国内外船舶防腐蚀涂料的研究发展方向

2011-10-11 08:46:25 267

海洋环境是十分严酷的腐蚀环境,船舶长期处于这样的海洋环境中,腐蚀极其严重,而涂料一直是其最主要的防腐手段。海洋防腐和防污涂料是构成海洋涂料的基础。根据各种设施的使用环境和要求不同,又衍生出各种系列产品,例如,船舶涂料、海洋工程设施用重防腐涂料等。
    其中,船舶涂料叉分为船底防腐和防污漆、船壳漆、甲板漆、内舱漆以及阻尼降噪等特种涂料。由于船舱的特殊性,人们除了关注船舱涂料的耐蚀性外,还特别关注其毒性问题。因为涂层的耐蚀性影响到船舶的服役时间和服役性能,而涂层的毒性问题则关系到船员的人身健康与安全。
    为此这里在对船舶涂料的防腐蚀性、水性化和高固体分化关注的同时,对船舱涂料的安全性、防腐长效性等方面进行了较为全面的综述。
    2船舱涂料
    船舶内舱主要有饮水舱、油舱、压载水舱、货舱、隔离舱、机舱等。舰船舱室内空间狭窄、阴暗潮湿,在冬季或气温较低时,由于室内外存在着温差,致使壁面结露。长此以往,壁面发霉、木材腐烂、金属锈蚀,缩短舱室寿命。因此对船舱涂料有了更高的要求,开发适合船舱特殊环境的涂料成为船舶涂料研究的当务之急。
    2.1船舱涂料品种。船舱涂料的品种除传统的醇酸类、氯化橡胶及其改性产品外,近年来开发的新产品主要为环氧类和改性环氧类产品等,例如饮水舱涂料主要采用无溶剂环氧,油舱涂料主要采用高固体分环氧涂料。到目前为止使用与研发的船舱涂料有以下几种:
    1)硅酸锌涂料。这类涂料实际上耐所有的精炼石油产品、多种溶剂和一些天然油。它们不适用于运载酸性油、氯化溶剂货舱的涂覆,这是因为潮气沾污可导致生成****,也不适用于运载碱性货物货舱的涂覆,所有这些货物都可能使锌发生腐蚀。溶剂型或者水基型硅酸锌涂料都能使用,而水基型有许多实用的优点,即在施工时没有爆炸和中毒的危险。因此水基型用作油舱涂料比溶剂型更受欢迎。2)环氧类涂料。环氧沥青涂料通常使用在运载原油和压载海水的油舱内,起到耐油和耐海水的作用,虽然少量的沥青组分可能从漆膜中渗出,但对原油质量无大的影响。
    此外在运载精炼油、溶剂、天然油和其他类似货物时,油舱内涂层中少量的沥青会渗出并使货物变色或沾污货物,此时只能使用纯环氧涂料而不能使用环氧沥青涂料。3)聚氨酯涂料。有些货物的运载船舱涂覆就不能使用环氧类涂料和硅酸锌涂料,例如,葡萄酒很容易受到污染,红葡萄酒又会污染环氧涂料,而氯化溶剂会软化环氧涂层。这些问题可以使用聚氨酯面漆来解决,或者在环氧系涂层上涂装一道聚氨酯面漆,或者是在聚氨酯系统上再罩一道聚氨酯面漆,不过后者较少使用。这种聚氨酯涂料比环氧类涂料有更好的耐上述液体的性能。
 2.2船舱涂料的研发方向。从文献资料来看,浅色、高固体分、无溶剂化是船舱涂料的发展方向。
    1)浅色船舱涂料。目前采用的涂料主要是环氧沥青和环氧涂料,除饮水舱漆外,大多是深红、暗黑的,虽然防腐性能能达到要求,但由于深颜色涂膜在照明条件有限的舱室难以发现其缺陷和使用后的状况,现在己经开始使用浅色涂料,原环氧沥青涂料中含有致癌物的沥青被石油衍生烃取代或直接使用浅色的环氧涂料。2)高固体分和无溶剂涂料。由于舰船舱室狭小,空气难以流通,因而对涂料的有机溶剂挥发含量和毒性限制有更高的要求,高固体分涂料应该完全取代目前使用的溶剂型涂料,并逐渐向无溶剂涂料方向靠近。无溶剂涂料除了要采用双组分低黏度树脂外,还需要采用活性或非活性稀释剂,其结果是涂膜中含有小分子结构,影响了涂膜的性能,是目前有待研究改进的地方。此外,目前无溶剂涂料黏度较大,在施工时需要采用专用喷涂设备,通常不宜手工刷涂,这也是此涂料的缺点之一。虽然无溶剂涂料在性能上比溶剂型涂料差一些,但因为其不含有机溶剂的环保特征,所以应大力推进该类涂料的使用进程。3)改性环氧涂料。在各种涂料中,环氧树脂具有突出的附着力和耐蚀性能,而且通过改变颜填料和固化剂等手段,可以制成多种多样、性能各异的涂料品种,是世界上使用最广泛、最为重要的防腐涂料品种。在我国涂料用树脂的生产中,环氧树脂的品种最多、性能最稳定,约40%的环氧树脂被用于制造涂料。环氧树脂在紫外线作用下会发生粉化,所以环氧树脂涂料一般不作为户外面漆使用,但其粉化的速度很慢,
    如果不考虑外观,单从保护基材的角度看,仍然可以使用,尤其是脂环族环氧树脂具有较好的耐候性能。此外,纯环氧树脂脆性较大,一般在环氧中添加增韧剂,约使用一年后,增韧剂挥发,涂膜脆性急剧增大,在机械冲击下会发生脱落等弊病,所以,目前一般用柔性树脂对环氧进行改性,称为改性环氧树脂和改性环氧涂料。目前船舶通用防锈漆采用改性环氧涂料取代是研究的重点。4)水性涂料。水性生活舱环氧漆作为面漆具有环保、易于重涂的特性,并与生活舱半光、亚光的要求吻合,受到人们的关注。但是除了水性无机富锌底漆外,其他水性防锈漆受到闪锈、水分挥发、附着力等一系列影响,短期内还难以用于舰船上。此外,随着双组分水性聚氨酯和环氧树脂及高氯乙烯和改性醇酸乳液等高性能水性树脂的出现,研究和使用水性生活舱涂料已成为必然和热点。
    3涂料的水性化
    对于水性防腐涂料来说,最常见的有三大体系:丙烯酸体系、环氧体系、无机硅酸富锌体系,此外,还有醇酸体系、丁苯橡胶体系和沥青体系以及水性氟碳树脂体系等,但是目前用于船舱防腐的水性涂料主要有如下几种:
    3.1水性丙烯酸防腐涂料。水性丙烯酸防腐涂料以固体丙烯酸树脂为基料,加改性树脂、颜填料、助剂、溶剂等配制成具备耐候、保光、保色等性能的丙烯酸长效水性防腐涂料。近期研究较多的是水性铁红丙烯酸防锈漆,该涂料属于自干涂料,具有优良的附着力、耐腐蚀和抗沾污性等特点,并能与醇酸树脂、硝基树脂、氨基树脂等多种面漆配套使用,在某些方面的性能优于红丹酚醛防锈漆和红丹醇酸防锈漆。
    3.2水性环氧防腐涂料。水性环氧防腐涂料早期用得较多的是环氧沥青防腐涂料,主要用于压载水舱、长输油管、长输天然气管等易受腐蚀的管道外壁,但是由于涂料中沥青致癌的问题,必须改进环氧沥青防腐涂料。
现在流行的做法是采用禽酚类石油树脂代替沥青和改性的环氧树脂,形成对钢铁腐蚀小、易于涂装、易于检修、对人体无害的彩色水性环氧防腐涂料。开发的水性环氧特效防腐涂料,可用水洗,能在航行的船舶中涂装,被涂底材仅用超高压水冲洗后即可涂装,而且防腐效果显著,现在水性环氧防腐涂料已应用到溶剂型环氧防腐涂料所涉及的各个领域。
    3.3水性无机硅酸富锌防腐涂料。水性无机硅酸富锌防腐涂料主要分为硅酸乙酯和硅酸盐系列。硅酸盐系列包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾等品种,是钢
    铁防腐涂料的重要组成部分。该涂料利用锌粉的强活性进行电化学阴极保护,从而阻止钢铁腐蚀;同时锌又能与无机聚合物反应,在钢铁表面形成锌
    铁配合物层。该膜层具有优异的防腐性、耐候性、导热性、耐水性、耐多种有机溶剂性;同时具有良好的导静电性和长期的阴极保护作用,且焊接性能优良,能带漆焊接,长期耐400℃高温,长期抵抗pH在5.5~10.5范围内的化学腐蚀,更加重要的是对环境无污染,对人体健康无影响。
    3.4水性氟碳涂料。水性氟树脂涂料具有耐高温、耐候、耐药品、耐腐蚀、耐沾污、耐寒等优点,尤其是与食品接触,可以保证食品卫生安全,涂层的防护效果可达20年之久。这些优异的性能使得水性氟树脂涂料具有广阔的市场前景。该涂料分为烘烤型和白干型,又以三氟乙烯型和四氟乙烯型性能最佳、用途最广、施工最简单。但是该类涂料在舰船上的应用还在起步阶段。
    3.5其他水性涂料。文献资料表明,水性聚氨酯等其他水性涂料已经在轻工、建筑、家装等行业上得到了广泛的应用,但是这类涂料极少作为重防腐涂料用在船舶工业上。因此研究船舶用重防腐水性聚氨酯涂料,具有显著的理论和应用价值。
    4结论
    船舶与船舱涂料的发展势必带来涂料工业和船舶工业的进步,促进海洋经济的增长,虽然在上述方面的研究取得了长足的进展和某些研究正成为人们研究的热点,但是在进行实验室研究的同时,还应该注重现场实地试验以及工业化问题,只有解决了后者,船舶涂料才能真正达到为人类服务的目的。

联系我们