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重防腐涂料在海洋工程鋼結構上的應用（下）

　　重防腐涂料根據不同的標準有不同的分類方法。下面根據有無溶劑就溶劑型及非溶劑型重防涂料的研究進展進行分類介紹。

　　2.1 溶劑型重防腐涂料

　　涂料中的VOC（volatile organic compounds）是指涂料中總揮發(fā)物含量扣減水分含量，認為是涂料中揮發(fā)性有機化合物含量，其對人體健康會造成巨大危害。當VOC 達到一定濃度時，人在短時間內會感到頭暈、頭痛、惡心、乏力等，嚴重時會出現昏迷、抽搐，并會傷害到人的腎臟、肝臟、大腦及中樞神經系統(tǒng)，嚴重的會造成記憶力減退等后果。目前常用的海洋重防腐涂料多為溶劑型涂料，因為溶劑型重防腐涂料原料易得，性能優(yōu)良，涂層附著力好，堅韌耐磨，不產生裂紋，耐化學品腐蝕。溶劑型涂料的主要品種有：環(huán)氧樹脂和環(huán)氧酯類涂料、醇酸樹脂涂料、聚氨酯類涂料、有機硅和氟化樹脂涂料、丙烯酸類樹脂涂料等。下面主要介紹一下最具代表性的環(huán)氧樹脂型和聚氨酯型重防腐涂料。

　　1）環(huán)氧樹脂型涂料。環(huán)氧樹脂型涂料是目前應用最廣泛，需求量最大的一類溶劑型重防腐涂料。環(huán)氧樹脂是一種線性結構的高分子材料，具有良好的穩(wěn)定性、粘結性、絕緣性和力學強度，同時還具有較好的耐堿性和耐油性。1930 年環(huán)氧樹脂最先由瑞士Pierre Castan 和美國SOGreenlee 合成，在1947 年實現了工業(yè)化生產。由于環(huán)氧樹脂難溶于水溶液中，而用有機溶劑價格高、易揮發(fā)，有些還有毒性、VOC較高，不符合目前環(huán)境保護的要求。溶劑型涂料的單道涂層厚度僅為100 μm 左右，然而海洋重防腐結構涂膜厚度至少要300~500 μm。這就需要多道涂工序才能達到規(guī)定膜厚，施工成本增加的同時，其溶劑對工人的身體健康也造成損害。人們通過各種手段對環(huán)氧樹脂溶劑型涂料進行改性，如對其填料進行改性，對涂料中環(huán)氧樹脂進行有機硅改性、酚醛改性、橡膠改性、聚氨酯改性等手段進行改性處理。如李明等將玻璃鱗片經復合硅烷處理劑處理后按20%~30%的用量制備出高性能的改性環(huán)氧樹脂涂料。涂層中呈片狀分布的玻璃鱗片有效阻止了腐蝕介質的侵入，并對于海洋工程鋼鐵結構有很好的防腐效果。Chonkaew 等用端羧基丁腈橡膠和有機粘土成功制備了高強度耐磨損的改性環(huán)氧樹脂，可以用于浪花飛濺區(qū)等海水沖擊力強的海洋工程鋼結構的腐蝕防護。Li 等用中堿玻璃鱗片為主要防腐蝕顏料，制備出一種適用于海洋氣候的高固含厚漿型環(huán)氧玻璃鱗片涂料。當粒徑為300 目時玻璃鱗片用量為20%～25%，其阻隔屏蔽效應最佳。相比較于普通環(huán)氧涂料在特殊性的海洋環(huán)境中，制備的環(huán)氧玻璃鱗片涂料性能更加優(yōu)異。

　　2）聚氨酯涂料。聚氨酯涂料由于其獨特的結構表現出優(yōu)異的性能，如高強度，耐油耐磨及耐高溫等。聚氨酯涂料是開始研究較晚但發(fā)展勢頭強勁的一類涂料。聚氨酯的主要原料是異氰酸酯，異氰酸酯能與羥基樹脂結合并且還能與底材中的羥基結合，形成牢固的化學鍵和氫鍵，使涂料與底材之間形成很強的粘附力[13]。二異氰酸酯類是聚氨酯類涂料的重要原料，甲苯二異氰酸酯是目前最主要的二異氰酸酯類原料。二苯甲烷二異氰酸酯對人類及對環(huán)境的危害性遠小于甲苯二異氰酸酯，主要是由于其毒性及蒸氣壓較低。目前在聚氨酯的各個行業(yè)，二苯甲烷二異氰酸酯代替甲苯二異氰酸酯已是大勢所趨。追求高固體分、水性化、無（弱）溶劑化、無重金屬化、低表面處理化、高性能化、多功能化、低成本化、節(jié)省資源化是涂料發(fā)展的國際大趨勢。水性涂料是迎合人們日益增長的環(huán)保意識而逐漸發(fā)展起來的。其特點是主要以水為分散介質，不含或含很少的有機溶劑所以，VOC 含量低。相比于溶劑型涂料對環(huán)境及施工人員的健康損害少。

　    2.2 水性重防腐涂料

　　水性涂料中沒有或者含有很少的有機溶劑而是以水作為分散介質，其無氣味、不易燃、價格低廉、儲存運輸及在使用過程中的安全性大大提高，且性能好。隨著國家政策對環(huán)境保護的日益嚴格要求，減少和控制涂料中VOC 的含量是環(huán)境保護的一個重要措施。水性環(huán)氧防腐涂料的諸多性能優(yōu)勢無形中決定了其比溶劑型防腐涂料的應用現狀更優(yōu)良和前景更廣闊。

　　1）水性環(huán)氧涂料。水性環(huán)氧樹脂有水乳型和水溶性兩種，它利用了環(huán)氧樹脂良好的穩(wěn)定性及抗腐蝕性等優(yōu)良性能。目前，環(huán)氧樹脂水性化有化學改性法、相反轉法和機械法等3 種主要方法。機械法是在乳化劑的作用下機械高速攪拌加入環(huán)氧樹脂，使非水溶性的環(huán)氧樹脂以微粒或液滴的形式分散在水中。這一方法制備的環(huán)氧樹脂乳液穩(wěn)定性極差，目前很少采用。化學改性法指在環(huán)氧樹脂分子鏈上通過接枝改性引入強親水性基團，使得原本非水溶性的環(huán)氧不用外加乳化劑就具有親水性。相轉換法又稱相反轉法，將一定比例的環(huán)氧樹脂和乳化劑在高速攪拌下混合均勻，然后向體系中逐滴地滴加水，當水加到一定量時，體系就會從油包水型變成水包油型。此種改性手段相比較機械法產品性能更加優(yōu)良、穩(wěn)定，而相比與化學法操作更加方便、快捷。三種方法中普遍采用的方法是相轉法和化學接枝改性法。

　　2）水性聚氨酯涂料。聚氨酯是異氰酸酯與多元醇反應生成的一種聚合物。聚氨酯涂料以其優(yōu)異的性能在涂料行業(yè)中占有非常重要的位置，對各種施工對象和環(huán)境的適應性較強，可以在在潮濕的底材上施工和低溫下固化。20 世紀90 年代，Jacobs 成功開發(fā)出能分散于水中的多異氰酸酯固化劑，從而使雙組分水性聚氨酯防腐蝕涂料進入實用研究階段。國內外對聚氨酯涂的研究也是從未間斷過[18—19]。S.S.Pathak 等用GPTMS（γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）和有機硅MTMS（甲基三甲氧基硅烷）改性水性聚氨酯涂料，增強了水性聚氨酯涂料的機械應力和彈性。其熱穩(wěn)定性提高較大，降解溫度也升高到約206 ℃，能夠適用于海洋、航天、汽車等領域的防腐。通過熱化學轉化法將粗甘油、游離脂肪酸、脂肪酸甲酯轉變成多元醇，制備出水性聚氨酯涂料。該涂料對鋼鐵表面表現出很好的附著性能，且涂料的鉛筆硬度測試高達F級別。

　　3）水性丙烯酸涂料。水性丙烯酸樹脂乳液屬于非均相丙烯酸酯聚合物水分散體，具有來源易、使用安全、價格低、減少環(huán)境污染和公害、節(jié)省資源和能源等優(yōu)點。丙烯酸樹脂乳液用途廣泛，性價比優(yōu)越，是水性樹脂中市場影響力最大的品種。實驗表明，水性丙烯酸防腐漆體系具有很好的耐鹽霧性能，且一次成膜厚度高、表干時間較快、貯存穩(wěn)定性良好。

　　4）水性無機富鋅涂料。水性無機富鋅涂料主要由硅酸鉀等水性硅酸鹽樹脂、硅酸鈉、助劑以及鋅粉等組成。它屬于高固體分厚膜涂料，其以無機物為主要成膜物，防銹顏料為高含量的鋅粉，水為分散介質。水性無機富鋅涂料是海洋腐蝕防護領域中防銹性能相當優(yōu)異的一類涂料，而且有很好的實用推廣價值。水性無機富鋅涂料已被各行各業(yè)所接受，因為其為一種零VOC 的環(huán)保型防腐涂料，具有廣闊的應用發(fā)展前景。

　　水性重防腐涂料具有許多優(yōu)點：涂膜附著力高、環(huán)保、耐化學藥品和耐腐蝕性能優(yōu)異、耐磨性好、硬度高；涂膜固化后其中含有的少量水分，可使涂膜表面形成微孔隙，這些孔隙能釋放混凝土內部水汽的壓力。也有一些不可避免的缺點：施工過程中若不小心摻入污物容易在涂膜表面造成縮孔；不適宜冬季或低溫環(huán)境施工等。

　　隨著人類對海洋的不斷深入探索，海洋工程鋼結構建筑越來越多，但其同時也面臨著嚴酷的腐蝕環(huán)境。目前國際上新建大型鋼結構設備所用的重防腐涂料涂層的有效使用壽命一般平均要達到20 年以上。海洋重防腐涂料的研究具有很強的實際意義，對國民經濟的發(fā)展有重要促進作用。

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