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重防腐涂料在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用（下）

　　重防腐涂料根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法。下面根據(jù)有無(wú)溶劑就溶劑型及非溶劑型重防涂料的研究進(jìn)展進(jìn)行分類介紹。

　　2.1 溶劑型重防腐涂料

　　涂料中的VOC（volatile organic compounds）是指涂料中總揮發(fā)物含量扣減水分含量，認(rèn)為是涂料中揮發(fā)性有機(jī)化合物含量，其對(duì)人體健康會(huì)造成巨大危害。當(dāng)VOC 達(dá)到一定濃度時(shí)，人在短時(shí)間內(nèi)會(huì)感到頭暈、頭痛、惡心、乏力等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)昏迷、抽搐，并會(huì)傷害到人的腎臟、肝臟、大腦及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重的會(huì)造成記憶力減退等后果。目前常用的海洋重防腐涂料多為溶劑型涂料，因?yàn)槿軇┬椭胤栏苛显弦椎茫阅軆?yōu)良，涂層附著力好，堅(jiān)韌耐磨，不產(chǎn)生裂紋，耐化學(xué)品腐蝕。溶劑型涂料的主要品種有：環(huán)氧樹(shù)脂和環(huán)氧酯類涂料、醇酸樹(shù)脂涂料、聚氨酯類涂料、有機(jī)硅和氟化樹(shù)脂涂料、丙烯酸類樹(shù)脂涂料等。下面主要介紹一下最具代表性的環(huán)氧樹(shù)脂型和聚氨酯型重防腐涂料。

　　1）環(huán)氧樹(shù)脂型涂料。環(huán)氧樹(shù)脂型涂料是目前應(yīng)用最廣泛，需求量最大的一類溶劑型重防腐涂料。環(huán)氧樹(shù)脂是一種線性結(jié)構(gòu)的高分子材料，具有良好的穩(wěn)定性、粘結(jié)性、絕緣性和力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)還具有較好的耐堿性和耐油性。1930 年環(huán)氧樹(shù)脂最先由瑞士Pierre Castan 和美國(guó)SOGreenlee 合成，在1947 年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。由于環(huán)氧樹(shù)脂難溶于水溶液中，而用有機(jī)溶劑價(jià)格高、易揮發(fā)，有些還有毒性、VOC較高，不符合目前環(huán)境保護(hù)的要求。溶劑型涂料的單道涂層厚度僅為100 μm 左右，然而海洋重防腐結(jié)構(gòu)涂膜厚度至少要300~500 μm。這就需要多道涂工序才能達(dá)到規(guī)定膜厚，施工成本增加的同時(shí)，其溶劑對(duì)工人的身體健康也造成損害。人們通過(guò)各種手段對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂溶劑型涂料進(jìn)行改性，如對(duì)其填料進(jìn)行改性，對(duì)涂料中環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行有機(jī)硅改性、酚醛改性、橡膠改性、聚氨酯改性等手段進(jìn)行改性處理。如李明等將玻璃鱗片經(jīng)復(fù)合硅烷處理劑處理后按20%~30%的用量制備出高性能的改性環(huán)氧樹(shù)脂涂料。涂層中呈片狀分布的玻璃鱗片有效阻止了腐蝕介質(zhì)的侵入，并對(duì)于海洋工程鋼鐵結(jié)構(gòu)有很好的防腐效果。Chonkaew 等用端羧基丁腈橡膠和有機(jī)粘土成功制備了高強(qiáng)度耐磨損的改性環(huán)氧樹(shù)脂，可以用于浪花飛濺區(qū)等海水沖擊力強(qiáng)的海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)。Li 等用中堿玻璃鱗片為主要防腐蝕顏料，制備出一種適用于海洋氣候的高固含厚漿型環(huán)氧玻璃鱗片涂料。當(dāng)粒徑為300 目時(shí)玻璃鱗片用量為20%～25%，其阻隔屏蔽效應(yīng)最佳。相比較于普通環(huán)氧涂料在特殊性的海洋環(huán)境中，制備的環(huán)氧玻璃鱗片涂料性能更加優(yōu)異。

　　2）聚氨酯涂料。聚氨酯涂料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度，耐油耐磨及耐高溫等。聚氨酯涂料是開(kāi)始研究較晚但發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的一類涂料。聚氨酯的主要原料是異氰酸酯，異氰酸酯能與羥基樹(shù)脂結(jié)合并且還能與底材中的羥基結(jié)合，形成牢固的化學(xué)鍵和氫鍵，使涂料與底材之間形成很強(qiáng)的粘附力[13]。二異氰酸酯類是聚氨酯類涂料的重要原料，甲苯二異氰酸酯是目前最主要的二異氰酸酯類原料。二苯甲烷二異氰酸酯對(duì)人類及對(duì)環(huán)境的危害性遠(yuǎn)小于甲苯二異氰酸酯，主要是由于其毒性及蒸氣壓較低。目前在聚氨酯的各個(gè)行業(yè)，二苯甲烷二異氰酸酯代替甲苯二異氰酸酯已是大勢(shì)所趨。追求高固體分、水性化、無(wú)（弱）溶劑化、無(wú)重金屬化、低表面處理化、高性能化、多功能化、低成本化、節(jié)省資源化是涂料發(fā)展的國(guó)際大趨勢(shì)。水性涂料是迎合人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的環(huán)保意識(shí)而逐漸發(fā)展起來(lái)的。其特點(diǎn)是主要以水為分散介質(zhì)，不含或含很少的有機(jī)溶劑所以，VOC 含量低。相比于溶劑型涂料對(duì)環(huán)境及施工人員的健康損害少。

　    2.2 水性重防腐涂料

　　水性涂料中沒(méi)有或者含有很少的有機(jī)溶劑而是以水作為分散介質(zhì)，其無(wú)氣味、不易燃、價(jià)格低廉、儲(chǔ)存運(yùn)輸及在使用過(guò)程中的安全性大大提高，且性能好。隨著國(guó)家政策對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格要求，減少和控制涂料中VOC 的含量是環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要措施。水性環(huán)氧防腐涂料的諸多性能優(yōu)勢(shì)無(wú)形中決定了其比溶劑型防腐涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀更優(yōu)良和前景更廣闊。

　　1）水性環(huán)氧涂料。水性環(huán)氧樹(shù)脂有水乳型和水溶性兩種，它利用了環(huán)氧樹(shù)脂良好的穩(wěn)定性及抗腐蝕性等優(yōu)良性能。目前，環(huán)氧樹(shù)脂水性化有化學(xué)改性法、相反轉(zhuǎn)法和機(jī)械法等3 種主要方法。機(jī)械法是在乳化劑的作用下機(jī)械高速攪拌加入環(huán)氧樹(shù)脂，使非水溶性的環(huán)氧樹(shù)脂以微粒或液滴的形式分散在水中。這一方法制備的環(huán)氧樹(shù)脂乳液穩(wěn)定性極差，目前很少采用。化學(xué)改性法指在環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈上通過(guò)接枝改性引入強(qiáng)親水性基團(tuán)，使得原本非水溶性的環(huán)氧不用外加乳化劑就具有親水性。相轉(zhuǎn)換法又稱相反轉(zhuǎn)法，將一定比例的環(huán)氧樹(shù)脂和乳化劑在高速攪拌下混合均勻，然后向體系中逐滴地滴加水，當(dāng)水加到一定量時(shí)，體系就會(huì)從油包水型變成水包油型。此種改性手段相比較機(jī)械法產(chǎn)品性能更加優(yōu)良、穩(wěn)定，而相比與化學(xué)法操作更加方便、快捷。三種方法中普遍采用的方法是相轉(zhuǎn)法和化學(xué)接枝改性法。

　　2）水性聚氨酯涂料。聚氨酯是異氰酸酯與多元醇反應(yīng)生成的一種聚合物。聚氨酯涂料以其優(yōu)異的性能在涂料行業(yè)中占有非常重要的位置，對(duì)各種施工對(duì)象和環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在在潮濕的底材上施工和低溫下固化。20 世紀(jì)90 年代，Jacobs 成功開(kāi)發(fā)出能分散于水中的多異氰酸酯固化劑，從而使雙組分水性聚氨酯防腐蝕涂料進(jìn)入實(shí)用研究階段。國(guó)內(nèi)外對(duì)聚氨酯涂的研究也是從未間斷過(guò)[18—19]。S.S.Pathak 等用GPTMS（γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）和有機(jī)硅MTMS（甲基三甲氧基硅烷）改性水性聚氨酯涂料，增強(qiáng)了水性聚氨酯涂料的機(jī)械應(yīng)力和彈性。其熱穩(wěn)定性提高較大，降解溫度也升高到約206 ℃，能夠適用于海洋、航天、汽車等領(lǐng)域的防腐。通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法將粗甘油、游離脂肪酸、脂肪酸甲酯轉(zhuǎn)變成多元醇，制備出水性聚氨酯涂料。該涂料對(duì)鋼鐵表面表現(xiàn)出很好的附著性能，且涂料的鉛筆硬度測(cè)試高達(dá)F級(jí)別。

　　3）水性丙烯酸涂料。水性丙烯酸樹(shù)脂乳液屬于非均相丙烯酸酯聚合物水分散體，具有來(lái)源易、使用安全、價(jià)格低、減少環(huán)境污染和公害、節(jié)省資源和能源等優(yōu)點(diǎn)。丙烯酸樹(shù)脂乳液用途廣泛，性價(jià)比優(yōu)越，是水性樹(shù)脂中市場(chǎng)影響力最大的品種。實(shí)驗(yàn)表明，水性丙烯酸防腐漆體系具有很好的耐鹽霧性能，且一次成膜厚度高、表干時(shí)間較快、貯存穩(wěn)定性良好。

　　4）水性無(wú)機(jī)富鋅涂料。水性無(wú)機(jī)富鋅涂料主要由硅酸鉀等水性硅酸鹽樹(shù)脂、硅酸鈉、助劑以及鋅粉等組成。它屬于高固體分厚膜涂料，其以無(wú)機(jī)物為主要成膜物，防銹顏料為高含量的鋅粉，水為分散介質(zhì)。水性無(wú)機(jī)富鋅涂料是海洋腐蝕防護(hù)領(lǐng)域中防銹性能相當(dāng)優(yōu)異的一類涂料，而且有很好的實(shí)用推廣價(jià)值。水性無(wú)機(jī)富鋅涂料已被各行各業(yè)所接受，因?yàn)槠錇橐环N零VOC 的環(huán)保型防腐涂料，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。

　　水性重防腐涂料具有許多優(yōu)點(diǎn)：涂膜附著力高、環(huán)保、耐化學(xué)藥品和耐腐蝕性能優(yōu)異、耐磨性好、硬度高；涂膜固化后其中含有的少量水分，可使涂膜表面形成微孔隙，這些孔隙能釋放混凝土內(nèi)部水汽的壓力。也有一些不可避免的缺點(diǎn)：施工過(guò)程中若不小心摻入污物容易在涂膜表面造成縮孔；不適宜冬季或低溫環(huán)境施工等。

　　隨著人類對(duì)海洋的不斷深入探索，海洋工程鋼結(jié)構(gòu)建筑越來(lái)越多，但其同時(shí)也面臨著嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境。目前國(guó)際上新建大型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備所用的重防腐涂料涂層的有效使用壽命一般平均要達(dá)到20 年以上。海洋重防腐涂料的研究具有很強(qiáng)的實(shí)際意義，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要促進(jìn)作用。

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