船舶防腐污涂料的可持續(xù)發(fā)展方向

海洋環(huán)境是非常嚴酷的腐蝕環(huán)境，海洋船舶及海洋工程設施所用的防護涂料屬于重防腐涂料，范疇非常廣泛。如防銹底漆、船殼漆、甲板漆、內艙漆、集裝箱涂料，海港設施及平臺涂料，油罐涂料，海水冷卻管道用涂料等。隨著世界海洋工業(yè)的迅速發(fā)展和環(huán)境保護法對船舶工業(yè)的影響，我國船舶涂料今后可持續(xù)發(fā)展方向是重點開發(fā)高性能及環(huán)保型涂料。

　　1 ． 1 低表面處理防銹涂料

　　船舶及海洋設施有許多狹小緊密或不能搬動的部件，維修時往往難以進行徹底的表面處理，正常處理后仍帶有不同程度的銹蝕物，并常處于高度潮濕及帶油 ( 油艙維修中 ) 的狀態(tài)，需要一種在惡劣表面可直接進行涂裝的高性能低表面處理涂料，這種涂料不但可以減輕表面處理的壓力，避免預處理對環(huán)境造成的污染，并可節(jié)約大量維修費用。

　　1 ． 2 高性能無公害防銹顏料和填料

　　鈍化型或緩蝕型船舶重防腐涂料一般使用含鉛、鉻等重金屬的防腐顏料，這些顏料有一定的毒性。為此，研究開發(fā)了抑制鋼鐵腐蝕的新型活性顏料，如磷酸鋅、磷酸鈣、鉬酸鋅、鉬酸鈣以及其他含磷化合物等；新型的鋅 — 硅酸鹽改性的三聚磷酸鋁顏料等也是替代重金屬顏料的有效品種。金屬錳及其他化合物如四氧化錳，作為防腐抑制性顏料在涂料中使用，無論單獨效能還是綜合效能與傳統(tǒng)的鉬酸鹽和鉻酸鹽抑制性顏料幾乎具有相同防腐效果；鐵氧體作為防腐蝕活性顏料也有極佳的防腐效果。美國 Gerace 公司使用離子交換型防腐顏料代替重金屬防腐顏料生產的防腐涂料，已用于北海油田平臺防腐。 Moly—white 公司最新研制出無毒防銹顏料 —— 磷鉬酸鋅鈣，該顏料性能優(yōu)異，防銹能力超過紅丹粉 8 ～ 10 倍，但價格較為昂貴。

　　納米粒子的引入可以改善涂料流變性，提高涂層附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能，也是重要的發(fā)展方向之一。

　　1 ． 3 超耐候性面漆

　　有機硅樹脂涂料的耐候性和耐久性極好，一般可使用 10 ～ 20 年或更長的時間，可用作防腐體系的面漆，純有機硅樹脂因物理性能過于極端，難以直接用于重防腐體系。目前開發(fā)的可用于防腐體系的新型低溫固化改性有機硅樹脂涂料主要有：有機硅醇酸樹脂涂料、有機硅橡膠改性聚氨酯涂料、丙烯酸有機硅樹脂涂料等。

　　氟碳樹脂是近年來廣受關注的新型材料，具有極其優(yōu)異的耐候性、耐水耐油性、耐沾污性、耐化學藥品性、耐溶劑性等，是制造超耐候性重防腐涂料及建筑涂料的優(yōu)良材料。在極其苛刻的海洋腐蝕環(huán)境下，氟碳樹脂及含氟聚氨酯等改性材料是面漆基料的極佳選擇，除用于船殼漆外，還可用于接觸強腐蝕介質的內艙涂料等。

　　1 ． 4 無溶劑涂料 —— 環(huán)氧涂料和聚氨酯涂料

　　用低黏度液體環(huán)氧樹脂制成的無溶劑環(huán)氧涂料具有一次成膜、便于噴涂、可常溫固化、邊緣覆蓋性好、防腐蝕性能優(yōu)異等特點。由于施工過程中無有機溶劑揮發(fā)，不僅漆膜厚度及防腐效果得到保障，而且液艙內部施工環(huán)境和施工安全性明顯改善。

　　美國 Eebron 公司生產的無溶劑聚氨酯涂料可用于海洋設施、船舶、石油設備等的防腐，具有無針孔、快干、膜厚、易施工、耐候、機械性能優(yōu)良等特點

　　2 船舶防污涂料的發(fā)展方向

　　海洋生物對船體以及其他海洋設施的附著污損會帶來一系列嚴重問題，如使船舶速度降低，油耗增加，水下結構被腐蝕破壞，浮標及航海設施質量增加，設備移動部件失靈，水下管線阻塞等。人們曾使用含砷、鎘、鉛、銅、錫等化合物作為防污劑防止海洋生物附著，但這些化合物有毒，除銅化合物和有機錫化合物，其他已被禁止使用。銅和錫的化合物作為防污劑用于制備防污涂料，可獲得有效的防污效果。但有機錫防污劑有毒，能在水中穩(wěn)定積累，引起一些生物體畸形，且可能進入食物鏈，已引起廣泛重視，國際有關組織已禁止有機錫化合物作防污劑使用。

　　目前，新型防污涂料的研究開發(fā)主要采取 4 條路線：改變涂層表面的物理化學特性，如低表面能防污、高吸水不穩(wěn)定表面防污、表面植絨防污等；采用生物化學和仿生防污方法；開發(fā)新型無毒防污劑，進一步發(fā)展自拋光防污涂料；電解海水防污涂料，離子交換樹脂型防污涂料等。

　　2 ． 1 低表面能涂料

　　這種涂料基于涂層的低表面能特性發(fā)揮防污作用，亦稱污損物解除型防污涂料。涂料表面具有低的表面能，海洋生物難于附著或者附著不牢，船舶航行時在水的剪切力作用下可以使附著生物解除，或利用專門的清理設備很容易地將附著生物去除，從而達到防污目的。

　　一般認為，只有涂料的表面能低，即涂料涂裝體的接觸角 >98° 時才具有防污效果，該類型的涂料主要有有機硅和有機氟兩大類，如有機聚硅氧烷 (W001—72915) 、含氟聚氨酯、硅氧烷聚氨酯、氟有機硅等。目前隨著納米技術興起，還出現將納米粒子應用于低表面能涂料的研究。該種涂料不含有毒物，從環(huán)保角度講是一種理想的選擇。

　　2 ． 2 生物化學防污劑及仿生涂料

　　生物化學防污劑及仿生涂料概念源自人們對海洋生物天然的防附著特性的認識，海洋生物如海豚、海蟹等長期置身海水，但沒有附著生物粘附。研究發(fā)現，海洋生物通過分泌一種對附著生物有避忌或抑制作用的特殊化學物質，或者通過特殊的表面形態(tài)，避免其他海洋生物在體表附著。依據這些機理，人們研制開發(fā)了仿生防污涂料。

　　通過對多種陸地植物 ( 如桉樹、辣椒等 ) 和海洋生物 ( 主要為海洋無脊椎動物 ) 的研究，人們提取獲得了一系列具防污活性的天然產物，包括有機酸、無機酸、內酯、酚類等 60 余種天然化合物，但這些化合物的防污機理尚不清楚。

　　為了解決天然防污劑產量少的問題，人們正在尋找人工合成的方法，現已出現許多相關專利及報道。

　　由于大型海洋動物、魚類的表面有一層十分光滑且不穩(wěn)定的粘膜，主要是可再生的粘液蛋白，吸水性極強，處于濕滑狀態(tài)，附著生物難以粘附。受此啟發(fā)人們研究了具有特定表面性能的高分子材料，對一些生物的表皮狀態(tài)進行模仿，開發(fā)出高吸水不穩(wěn)定表面防污涂料、表面植絨防污涂料等仿生防污涂料。

　　另外，通過對鯨的表皮結構和人體血管內壁研究發(fā)現，微相分離結構的物體表面也具有有機物附著的特性，藉此研究開發(fā)出具有微相分離結構 —— 也稱海島型結構的聚合物，這種聚合物由親水和親油兩部分組成，不利于海洋生物附著。

　　2 ． 3 海水電解導電涂料

　　海水電解導電涂料的工作原理是以導電涂層為陽極，船殼鋼板為陰極，當微小電流通過時，會使海水電解，產生次氯酸鈉，藉此達到防止海洋生物在船殼表面附著的目的。為提高導電涂料的使用壽命，研究人員對導電防污涂料配制所用的樹脂、導電填料和固化劑等進行了詳盡的研究。國外已在 40t 、 200t 等多艘小型船舶上進行了實驗，并擴大到大、中型船舶上使用。

　　2 ． 4 無毒防污和新型無錫自拋光涂料

　　銅 - 助防污劑系列：有機錫化合物作為防污劑被禁止使用后，低釋放率的銅基防污涂料受到青睞。

　　銅廣泛分布于動植物的組織中，毒性相對較低。通常在防污涂料中單獨使用銅，對硅藻及其他藻類無防污效果，必須加入輔助毒劑，如異噻唑啉酮，三嗪類及氧化吡啶硫醇與鋅、銅絡合物等雜環(huán)類化合物，以銅 — 助防污劑的自拋光防污涂料，稱為無錫自拋光防污涂料。

　　強酸強堿系列：海洋污損生物適宜在 pH 值為 7 ． 5 ～ 8 ． 0 的微堿性海水生長，不易在強堿或強酸環(huán)境生存。由此，開發(fā)出一類新型無毒防污涂料。以高酸值樹脂或添加高酸性防污劑制得的防污涂料，涂膜表面呈酸性，形成不適合海洋生物生長的微環(huán)境，從而達到驅趕和防潮效果。

　　綜上所述，船舶防腐防污涂料新品種的開發(fā)日新月異，我國船舶防腐防污涂料品種較少，今后應注意國際上船舶防腐防污涂料發(fā)展趨勢，加速開發(fā)新型防腐防污涂料新品種，以滿足我國船舶工業(yè)迅速發(fā)展的需要。