環氧樹脂涂料在海洋防腐領域的現狀及進展

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點擊次數:1104 更新時間:2019年02月12日09:55:19 打印此頁 關閉

海洋防腐涂料是指在海洋環境中,能對海洋工程基體起到防腐蝕保護作用的一類功能涂料,是長期以來海洋工程涂料中最重要的研究對象之一。海洋工程設備從投入使用到報廢回收,都要持續不斷的受到海洋環境的腐蝕作用,因此防腐工作是海洋工程的關鍵。


海洋防腐概況


環氧樹脂防腐涂料是目前應用廣泛的一類防腐涂料,在海洋防腐涂料中有著重要的地位。長期以來,環氧樹脂防腐涂料因其具有的耐腐蝕性、耐化學品性、耐酸堿性以及高強度、高硬度、耐磨損的特點,成為海洋防腐涂料中的寵兒。


進入21世紀以來,世界各國在海洋工業上的競爭越來越激烈,由于海洋資源儲藏量十分巨大,所以世界各國相當重視海上工業的發展。海洋環境的特殊性,使得海洋工業的發展比普通工業的發展要困難的多。海洋工業的發展是隨著海洋工程以及船舶技術的快速發展而進入人們視野的,目前海洋工業的發展仍處在初步階段,世界各國都想在海洋工業的發展上搶占先機。


長久以來,機械設備海上作業不可避免的就是防腐問題,因此海洋防腐一直是海洋工業發展的重要內容。在眾多防腐技術中,涂層保護因其經濟性和實用性成為最常用的海洋防腐技術。海洋防腐涂料的發展在現代工業中更加有價值。如今的海洋工業以海洋工程和船舶技術為主體,船舶、橋梁、海上平臺、碼頭等設備大部分都是鋼結構的,而鋼結構在海洋環境中受到的腐蝕作用非常嚴重。海洋防腐工作不僅關系到海洋工程的正常作業,也關系到海洋工業的安全性,性能優越的防腐涂料能大大提高海洋作業的安全性。 


海洋防腐涂料


海洋防腐涂料按照基體的性質可以分為兩大類,一類是鋼結構防腐涂料,另一類是非鋼結構防腐涂料。前者的作用對象是船舶、橋梁、海底鋼管等以鋼材料為主的設備和基礎工程;后者的作用對象是橋墩、碼頭等以混凝土、橡膠等其他材料為主的的設備和基礎工程。由于海洋環境具有腐蝕性強、腐蝕時間長、突發因素多的特殊性,要求海洋防腐涂料具備重防腐、性能穩定、使用壽命長、涂裝操作簡易等特點。隨著時代的發展,人們在海洋領域所進行的活動將會越來越多,海洋工程的建設將會呈現出快速發展的勢頭。具有優秀防腐保護性能的海洋防腐涂料能夠有效的保護海洋工程,避免出現鋼結構破漏、斷裂等現象,將能大大提高海洋工作環境的安全性。 


發展現狀


海洋防腐涂料作為海洋工程保護的主要技術,在世界各國的都是研究重點,并且已經有了許多重要的研究成果。致力于發展海洋工業的國家都已經將海洋防腐涂料研究列為海洋工業發展的重要內容,可以說海洋防腐涂料的發展水平是衡量一個國家海洋工業發展水平的重要標準。海洋防腐涂料的研究具有技術難度高、研發周期長、研發投資大等特點,需要大量的資金和技術人才作為研發工作的基礎。


我國的海洋防腐涂料研究雖然在近幾年來有了巨大的進步,但是在涂料防腐性能、成本控制、生產工藝、涂裝工藝等方面上還是和國外存在較大的差距。


海洋防腐涂料主要有環氧樹脂防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠防腐涂料、有機(無機)硅類樹脂涂料和有機(無機)富鋅涂料等。目前海洋防腐涂料的研究方向主要在于提高涂層使用壽命、低表面處理以降低涂裝成本、高固含量低溶劑量以減少溶劑揮發帶來的污染。海洋防腐涂料的研究目前正處在一個快速發展的時期,隨著國家對海洋工業的資金投入力度的增大,海洋防腐涂料的發展將有可能取得突破。前人的研究為海洋防腐涂料的發展奠定了一個良好的基礎,未來海洋防腐涂料的研究將會進入一個快速發展的時期。 


環氧樹脂防腐涂料


環氧樹脂防腐涂料是防腐涂料領域重要的組成部分,是目前最常用的防腐涂料之一。環氧樹脂涂料具有固化后硬度大、附著力高的特點,不容易受到破壞,同時其優異的耐酸、耐堿、耐化學品的特性也是防腐涂料中極其重要的。環氧樹脂防腐涂料的發展在未來一段時間仍然會是防腐涂料領域的焦點之一。


而在這個講究改革創新的時代,環氧樹脂防腐涂料與不同填料、助劑的組合能產生無數的可能性,這讓環氧樹脂防腐涂料在新時代的發展中處于領先地位。而且如今人們對于環境保護越來越重視,水性環氧樹脂防腐涂料低揮發物的特點也成為研制環境友好型防腐涂料的一個突破口。所以,環氧樹脂防腐涂料在當今的海洋防腐涂料領域是有著重要研究價值的。


環氧樹脂防腐涂料是指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的一類聚合物,在與固化劑搭配使用后,可以形成具有高硬度、高附著力、高化學穩定性、高耐腐蝕性的涂層。目前環氧樹脂防腐涂料種類繁多,僅從基體樹脂分類就有雙酚A環氧樹脂涂料和酚醛環氧樹脂涂料等多種。


在進行改性之后,環氧樹脂防腐涂料的種類變得更加多樣化。環氧樹脂防腐涂料的改性方式有聚合物改性、有機硅改性和納米材料改性等,改性能使環氧樹脂防腐涂料獲得更加優異的性能。 


環氧樹脂防腐涂料研究進展


環氧樹脂自1930年成功合成至今,一直在不斷地發展。研究工作者從環氧樹脂涂料本身,到環氧樹脂防腐涂料的結構,再到環氧樹脂防腐涂料的改性,進行了大量的研究。


萬凱、李昌誠等合成了帶有環氧基團的丙烯酸樹脂,并與環氧樹脂混合制備出改性的環氧樹脂防腐涂料。在對涂料進行粘度、附著力和耐腐蝕性測試后,結果發現改性的環氧樹脂防腐涂料比未改性的環氧樹脂防腐涂料有更強的附著力和電化學性能。


楊小剛、張婷等在無溶劑型環氧樹脂防腐涂料的研究中采用了磷酸鋅和云母氧化鐵灰作為填料。并分析涂料體積濃度(PVC)以及顏料-稀釋劑質量比對涂層防腐性能的影響,并且證明了磷酸鋅在防腐涂料中能起到抑制腐蝕的作用。


ViorelPanaite,SimonaBoiciuc等研究用含有ZnO納米顆粒的混合納米顆粒改性的環氧樹脂涂料在海軍鋼材上的防腐表現,發現環氧樹脂防腐涂料在極化電阻和抑制腐蝕速率方面表現優異,在黑海海水中進行120天的真實海洋環境試驗后,改性的環氧樹脂防腐涂料表現出了明顯提高的抗腐蝕行為。


PrashantGupta,MadhuBajpai在環氧樹脂防腐涂料的研究中嘗試使用了酚醛清漆環氧樹脂。酚醛環氧樹脂存在沖擊強度差,高剛性和吸濕性的缺點,所以一般不作為防腐涂料的基礎材料,但是其優異的耐化學品性、低收縮性和良好的粘合性又是非常值得研究的性能。通過使含胺基團的有機硅樹脂與酚醛環氧樹脂反應制備硅化環氧樹脂,并使用間苯二胺作為固化劑。所得到涂層在耐熱、耐化學品上表現優異,具有重要的商業價值。


L.K.Aggarwal,P.C.Thapliyal,S.R.Karade使用表氯醇、雙酚A環氧樹脂和腰果酚制備環氧-松脂醇樹脂,并基于此樹脂制備環氧防腐涂料。在涂料的制備中使用了鋅粉、磷酸鋅、云母氧化鐵和合成氧化鐵作為顏料以及填料,芳族多胺化合物作為固化劑。并就涂料的拉伸強度、伸長率、與鋼材的結合性以及涂膜的水蒸汽透過性進行研究。在與未改性防腐涂料的比較中發現,改性的環氧樹脂防腐涂料的防腐性能更好,并且涂料中的云母氧化鐵表現出了最佳的防腐性能,其次是磷酸鋅。


我國對環氧樹脂的研究起于1956年,是新中國成立后就比較重視的工業內容之一,長期以來,環氧樹脂防腐涂料都是我國防腐涂料領域研究的重要內容。如今,我國作為一個海上強國,在大力發展海上工業的大環境下,必須要有防腐涂料研究作為支撐,環氧樹脂防腐涂料在現代社會仍然具有良好的市場前景和應用價值。


防腐高導熱涂料研究進展


在以機械設備為主的海洋工業中,另一個不可忽視的問題就是設備的導熱問題。海洋工業以大型設備為主,大型設備往往需要大量動力驅動,在作業過程中會產生大量的熱量,熱量的及時釋放是目前的一大難題。


這需要大型設備在涂覆防腐涂層后仍能夠高效散熱,要求防腐涂料具有高導熱性。高導熱的防腐涂料對于海洋工業安全性的提高意義重大,如果設備在工作時不能及時釋放多余的熱量,不僅影響設備正常運行,還會造成設備損壞或者造成災害,高導熱性的防腐涂料能夠讓設備多余的熱量及時傳導到環境中,將大大提高設備工作的安全性和穩定性。于是,在防腐涂料領域,防腐涂料的導熱性、導電性、耐熱性、耐磨損性等都成為了研究內容。


SabyasachiGanguli等研究石墨改性的環氧樹脂復合材料,對復合材料進行導電性和導熱性的測試后發現,隨著改性環氧樹脂涂料中石墨含量從2%增加到20%,改性導熱涂料的導電性下降,但是導熱性能卻出現了顯著提高。復合材料在添加了20%含量石墨后比不添加石墨時導熱性提高了28倍,導熱系數從0.2W/mK增加到了5.8W/mK。


KihoKim,SeokgyuRyu,JooheonKim通過基于環氧樹脂和聚苯硫醚(PPS)基體的六角形和球形聚集的氮化硼填料制成了具有優異導熱性的防腐涂料,使導熱系數從1.82W/mK增加到了3.9W/mK。


防腐導熱涂料是當今發展迅速的功能涂料,目前主要應用于換熱器、石油化工和海洋工程等。本文所述防腐高導熱涂料使用環境為海洋環境,海洋環境具有含鹽量高、濕度高的特點,海水、海風和海洋大氣的腐蝕尤為嚴重,加之海洋生物的附著破壞,對海洋工程的防腐工作是一個不小的挑戰。而在當今海洋工業快速發展的背景下,能適應特定環境的防腐涂料具有更大的應用價值。目前海洋工程中有大量設備在作業過程中會產生大量熱量,傳統防腐涂料雖然能對設備起到防腐作用,但是卻不利于熱量的釋放和轉移,所以具有高導熱性的防腐涂料具有很大的研究價值。 


發展展望


防腐涂料導熱性的研究目前還處在發展階段,關于高導熱涂料的配方設計也比較少,而且大部分集中在換熱器和石油化工領域。防腐高導熱涂料的應用還不夠廣泛,其在海洋防腐涂料上的應用也還處在摸索階段。所以,防腐高導熱涂料的研究還有很長的路要走,設計未來海洋防腐涂料的重要發展方向之一,其背后擁有的巨大市場價值也有待開發。

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