氧树脂良好的稳定【dìng】性【xìng】及【jí】抗腐蚀性【xìng】等优良【liáng】性能【néng】。目前，环氧树脂水性化有【yǒu】化学改性法、相反转法和机械法等3 种【zhǒng】主要方法【fǎ】。机械法是在【zài】乳化剂的作用【yòng】下机械高【gāo】速搅拌加入【rù】环氧树脂，使【shǐ】非水溶性的环氧树脂以微粒【lì】或液滴的形式分散【sàn】在水中。这一方【fāng】法【fǎ】制备的环氧树【shù】脂【zhī】乳液【yè】稳定性极差【chà】，目前很少采用。化学改性法【fǎ】指在环氧树脂分子【zǐ】链上通过接【jiē】枝改性引入强亲【qīn】水【shuǐ】性基团，使得原本非水溶性的环氧不用外加乳【rǔ】化剂就【jiù】具有亲水性【xìng】。相转换法【fǎ】又称相反转法，将一定【dìng】比【bǐ】例的【de】环氧树脂和乳化剂在【zài】高速搅拌下混合均匀，然【rán】后向体系中逐滴地【dì】滴加水【shuǐ】，当水加到【dào】一【yī】定量时，体【tǐ】系就会从油包水型变【biàn】成水包油型。此种【zhǒng】改性手段相比较机械法产品性能更加优良、稳定【dìng】，而相【xiàng】比【bǐ】与化学法操作更加方便、快捷【jié】。三种【zhǒng】方法中普遍【biàn】采【cǎi】用的【de】方法是【shì】相转【zhuǎn】法和化学接枝改性法【fǎ】。

　　2）水【shuǐ】性【xìng】聚【jù】氨酯【zhǐ】涂料【liào】。聚氨酯是异【yì】氰酸酯与多元醇【chún】反应生成的【de】一种聚合物。聚氨酯涂料以其优异的性能【néng】在涂料【liào】行业中占【zhàn】有非常重要的位置，对各种施【shī】工【gōng】对【duì】象和【hé】环境【jìng】的适应性较【jiào】强，可以在在【zài】潮湿【shī】的底【dǐ】材上施工和【hé】低温下【xià】固化。20 世【shì】纪90 年【nián】代，Jacobs 成功【gōng】开发出能分散【sàn】于水中的多【duō】异【yì】氰酸酯固化【huà】剂，从而使双【shuāng】组分水【shuǐ】性【xìng】聚氨【ān】酯【zhǐ】防腐蚀涂料进【jìn】入实用研究阶段。国内【nèi】外对聚氨酯涂的研【yán】究也【yě】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【ān】酯涂料，增强了【le】水性聚【jù】氨【ān】酯【zhǐ】涂【tú】料的【de】机械应力和弹性。其热稳定性提高较大，降【jiàng】解温度也升高到约206 ℃，能够适用于海洋、航天、汽车等【děng】领域的防腐。通过热【rè】化学转化法将粗甘油、游离脂肪酸、脂肪酸甲酯转【zhuǎn】变成多【duō】元醇【chún】，制备出水性聚氨酯涂料。该【gāi】涂料对钢铁表【biǎo】面表现出【chū】很好的附【fù】着性【xìng】能，且涂料【liào】的【de】铅笔硬度测试高达F级别。

　　3）水性【xìng】丙烯【xī】酸涂料【liào】。水性丙烯【xī】酸树脂乳液属于非【fēi】均【jun1】相丙烯【xī】酸酯聚合物水【shuǐ】分散【sàn】体，具有来源易、使用【yòng】安全【quán】、价格低、减少环境污【wū】染和公害、节省资【zī】源和【hé】能源等优点。丙烯酸树【shù】脂乳液用途广泛【fàn】，性价比优【yōu】越，是【shì】水性树脂【zhī】中市【shì】场【chǎng】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【hěn】好的耐盐雾性能【néng】，且一次【cì】成膜厚度高、表干时间较快、贮存稳定性良好。

　　4）水性【xìng】无机富【fù】锌涂料。水性无机富锌涂料主要由硅酸【suān】钾等【děng】水性硅【guī】酸盐树脂、硅酸钠、助【zhù】剂以及锌粉等组成。它属于高固体分厚膜涂【tú】料，其以无机【jī】物为主要成膜物【wù】，防锈颜料为高含【hán】量的锌粉，水为【wéi】分散介质。水性【xìng】无【wú】机富【fù】锌【xīn】涂料【liào】是海洋腐蚀防护领【lǐng】域中【zhōng】防【fáng】锈性【xìng】能相当【dāng】优异的一类涂料，而且有很好【hǎo】的实用推广价值。水性无【wú】机富锌涂【tú】料已【yǐ】被各行各业【yè】所接受，因为其为一【yī】种零VOC 的【de】环保型防腐涂料，具有广阔的应【yīng】用发展前景。

　　水性重防腐涂料具有【yǒu】许【xǔ】多优【yōu】点：涂膜【mó】附【fù】着力高、环保【bǎo】、耐【nài】化学药品和耐腐蚀性能优异、耐磨性好、硬度高【gāo】；涂【tú】膜固化后其中含有的少量水分，可使【shǐ】涂膜表面形成微孔隙，这些【xiē】孔隙能释放混凝土内部水汽的压力。也【yě】有一【yī】些不【bú】可避免的缺【quē】点：施工过程【chéng】中若不【bú】小心掺入污【wū】物容易在涂膜表【biǎo】面【miàn】造成缩孔【kǒng】；不适宜冬季或低温环【huán】境【jìng】施工【gōng】等。

　　随着人类对海洋的不断【duàn】深入探索【suǒ】，海洋工【gōng】程【chéng】钢结构建筑越来越多，但【dàn】其同时【shí】也【yě】面临着【zhe】严酷的【de】腐蚀环境。目前国际上新建大型【xíng】钢结构设备所用的重防【fáng】腐涂料涂层的有效使用寿命一般【bān】平均要达【dá】到20 年【nián】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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