船舶重防腐涂料的發(fā)展方向研究

摘要：在全球大力發(fā)展海洋經(jīng)濟的背景下，人們對海洋環(huán)境的重視程度逐步加深。傳統(tǒng)船舶重防腐涂料多是以犧牲海洋環(huán)境為代價換取船舶防腐的高效性和長效性。伴隨著全球各地海洋環(huán)境保護相關(guān)法律法規(guī)的頒布，傳統(tǒng)船舶防腐涂料勢必被淘汰，符合法規(guī)的新型環(huán)境友好型船舶防腐涂料成為目前船舶涂料行業(yè)的重要研究方向。本文主要從船舶重防腐涂料的高固體分、無溶劑、低表面處理、水性化四個方面對新型船舶防腐涂料的發(fā)展方向進行了綜述。

關(guān)鍵詞：環(huán)境友好型；船舶防腐涂料；水性化；高固體分；低表面處理

一、引言

環(huán)境保護、節(jié)能減排、高性能以及特定功能化是未來防腐涂料的發(fā)展趨勢。國際著名涂料公司正在把開發(fā)具有環(huán)境友好型的重防腐涂料作為重要研發(fā)項目，國內(nèi)涂料市場也在朝著環(huán)保節(jié)能的方向轉(zhuǎn)變。隨著國際上對環(huán)境保護的重視以及國內(nèi)各種法規(guī)政策的要求，符合涂料工業(yè)的“4E 原則”（環(huán)保、經(jīng)濟、節(jié)能、高效）成為整個涂料工業(yè)發(fā)展的新方向。我國重防腐涂料也在發(fā)生著轉(zhuǎn)變：油性涂料的水性化；單一低性能涂料的高性能化及多功能化；高 VOC 涂料的高固體化/無溶劑化；含鉛等重金屬有毒涂料的低污染、無公害化； 復雜表面處理涂料的低表面處理化；傳統(tǒng)涂料的粉末化等。

圖 1 2009 年我國重防腐涂料組成[1] 

二、研究進展

1.高固體化

通常情況下，質(zhì)量固體含量在 60%~80%之間的、滿足一次性成膜干膜的厚度大于 80 微米的溶劑型涂料被稱為高固體分涂料。隨著國內(nèi)外對環(huán)境保護的越發(fā)重視，VOC（揮 發(fā)性有機化合物）含量低的高固體分涂料的需求量逐年飆升。高固體分涂料由于可揮發(fā)溶劑含量少，環(huán)境危害小并且具有一次性成膜厚等優(yōu)點，在鋼結(jié)構(gòu)等重防腐領(lǐng)域被廣泛應用。與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，高固體分涂料具有相同的施工條件， 在工業(yè)防腐領(lǐng)域占有重要位置。繼續(xù)降低 VOC 含量，不斷提高體積固含量是高固體分涂料未來的研究方向。

國家財政部、國家稅務總局在 2015 年 1 月 26 日聯(lián)合發(fā)文：“關(guān)于對電池、涂料征收消費稅的通知”，通知包括：自 2015 年 2 月 1 日，開始對涂料征收消費稅，本次消費稅

征收的對象為涂料生產(chǎn)企業(yè)，消費稅稅率為 4%（按出廠價計算），涂料的 VOC 含量在 420g/L 以上的需要交納消費稅，高固體分涂料得以豁免。這一政策的出臺，使高固體分涂料以及無溶劑涂料再度成為熱點。

1.無溶劑化

無溶劑涂料又被稱為活性溶劑涂料，在涂料固化成膜的過程中，溶劑作為涂膜成分，不向大氣中排放對環(huán)境有害的有機化合物。隨著環(huán)保意識的不斷加強，國際上一些發(fā)達國家相應作出對涂料 VOC 含量的嚴格限制，無溶劑涂料由于能夠減少可揮發(fā)溶劑對環(huán)境的危害而備受關(guān)注。

與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，無溶劑涂料具備以下優(yōu)點：有機物揮發(fā)少、涂層干膜內(nèi)應力小不易開裂、一次性成膜厚、涂層固化過程收縮小、涂層邊緣覆蓋性能優(yōu)異等。無溶劑涂料由于無揮發(fā)有機溶劑，在固化過程中無損耗，故可以在滿足相同膜厚度的要求下比傳統(tǒng)溶劑型涂料用量小，可降低成本。相比傳統(tǒng)溶劑型涂料，無溶劑涂料一次性成膜度高，可避免反復施工，提高了施工效率，減少了涂裝周期。有機揮發(fā)物的減少使得無溶劑涂料在涂裝施工過程中的安全問題比如個人防護、防火、防爆等方面得到了有效解決，例如，油漆工人在密閉倉室內(nèi)施工，空氣中不含有機揮發(fā)物就會大大降低爆炸的可能性，大大提高了涂裝過程中的安全性[2]。

目前市場上常見的雙液型無溶劑涂料主要有：有機硅涂料、環(huán)氧樹脂及其改性涂料、聚脲涂料以及 100%固體聚氨酯涂料。無溶劑涂料的特點：（1）物理性能優(yōu)異。無溶劑涂料因為有機溶劑含量少或不含有機溶劑，在漆膜固化的過程中不會殘存有機溶劑而降低涂層的物理性能。并且樹脂反應均一且充分，分子排列緊密，無溶劑涂料因而具有良好的物理性能。（2）耐化學藥品性。目前涂料市場常用的無溶劑涂料多為雙組份涂料，A、B 雙組份涂料的配比可以根據(jù)各種化學藥品的特殊需求而改變。（3）涂裝施工靈活方便。雙組份無溶劑涂料反應迅速，固化時間只有幾秒時間，因而可以節(jié)省施工時間，在短時間內(nèi)根據(jù)涂層厚度需要反復施工，可滿

足高涂膜厚度的需求。雖然無溶劑涂料在涂裝過程中需要特殊的噴涂設備，但是因為其固化時間短且可在室溫下固化， 因而可在現(xiàn)場進行涂裝。另外，無溶劑涂料對氣候條件要求較低，在低溫或潮濕的環(huán)境中也可以直接施工，所以，施工操作是非常靈活方便的[3]。

1.低表面處理

在涂裝施工之前，為了達到更好的防腐效果，需要對涂覆對象做一定的表面處理。研究表明，表面處理在影響涂層壽命的各種因素中占比  49.5%，明顯影響涂層的使用壽命[4]。并且，涂料涂裝前期對底材的表面處理所需費用占整個涂裝工程費用的  60%，因而，如何降低表面處理費用以及研發(fā)低表面處理涂料成為涂料研究的重點。目前，主要的低表面處理涂料主要有：可直接噴涂在其他種類舊涂層表面的涂料、可帶濕涂裝、帶銹涂裝的涂料等[5]。

通常在對鋼結(jié)構(gòu)進行涂裝前，需要對鋼材進行噴砂前處理，表面處理的等級需要達到Sa2.5 級。這就對噴涂工程的整個施工過程有較高的要求：（1）噴砂處理會耗費大量的磨料并且需要專業(yè)的設備，大大的增加了工程造價；（2）對于那些含有復雜結(jié)構(gòu)且含有復雜工作面的鋼結(jié)構(gòu)工程，噴砂工人很難對結(jié)構(gòu)死角做到徹底處理；（3）對鋼結(jié)構(gòu)采用噴砂處理，會導致鋼板變薄，結(jié)構(gòu)強度相應降低，特別是在對已發(fā)生腐蝕的鋼結(jié)構(gòu)進行防腐處理時；（4）在噴砂過程中會產(chǎn)生大量粉塵也會帶來一定噪聲污染。

另外，國內(nèi)外前期大量建造的鋼結(jié)構(gòu)設施，比如港口起重設施、海上鉆井平臺、橋梁和電塔等正逐步進入防腐維修期，需要對這些設施進行重新涂裝。然而在這些已建設施上進行噴砂處理，會產(chǎn)生很多不可避免的問題涉及工程造價、環(huán)保以及施工困難等方面，存在非常大的困難。鑒于以上原因，國內(nèi)外開始采用手工打磨的方式代替以往的噴砂處理。在船舶維修領(lǐng)域，也逐步采用濕噴砂和高壓水除銹的方式代替以往的傳統(tǒng)噴砂處理來減少對環(huán)境的危害。然而，手工打磨、高壓水除銹以及濕噴砂等表面處理方式卻很難達到Sa2.5 級的要求。因此，開發(fā)對噴涂前處理要求低的低表面處理涂料成為國內(nèi)外涂料研發(fā)的熱點。

低表面處理涂料的作用機理：從結(jié)構(gòu)上看，附著在鋼結(jié)構(gòu)外的鐵銹是與鋼鐵底材附著不牢固的浮銹和與鋼鐵底材附著牢固的牢銹的疏松多孔的含水混合物；從成分上看，鐵銹是一種包含活潑有害鐵化物（?  - FeOOH  ，F(xiàn)e(OH)2 ，F(xiàn)e(OH )3 ）和穩(wěn)定無害的鐵氧化物（? - FeOOH ， Fe 2O 3 ， Fe3O4 ）的混合物。這就要求低表面處理涂料除了具備普通防腐涂料的性能還需要具備足夠的滲透性和足夠的反應性：這種滲透性使得樹脂可以充分浸潤銹層并且能夠滲透到疏松多孔的銹層的各個角落，并最終使得銹層結(jié)合樹脂后成為一個完全封閉的涂層來屏蔽腐蝕介質(zhì)進入鋼鐵表面；這種反應性能夠把鐵銹中存在的活潑有害的鐵化物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、無害的涂料填料。只有具備以上條件的涂料，才能適應低表面處理的底材，并最終將整個銹層轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的保護膜[6]。

2.水性化

近年來，國內(nèi)外工業(yè)所用涂料絕大多數(shù)為溶劑型涂料， 然而溶劑型涂料存在固化過程產(chǎn)生大量有毒揮發(fā)物污染環(huán)境以及造成經(jīng)濟浪費等缺點，而且多數(shù)揮發(fā)物為易燃易爆的有機物給施工安全帶來極大威脅。為消除溶劑型涂料揮發(fā)物帶來的危害，許多國家相繼出臺環(huán)境保護法來限制VOC 含量， 號召社會積極發(fā)展“環(huán)境友好型”涂料（水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料以及UV 輻射固化涂料等）。

據(jù)統(tǒng)計，美國在 1999 年所生產(chǎn)的涂料中，“環(huán)境友好型”涂料占 80%，其中水性涂料為 62%。水性涂料是以水為溶劑且主要揮發(fā)產(chǎn)物為水的涂料，具有低毒、可燃性低、VOC 含量低、低粘度、使用方便等優(yōu)點。然而由于水的比熱較大， 不易揮發(fā)，導致水性涂料更依賴施工環(huán)境，固化速度很大程度上受限于施工環(huán)境的溫度和濕度。并且，水性涂料的涂裝對基材表面處理要求較高，表面不能含有凝結(jié)水和油污。近幾年，一些新型的水性樹脂相繼出現(xiàn)，應用于重防腐涂料中的水性涂料再度成為研發(fā)熱點。如 Rohm＆Hass 公司（美國），研發(fā)出性能優(yōu)于溶劑型環(huán)氧/聚氨酯涂料的雙組份水性丙烯酸/環(huán)氧樹脂涂料。我國從二十世紀九十年代開始發(fā)展水 性涂料，水性涂料作為未來重防腐涂料的重要發(fā)展方向，雖然目前市場占有率較低，但是在未來具有廣闊前景[7]。

目前，隨著新型水性樹脂以及防銹顏料的出現(xiàn)，水性防腐涂料不斷發(fā)展，性能不斷提高，并且開始應用于航空航天、汽車、橋梁、鐵路機車以及船舶與海洋工程等領(lǐng)域。目前的水性防腐涂料主要有水性聚氨酯涂料、水性環(huán)氧樹脂涂料、水性丙烯酸涂料、水性無機富鋅底漆等。

三、結(jié)論及展望

目前來看，船舶用防腐涂料依然是以溶劑型防腐涂料為主。新型的船舶防腐涂料由于研發(fā)制造成本以及性能的認可度問題還沒有在船舶涂料行業(yè)得到真正的普及應用，主要是以各大高校以及研究院作為科研課題在進行研究。但是，隨著后期海洋環(huán)保要求的進一步提高，以及新型防腐涂料的成本下降，未來船舶防腐涂料的研究方向勢必會朝著環(huán)境保護、節(jié)能減排、高性能以及特定功能化的大趨勢發(fā)展。

參考文獻

[1]范國棟.我國重防腐涂料發(fā)展特點的分析[J].上海涂料， 2012，（7）：51-57.

[2]朱則剛.深度透析幾種綠色環(huán)保的無溶劑涂料及其未來發(fā)展[J].行業(yè)應用研究，2014，（12）：60-67.

[3]李海燕.無溶劑涂料[J].環(huán)境友好型涂料與涂裝特刊， 2006，（11）：25-30.

[4]楊萬國.低表面處理涂料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2011，（2）：24-27.

[5]黃紅雨.海洋工程重防腐涂料的應用技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J].涂料工業(yè)，2012，（8）：77-80.

[6]楊振波.低表面處理涂料技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電鍍與涂飾，2009，（1）：61-63.

[7]龔濤.水性重防腐涂料的研究進展[J].廣州化工，2010，

（8）：32-34.