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(yán)酷的腐蝕環(huán)境，海洋船舶及海洋工程設(shè)施所用的防護(hù)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(nèi)艙漆、集裝箱涂料，海港設(shè)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(hù)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(shè)施有許多狹小緊密或不能搬動的部件，維修時往往難以進(jìn)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(jìn)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(yù)處理對環(huán)境造成的污染，并可節(jié)約大量維修費(fèi)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(dú)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(chǎn)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(jī)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(jī)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(jī)硅樹脂涂料主要有：有機(jī)硅醇酸樹脂涂料、有機(jī)硅橡膠改性聚氨酯涂料、丙烯酸有機(jī)硅樹脂涂料等。

　　氟碳樹脂是近年來廣受關(guān)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(xué)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(qiáng)腐蝕介質(zhì)的內(nèi)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(jī)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(nèi)部施工環(huán)境和施工安全性明顯改善。

　　美國 Eebron 公司生產(chǎn)的無溶劑聚氨酯涂料可用于海洋設(shè)施、船舶、石油設(shè)備等的防腐，具有無針孔、快干、膜厚、易施工、耐候、機(jī)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(shè)施的附著污損會帶來一系列嚴(yán)重問題，如使船舶速度降低，油耗增加，水下結(jié)構(gòu)被腐蝕破壞，浮標(biāo)及航海設(shè)施質(zhì)量增加，設(shè)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(jī)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(jī)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(jìn)入食物鏈，已引起廣泛重視，國際有關(guān)組織已禁止有機(jī)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(xué)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(xué)和仿生防污方法；開發(fā)新型無毒防污劑，進(jìn)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(shè)備很容易地將附著生物去除，從而達(dá)到防污目的。

　　一般認(rèn)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(jī)硅和有機(jī)氟兩大類，如有機(jī)聚硅氧烷 (W001—72915) 、含氟聚氨酯、硅氧烷聚氨酯、氟有機(jī)硅等。目前隨著納米技術(shù)興起，還出現(xiàn)將納米粒子應(yīng)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(xué)防污劑及仿生涂料

　　生物化學(xué)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(rèn)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(xiàn)，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(xué)物質(zhì)，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(jù)這些機(jī)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(chǎn)物，包括有機(jī)酸、無機(jī)酸、內(nèi)酯、酚類等 60 余種天然化合物，但這些化合物的防污機(jī)理尚不清楚。

　　為了解決天然防污劑產(chǎn)量少的問題，人們正在尋找人工合成的方法，現(xiàn)已出現(xiàn)許多相關(guān)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(qiáng)，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(jìn)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(jié)構(gòu)和人體血管內(nèi)壁研究發(fā)現(xiàn)，微相分離結(jié)構(gòu)的物體表面也具有有機(jī)物附著的特性，藉此研究開發(fā)出具有微相分離結(jié)構(gòu) —— 也稱海島型結(jié)構(gòu)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(dǎo)電涂料

　　海水電解導(dǎo)電涂料的工作原理是以導(dǎo)電涂層為陽極，船殼鋼板為陰極，當(dāng)微小電流通過時，會使海水電解，產(chǎn)生次氯酸鈉，藉此達(dá)到防止海洋生物在船殼表面附著的目的。為提高導(dǎo)電涂料的使用壽命，研究人員對導(dǎo)電防污涂料配制所用的樹脂、導(dǎo)電填料和固化劑等進(jìn)行了詳盡的研究。國外已在 40t 、 200t 等多艘小型船舶上進(jìn)行了實驗，并擴(kuò)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(jī)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(dú)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(luò)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(qiáng)酸強(qiáng)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(qiáng)堿或強(qiáng)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(dá)到驅(qū)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(yīng)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。