防腐涂料的研究与发展

1 防腐涂料的类型
1. 1 环氧树脂防腐涂料
环氧树脂是平均每个分子含有两个或两个以上环氧基的热固性树脂。环氧树脂涂料的主要成分是环氧树脂及其固化剂,辅助成分有颜料、填料等。由于环氧树脂具有易加工成型、固化物性能优异等特点,在金属防腐中被广泛应用,通过环氧结构和膨胀单体改性、环氧合金化、填充无机填料等改造后可以制成防腐涂料。环氧树脂涂料具有优良的物理机械性能,具有较强的金属附着力,也具有较好的耐化学药品性和耐油性,尤其是极强的耐碱性。作为近几年发展起来的金属颜料,不锈钢粉末活泼性不强,尤其是在高温强蚀环境中,其防护性极好,因此,不锈钢粉末既可用来作为主要颜料,也可作为复合颜料的一部分,与黏合剂组成防护性涂料。M Selvaraj[1]研究发现,采用极化方法可以实现环氧树脂与不锈钢颜料的最优化组合,生成的环氧粉末涂料可以弥补环氧树脂表面耐磨性差的缺点,因此可直接在露天环境中使用。这种涂料是双组分涂料,一部分是由70%的聚酰胺溶于二甲苯而得,另一部分则是将70%的环氧树脂溶于二甲苯、甲基异丁酮、丁基合成橡胶等溶纤剂,用时将两者混合即可。通过加速寿命、力学、电化学等方法测试可知,该涂料有良好的力学性能以及在NaCl 等溶液中长期保持金属形貌稳定的特性。

为了提高环氧树脂涂料的耐热性,可利用硅酮的耐热性将环氧树脂与少量硅酮树脂混合制成新的耐热防腐涂料。这主要是因为硅酮中—Si—O—Si—的存在使涂料热稳定性较好,而—Si—C—则保证了涂料的固体成分。先将环氧树脂与甲基异丁酮等混合组成溶剂,然后将硅酮树脂加入上述溶剂,再用二甲苯进行稀释,并加入聚酰胺作为固化剂。通过分光镜和电化学显微镜观察可发现涂料的热稳定性有了显著提高,对甲苯、三氯基甲苯等溶剂也有良好的抵抗力。另外,M Dhanalakshmi 等[2]研究了环氧树脂涂料,发现它在潮湿的环境下防腐能力较差,使用酮亚胺代替常见的聚酰胺、聚胺,由于酮亚胺水解后生成的胺可以与环氧树脂作用,从而达到耐水防腐目的。如果将环氧树脂与氯化橡胶、硅酮树脂共混生成聚合物类型涂料,利用橡胶对水蒸气等腐蚀介质的阻隔性和硅酮的耐高温性,可以用单层涂膜来实现普通多层薄膜的防护功能。

1. 2 聚氨酯防腐涂料
聚氨酯涂料是一种以聚氨酯树脂为基料,以颜料、填料等为辅料的涂料。聚氨酯涂料对各种施工对象和环境的适应性很强,可以在潮湿环境和底材上施工,也可以在低温下固化。这种涂料有聚醚、聚酯、环氧树脂以及丙烯酸树脂双组分聚氨酯涂料,也有单组分湿固化聚氨酯涂料。王永伟等[3]取聚氨酯作为基体,加入聚四氟乙烯、氧化铁、钛白粉等填料,研制出一种双组分常温固化涂料。通过正交试验及极差分析得出最佳配方: 如取10 g 聚氨酯,4 g 聚四氟乙烯,0. 5 g 氧化铁以及0. 5 g 钛白粉进行试验时,可得涂层的综合性能最佳,这个配方的涂层附着力为0级,磨耗量为0. 018 g,硬度为3H12。田军等[4]以聚氨酯和γ 线辐照的聚四氟乙烯组成的耐磨防腐涂层,通过用傅立叶红外光谱等分析了涂层表面的化学结构及形貌,发现含有适量的聚四氟乙烯涂料,其涂层表面密实,可富集聚四氟乙烯并与聚氨酯树脂形成牢固的结合,具有良好的耐磨性及抗腐蚀性。另据研究发现,互穿网络防腐涂料性能较好,这种涂料是塑料网络和橡胶网络相互贯穿形成的线穿网络聚氨酯,在常温下,产品对盐水、盐酸、磷酸、硫酸、苛性碱、汽油等具有优良的耐腐蚀性能和物理机械性能。

1. 3 富锌树脂防腐涂料
富锌涂料包括无机和有机两种类型,无机类富锌涂料使用硅酸烷基酯、碱性硅酸盐为基料,有机类富锌涂料主要使用环氧树脂为基料。前者对金属有极好的防锈和附着力作用,且在耐热性、导电性、耐溶剂性方面都优于后者。由质量含量为70% ~ 90% 的锌粉与正硅酸乙酯制成的富锌涂料,具有较强的耐磨性、耐热性和耐溶剂性,还要较强的防锈性。这主要是因为锌粉具有阴极保护作用。但其具有涂膜韧性差的缺点,通常需加一些有机树脂进行改性,如一种重防腐、耐高温的新型涂料———HWE 型无机硅酸锌底漆已开发成功,该油漆主要由超细锌粉、烷基硅酸酯、特种助剂、颜填料、固化剂等组成。该涂料熟化期短,黏度适中,具有优异的耐热、耐腐性。李艳云等[5]人通过分析、比较,找出制备硅酸盐富锌涂料的理想配方。其中锌粉35 ~ 60 g,高模数硅酸盐溶液为110 ~ 150 g,增稠剂0. 1 ~ 0. 5 g; 因此制得的水性无机富锌涂料的工艺过程环保,防腐性能优良,零VOC( 挥发性有机化合物) 排放,且涂层具有良好的附着力,防腐性能较强,是一种较有发展潜力的防腐蚀涂料。

1. 4 高固体分防腐涂料
在普通防腐涂料中,一般大约含40%的可挥发成分,这些涂料大部分为有机溶剂,在施工后会挥发到大气中去,既造成了涂层缺陷,不能满足防腐要求,同时也污染了环境。因此,降低其可挥发组分,提高涂料的固含量,是涂料开发新的研究和发展方向。因此,我们将质量固含量( 质量分数) 在80%或体积固含量( 体积分数) 在60%以上的涂料称之为高固体分涂料( HSC) ,其防腐性能优越。目前,国外已研制出固体质量含量高达95%的防腐涂料,该涂料有优越的性能,已在水电工业和油气田中得到广泛应用,取得了很好的效果。方伟等[6]研究了高性能环氧改性聚氨酯类高固体分鳞片涂料的工艺制备,在涂料结构中,经偶联剂处理的玻璃鳞片呈平行排列,对腐蚀介质的渗透形成多重屏障,具有化学稳定性佳、漆膜附着力强、抗碱性好的特点。主要技术指标如下: 固体质量分数90%; 柔韧性2 mm; 干膜厚度150 μm; 表面干燥时间≤1h,实际干燥时间≤24h; 耐盐雾实验时间1 200 h,涂层无裂纹、不起泡。

1. 5 水性防腐涂料
水性防腐涂料主要包括环氧、醇酸、丙烯酸、聚氨酯以及无机硅酸锌涂料等。目前在工业防腐领域成功应用的水性涂料主要包括水性环氧涂料、水性无机硅酸锌涂料、水性丙烯酸涂料等。在水性防腐涂料的制造过程中,一般不使用溶剂,其VOC 含量非常低,甚至能达到零的水平,可以说,水性防腐涂料是目前研究的热点。吴道新等[7]人通过研究,合成了丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈( BA/St /AN) 水性乳液,并把该乳液作为基料,配制了不污染环境、适应性好、性能稳定的水性防腐涂料,适用于各种金属构件的表面涂装。李丹等[8]人采用苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯腈4 种单体共聚,制备了性能优良的水性防腐涂料乳液。最后的实验结果表明: 复合乳化剂( SDBS/OP - 10) 的质量比为2 ~ 3,其用量为配方中单体总质量的3%,采用半连续法进行单体加料,至使用量为配方总质量的0. 4% ~ 0. 8%时,乳液的性能达到最佳水平。

2 防腐涂料的应用
防腐涂料首先具备了油漆的技术性能,如附着力。柔韧性、干度、细度以及黏度等; 其次防腐涂料具备了防腐的功能,如防腐、防霉和防潮等; 最后防腐涂料还具备了专业技术性能的特殊需求,如防腐涂料在防腐的基本功能需求,还具有屏蔽电阻效应、电极保护和湿附着力等保护作用。根据防腐涂料用途和功能的不同,防腐涂料起到了防护作用、功能性涂料作用以及特殊装饰性作用,其中防腐涂料的防腐作用涵盖了所有涂料。防腐涂料也是一个功能性产品中的类部件,其在产品的整个过程中是一个系列产品。依据防腐涂料的用途和使用环境的不同,防腐涂料应用于专业金属防腐、工业和民用建筑构件防腐和船舶防腐等,它不仅保护金属构件产品,并且延长其使用寿命,保证建筑结构使用功能并提升建筑抵抗外界影响,确保船舶不受海水电解腐蚀并延长船体使用寿命。重度防腐是当前防腐涂料中应用最为广泛的一种防腐手段,它涉及到各个领域,如能源工业、交通运输、海洋工程等,它还广泛应用于室外钢结构、化工设备以及管道等。环氧树脂防腐涂料是目前重度防腐中应用最为广泛、最为重要的防腐涂料。

3 结束语
防腐涂料作为涂料工业的一部分,它不仅是现代化建设的保证,它更是在人类社会发展进程中的重要组成部分。为适应当前经济和环境发展的需求,防腐涂料必须向着高效、环保、低毒、安全以及合理的方向发展,高耐久性、无污染、低成本和使用方便是目前防腐涂料发展的主旋律。

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