防腐涂料的现状与进展

龙源期刊网防腐涂料的现状与进展作者：张海懿王萌来源：《价值工程》2018年第15期StatusandProgressofAnti-corrosionCoating摘要：金属腐蚀每时每刻都在大量吞噬着人类的财富和资源。在防腐蚀的许多方法中，使用防腐涂料是最为经济实用的。本文综述了防腐涂料的主要特性及分类、应用和发展方向，重点介绍了石墨烯、环氧树脂、聚氨酯和玻璃鳞片等防腐涂料及国外防腐涂料的研究进展。Abstract：Metalcorrosionisengulfingmankind'swealthandresourcesateverymoment.Inmanywaystodealwithhumancorrosion，theuseofanti-corrosioncoatingisthemosteconomicalandpractical.Thisarticlereviewsthemaincharacteristics，classification，applicationanddevelopmentofanticorrosivecoatings，introducesseveralcommonanticorrosioncoatings：graphene，epoxyresin，polyurethaneandglassflakeanticorrosivecoatings，andintroducescommontestingmethodsofcoatings，andfinallyshowstheforeignnewdevelopmentofanti-corrosioncoatings.关键词：涂料；防腐涂料；研究进展；环境友好Keywords：paint；anti-corrosioncoating；researchprogress；environment-friendly中图分类号：TQ637文献标识码：A文章编号：1006-4311（2018）15-0262-030引言金属材料机械性能优良，应用比较广泛，但因其腐蚀问题带来巨大的危害和损失，全世界每年由此造成的经济损失高达上万亿美元，因此研究金属的防腐方法，控制金属腐蚀对国民经济发展具有重要意义[1]。防止金属腐蚀常用的措施之一是采用涂层隔绝金属基体与周围环境的直接接触。目前防腐涂料市场规模呈现膨胀式发展，仅次于建筑涂料，位居第二。因此，了解防腐涂料的发展状况以及未来发展方向具有重要的意义。1防腐涂料的现状及发展趋势截至2017年底，中国561家防腐涂料企业共计达到701.68亿元销售额，销售利润达95.08亿元。其中环氧类防腐涂料所占市场份额最大[2]。近年来，我国防腐涂料的产销量和技术性能都有大幅度的提高。低碳经济、节能减排、绿色环保将是防腐涂料发展的方向。如环氧树脂难溶于水，易溶于有机溶剂，而有机溶剂价高、有毒、易挥发，造成资源浪费和环境污染。因而，水性环氧防腐涂料、无溶剂环氧防腐涂料和龙源期刊网高固分环氧防腐涂料的研究成为热点；以复合磷酸盐防锈涂料为基础的防腐涂料可代替含红丹等重金属颜料的防腐底漆等，避免使用污染重、含重金属颜料的有毒防腐底漆；开发低表面处理技术、节能减排涂装新工艺、新技术等都是近年来的研究热点。2涂料的防腐机理[3]2.1涂层的屏蔽作用涂层涂覆于金属表面，使电解质（水、氧、氯离子等）与金属界面无法直接接触，阻止或减缓了金属的电化学腐蚀。2.2湿附着力的作用湿附着力是指在水存在下的附着力，保证水和氧不能在金属表面快速扩散而减缓金属腐蚀。由于溶剂挥发或制备工艺影响，涂层总存在孔隙等缺陷，构成了电解质渗入的主要通道，研究发现涂层透水和氧的速率往往高于钢铁表面腐蚀消耗水和氧的速率，因此涂层的防护不只有屏蔽作用，涂料与钢铁表面间的湿附着力对防腐蚀也起着重要作用。2.3颜填料的缓蚀作用在水存在的情况下，涂料中含有的防锈颜填料会解离释放出缓蚀离子，抑制金属腐蚀的进程。2.4牺牲阳极的阴极保护作用通常在涂料中加入一些活泼的金属粉末（如锌粉等）作为牺牲阳极，起着保护阴极金属基体的作用。3常见防腐涂料的种类防腐涂料按使用环境和条件可分为常规防腐涂料和重防腐涂料，包括环氧树脂、丙烯酸类、醇酸类、聚氨酯类、氯化橡胶、聚硅氧烷类及氟碳类和富锌防腐涂料等。应用在石油化工、电力工程、桥梁建筑、船舶水利及码头工程、铁道工程等领域。本文按使用的基料或颜填料不同介绍几种重要的防腐涂料。3.1石墨烯防腐涂料石墨烯的强度高、硬度大，导热导电性能优异。其杨氏模量（Young'smodulus）约为1100GPa，断裂强度（breakingstrength）高于钢铁100倍。石墨烯直接加到涂料中具有防腐和导电作用。环氧树脂涂料中添加石墨烯和聚苯胺可减少和防止涂层中的凹陷和孔隙，有效提高涂层的防腐蚀性能；如在分散剂或偶联剂的作用下，可改善石墨烯在水性丙烯酸树脂防腐涂料龙源期刊网中的分散性，经过石墨烯改性的水性防腐涂料具有良好的耐水和耐盐雾性能，防腐性能明显优于其他碳系材料填充的水性涂料[4]；将树脂和锌粉有序组装可形成致密膜，石墨烯改性防腐涂料在降低锌粉用量的同时可大幅提高涂料的耐腐蚀性能。图1为欧铂公司石墨烯改性防腐涂料与普通环氧富锌底漆的冰醋酸加速测试700h的结果对比图。3.2环氧树脂涂料环氧树脂分子结构的特点是大分子链上含有环氧基，全世界每年约有40%以上的环氧树脂用于制造环氧涂料，大部分用于防腐领域。环氧树脂涂料是最具代表性的、用量最大的高性能防腐涂料品种。通过极化方法可实现不锈钢颜料与环氧树脂的最优化组合，利用硅酮的耐热性将少量硅酮树脂与环氧树脂混合制成新的耐热防腐涂料。3.3聚氨酯防腐涂料聚氨酯涂料属于高固低VOC涂料，与基底附着力强。其分子中存在氨基甲酸酯（—NHCOOCH3）、羟基（—OH）、异氰酸酯（—NCO）及双键等官能团，具有较强的耐高低温、耐酸碱油和耐磨等性能，可作为面漆应用在重防腐领域中。水性聚氨酯防腐涂料可通过环氧树脂、有机硅共聚及纳米复合改性[5]，使其性能得到了很大的改善，但仍存在耐水性不强，对施工条件要求苛刻，产品价格较高等问题。把20nm的ZnO纳米颗粒通过超声粉碎法均匀分散在双组分聚氨酯基体时发现，随着ZnO含量的增加，复合涂层的耐腐蚀性增强，ZnO含量为2.0%时，复合涂层的防腐性能最优[6]。3.4玻璃鳞片涂料玻璃鳞片涂料为重防腐涂料，主要成膜物为耐蚀树脂，填料为鳞片，辅助加入某些促进剂和引发剂。其中的鳞片包括锌铝合金鳞片、不锈钢片以及玻璃鳞片和云母氧化铁等。该类涂料耐化学腐蚀性强，耐高低温，抗腐蚀性离子和抗渗水、水蒸气能力强。3.5无机涂料3.5.1水玻璃基无机涂料该类涂料为碱金属硅酸盐，主要成分是水玻璃、固化剂、颜填料和辅助剂等。目前，国内主要产品可分为钾水玻璃涂料，钠水玻璃涂料，钾、钠水玻璃涂料三种。其具有良好的粘结性和防止水渗透的作用，环保、耐温、耐燃，耐酸、耐候性极好，但耐水性不足。可通过水玻璃的酸改性、与合成树脂乳液复合使用、水玻璃的综合改性来提高其性能。3.5.2硅溶胶涂料该类涂料以SiO2胶体的水分散液为成膜物质，加入颜填料、助剂搅拌研磨调制而成。SiO2粒子间能形成牢固的Si-O键，形成硅氧链网状结构，成为连续涂膜。其特点是具有较高龙源期刊网的活性和较强的粘结力；如果NaO2含量低，涂膜具有较好的耐水性、较大的比表面积，易形成网状结构，而且这种结构是不可逆的，因此涂膜坚硬、附着力强、耐水、耐化学性能优异；同时，硅溶胶涂膜不产生静电，不易吸灰，耐污性优异；具有较好的稳定性及耐候耐高温性能。4国外防腐蚀涂料新进展4.1可持续发展的超支化大豆醇酸纳米复合防腐涂料大豆油是一种丰富、廉价、可再生和可持续的材料，符合绿色化学要求的醇酸前体，而球状结构的油醇酸树脂具有低含量、粘度高、流动性好的特性，ObaidurRahman等人[7]采用磁铁矿（Fe3O4）纳米粒子通过超声分散在丁基化三聚氰胺甲醛（BMF）中改性超支化醇酸（HBA）配制纳米复合材料（HBA-BMF-Fe3O4）防腐涂料。检测纳米复合材料的结构、形态、力学及热学性能、电化学和防腐蚀性能发现，HBA具有良好的球状结构分支（DOB=0.69）。HBA-BMF-Fe3O4纳米复合涂层显示出良好的灵活的物理机械性能。Fe3O4纳米粒子增强了纳米复合材料的承载能力，在刮擦和冲击测试中耗散瞬时能量来进行涂层。电化学腐蚀研究显示，HBA-BMF-Fe3O4纳米复合涂层表现出优越的耐腐蚀性能（阻抗=107Ω和腐蚀速率1.0×10-4纳米，复合涂层坚韧，机械强度高，作为防腐蚀涂层取得了优异的成果。4.2用印楝油聚酯酰胺制备的聚氨酯自修复防腐涂料聚氨酯（PU）是一类具有优异的物理、化学和机械性能的材料。在PU涂层配方中，核心的微胶囊化已被用于各领域，即自我修复涂料，AshokB等人开发出印度楝树油（可再生资源）双组分自修复防腐聚氨酯（PU）涂料，首先合成油脂肪酰胺，然后酰胺与邻苯二甲酸酐缩合生成聚酯酰胺，用其制备自修复聚氨酯涂层并掺入含有天然自愈剂聚酰氨基胺的聚脲微胶囊。涂层的光泽度，耐冲击性，附着力和耐磨性均优于防腐自修复工业涂料[8]。4.3使用环氧-硅杂化的防腐纳米复合材料的制备以3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷（GPTMS），四甲氧基硅烷（TMOS）或四乙氧基硅烷（TEOS）为硅烷前驱体，采用溶胶-凝胶法制备出有机无机纳米复合保护涂层[9]，利用动力学扫描（PDS）和2000h盐雾测试上述涂层的耐腐蚀性。结果表明，保护腐蚀杂化涂层主要取决于硅烷含量、硅烷前体的类型和纳米颗粒的类型。5展望随着经济的不断发展，重防腐涂料的技术含量、规模、品种等都将得到不断提升，同时，涂料的市场竞争规模也必将扩大，在此背景下，国内涂料行业生产厂家任重道远，应遵循绿色、环保、高效、节能的理念，大规模发展无污染、低成本的防腐涂料。参考文献：龙源期刊网[1]韩行勇，于清章，吴霁虹，郝庆辉.我国重防腐涂料的现状及发展趋势[J].中国涂料，2014（11）：13-18.[2]谢远伟，黄微波，伯忠维，等.金属材料表面新型重防腐涂层研究进展及发展趋势[J].上海涂料，2012，50（5）：40-43.[3]EversCHJ，LuikenJA，BolhuisPG，etal.Self-assemblyofmicrocapsulesviacolloidalbondhybridizationandanisotropy[J].Nature，2016，534：364.[4]蓝席建，周福根，冯伟东.石墨烯导电海洋重防腐蚀涂料的研制[J].上海涂料，2014，52（12）：17-20.[5]莫梦婷，赵文杰，陈子飞，张昕，薛群基.聚氨酯防腐涂料的改性及其性能研究进展[J].涂料工业，2016，46（7）：77-82.[6]NiH，JohnsonAH，SoucekMD，etal.Polyurethane/polysiloxaneceramercoatings：evaluationofcorrosionprotection[J].MacromolecularMaterialsandEngineering，2002，287：7.[7]ObaidurRahman，ShahidulIslamBhat，HaibinYu，andSharifAhmad.ASustainableFeedstock-BasedAnticorrosiveNanocompositeCoatings[J].ChemistryEngineering，2017，5：9725.[8]AshokB，ChaudhariPyusD，TatiyaRahulK，Hedaoo，RavindraD.，Kulkarni，andVikasV.PolyurethanePreparedfr