涂料行业：
介绍
中国是一个既有陆又有海的大国，对海洋的探索从未停止。从最初的鱼盐之利，到海上强国的初步构想，再到近年来国家提出的发展海洋经济、创新海洋科技、保护海洋环境、建设海洋生态文明等一系列构想，海洋开发进入由浅入深的阶段。
海洋油气资源是沿海开发的关键，沿海省市把海洋经济建设作为海洋经济发展的重要战略方向，其中不仅有钻井平台、储运设施、油气管道，而且近年来发展起来的还有石油处理船，也就是移动式石油化工厂。我们通常把水深0~300m定义为浅水区，300~1500m定义为深水区，1500~3000m定义为超深水区。海洋装备的建造成本根据水深和离岸远近而有很大差异，维护、折旧和运行费用比陆地高得多，防腐技术要求更高更复杂，因为任何因涂层防腐性能问题而引起的停工、停产都会带来巨大的经济损失。
除了海上油气开发项目外，随着近年来全球对低碳清洁能源的重视，各国都将目光投向了风资源巨大的海上风电产业。我国海岸线漫长，自然风能资源丰富，海上风电产业发展虽然起步较晚，但海上风资源凭借稳定性、发电量高等优势发展迅速。近年来，我国也在上海、广东等地沿海建设了不少海上风电场。与海上石油平台一样，海上风电设施也受到海风、盐雾、日照、潮汐等因素影响，防腐形势十分严峻。
海洋防腐涂料的特点及要求
海上项目设施环境恶劣，所需防腐技术相对复杂，需根据不同的防腐要求进行分解，有针对性地进行。防腐难点在于海面以上的部位，主要受到盐雾、海气和海浪飞溅的腐蚀，通常指高水位以上1.5m至低水位以下1m之间的区域，此区域腐蚀速度较高，是大气区域和全浸没区域的数倍，最大腐蚀面积在海水平均高潮位以上0.5m左右。
造成严重腐蚀的原因主要有以下三个：
（1）大气因素：太阳辐射、干湿季交替；（2）海水因素：气温变化、富含氯离子的海水；（3）潮汐因素：海水持续侵蚀。
同时该区域施工环境恶劣，维护难度大，对涂层技术性能和施工性能要求极高，通常需满足以下要求：
（1）可在潮湿、有锈蚀的条件下涂装，对表面处理要求较低的底材有良好的附着力；（2）可在水下施工和固化；（3）固化时间短；（4）施工方式可为喷涂或刮涂；（5）具有长期防腐能力；（6）具有优良的机械性能。
海洋工程防腐蚀相关标准
目前，国内设计院已具备独立设计固定式平台、自升式平台、辅助设施、钻井船等简单海洋工程设施的能力，但对未来大力发展的中大型海洋工程设施，如FPSO、FLNG、大型半潜式平台等，国内设计院尚无独立设计能力。FEED设计阶段通常由国外设计公司承担，详细设计阶段再由国内设计院如708所、海洋工程设计部承担。因此，海洋工程项目的涂层配套设计十分复杂。
在海洋工程建设中，国内石油石化设计院设计的配套设备多参考石油石化标准，国内业主参考的标准主要有：
（1）SY/T 4091-2018《海洋石油工程外防腐技术规范》；（2）SY/T 6930-2012《海洋结构物防护涂层腐蚀控制》；（3）GB/T 30790-2014《钢结构防腐油漆和清漆防护涂层体系》。
国外海洋工程设计院设计的配套设备通常同时采用船用标准和海洋工程标准，通常包括ISO12944、ISO 20340、NORSOK M501、NACE SP0108等标准。
在海上风电行业，目前主要的设计院有华东勘测设计院、广东省电力设计院、上海勘测设计院等，基本参考Norsok和ISO 20340标准推荐的涂层支撑体系。
ISO 20340-2009 (GB/T 31415) 海洋工程及相关结构防护涂层体系性能要求海洋工程及相关结构防护涂层体系性能要求。针对海洋工程的腐蚀环境，规定了用于海上建筑物和相关结构（即暴露于海洋大气和浸泡在盐水或微咸水中的结构）的防护涂层体系的性能要求。本标准也适用于使用符合本标准的涂料或防护涂层体系的其他建筑结构。定义了三种涂层性能测试方法：循环老化试验、海水浸泡试验和耐阴极剥离试验。
ISO 12944-2017（GB/T 30790）色漆和清漆-防护涂料体系对钢结构的防腐保护。该标准明确规定了涂料体系和涂层防护的各种腐蚀条件和环境类型。其内容旨在实现对钢结构的适当和成功的防腐保护。ISO20340-2009进行了修订，并入了最新版本的ISO12944-2014第9部分。标准中可根据暴露环境合并C5-I和C5-M，并重新定义了近海（CX）和水下（IM4）区域。此外，还有两个在近海（CX）和水下（IM4）之间整合的区域，即飞溅区和潮汐区，并给出了一套资格认证测试规范。
NORSOK M501-2012 表面处理与防护涂层 海洋工程表面处理与涂层。NORSOK标准由挪威石油工业制定，旨在确保其石油工业的开发和运营安全、增值（附加值）和资金的有效使用。此标准尽可能广泛地取代石油公司的技术规范，并可作为官方法规使用。对于固定或系泊海上平台建造和安装中使用的防护涂层，对涂层材料的选择、表面处理、施工工艺、涂层检查等提出了要求。
该标准涵盖了油漆、金属涂层和钢结构防火涂层，测试方法采用ISO 20340的方法。对于海上项目来说最重要的三个系统是：
（1）适用于大气区外表面的腐蚀防护； （2）7A适用于飞溅区、潮差区外表面的腐蚀防护； （3）7B适用于水下区域的腐蚀防护。
均需经过第三方检测机构的预认证，采用ISO20340中定义的三种涂层性能测试方法：循环老化试验、海水浸泡试验、耐阴极剥离试验，试验后需按要求检测涂层状况、附着力、划痕处锈迹宽度等数据，这是涂料行业最严格的涂层测试要求。
NACE SP0108-2008 (SY/T6930) 海上结构防护涂层防腐使用涂层保护海上钢结构。该标准规定了飞溅区涂层性能的验收标准，并推荐使用环氧玻璃鳞片涂层，该涂层必须满足以下要求：
（1）耐腐蚀蔓延和湿热循环性能：5.6J(50in·1b)；（5）耐阴极剥离性能：
此外，一些常用的海洋工程防腐评价标准包括：
（1）NACE TM0104-2004 海上平台结构压载舱涂层体系评估； （2）NACE TM0204-2004 浸入海水（部件）的外部保护涂层； （3）NACE TM0304-2004 海上平台结构大气及飞溅区涂层体系评估； （4）NACE TM0404-2004 海上平台结构大气及飞溅区涂层体系评估。
高性能环氧涂料：海上防腐解决方案
防腐涂层对于保障海洋装备的长期正常运行尤为重要钢结构聚氨酯漆，突破研发技术瓶颈和成本过高是海洋工程装备防腐新技术的当务之急。以往标准推荐的涂层体系，如Norsok和ISO20340中推荐的环氧和聚氨酯涂层体系，NACE SP0108中的环氧玻璃鳞片涂层等，在实际应用中都有广泛的案例。
但传统涂层体系存在干燥速度慢、无法涂厚、低温潮湿环境下副反应较多、无法在水下固化施工、抗裂性能差（尤其在高低温循环情况下）等缺陷，这些性能缺陷在海上防腐工程中屡见不鲜，亟需一种高性能产品以适用于更广泛的环境。
同时，海上钻井平台建造的第一个高峰期在20世纪70年代中期和80年代初期，这些海上平台的服役年限基本都在30年以上，考虑到其使用寿命通常为20至30年，未来几年更新换代的需求比较大，将进入高峰期。另一方面，相当一部分在役平台需要进行局部修复，据统计，中海油有50多座平台需要整修，目前每年修复10座平台。在如此恶劣的环境下进行有效修复是一个难题。
维护过程中有几个困难需要克服：
（1）可在水下固化，有些区域甚至需要水下施工；（2）潮汐飞溅地区施工窗口期短；（3）基材表面湿润，可进行单次厚涂，缩短施工工期。
为了满足这些要求，在设计涂料配方时，不仅要考虑涂层的防腐性能，还要考虑其施工性能。
高性能环氧涂料的出现，很好的解决了这些问题。海洋工程防腐与船舶防腐一样，属于海洋腐蚀环境中的防护。早期的海洋工程防腐多采用船舶防腐产品。特别是船舶涂料中的压载舱漆，包括现代船舶制造中广泛使用的通用底漆，具有优异的防腐性能，在海洋工程防腐中得到了广泛的应用。Norsok M501第五版中的7系统（水下及飞溅区防腐配套）也根据船舶压载舱及船底防腐经验，推荐了配套方案。
对于近海浪溅区的防护，防腐专家借鉴船舶在冰区航行的成功经验，将超耐磨环氧、环氧玻璃鳞片涂料应用于浪溅区，取得了良好的效果。但由于维护/修理的便利性钢结构聚氨酯漆，近海防腐的要求远高于船舶防腐。因此，一般船舶涂料的防腐性能和施工性能仍然无法满足上述要求。从20世纪90年代起，国际涂料公司开始推出专门针对近海防腐的高性能环氧涂料。
高性能环氧涂料配方采用环氧互穿网络增强技术，树脂采用低分子量环氧，降低体系粘度，同时配备专用胺类固化剂，提高漆膜交联密度，增加了其耐水性和耐化学性。刚玉、玻璃鳞片等功能性填料的使用，使其获得优异的物理性能和抗裂性，最大限度防止运输和工作过程中的损伤，减少安装现场修补的工作量。添加专用助剂，可增加漆膜的早期耐水性，施工后防止漆膜受到飞溅物、海浪的侵袭。
一般来说，高性能环氧涂料产品应具备以下特点：
（1）喷涂后在海水中浸泡30分钟不影响防腐和附着力性能，甚至可以在水下施工；（2）优异的快干性能；（3）附着力在10MPa以上；（4）体积固含量大于80%，甚至可以达到98%~100%，可以满足单层厚涂的要求；（5）单层涂层喷涂干膜建议厚度为200~1 000μm，大大缩短了施工工期。
施工时可选择多种喷涂方式，解决施工工期问题；通过调整电子配比自动控制系统实现在线混合，施工效率高；一次施工干膜厚度可达600~2500μm；常温6小时即可干燥，冬季可隔夜运输；快速固化，施工后能迅速抵御潮汐或海浪的侵袭。
高性能环氧涂料在海洋工程中的应用前景
近年来，随着我国对环保问题的日益重视，制定了许多严格的VOC控制措施和环保法律法规，我国也开始向绿色环保涂料方向发展。从2015年2月1日起国家开始对涂料企业征收4%的涂料消费税，但施工中VOC含量≤420g/L的涂料免征消费税。GB/T 35602-2017《绿色产品评价涂料》《低挥发性有机物含量涂料产品技术要求》等标准规范也正在编制实施中。
随后不久，无溶剂厚膜环氧涂料面世，不仅满足并通过多个地区不同标准的要求（AS/NZS 3750.2、CFE、NORSOK体系7B），其优异性能远超世界公认标准要求。因其独特的施工特性，满足水下修复、水下固化要求，且绿色环保，几乎无溶剂排放，VOC降低。目前高性能环氧涂料已得到行业广泛认可，随着我国海洋工程的蓬勃发展，更加环保的高性能环氧涂料必将得到更加广泛的应用。
我国海洋开发尚处于起步阶段，现在我国正在加快海洋油气勘探开发，因此发展海洋装备制造刻不容缓，其防腐技术的发展也是工作重点。不仅油气项目，近年来海上风电项目也蓬勃发展。在我国东部沿海地区，海上风电的蓬勃发展，不仅可以满足东部地区的电力需求，还可以通过陆海风电相结合，加快我国绿色发电的步伐。海上风电已有近10年的历史，目前已逐步进入维护期，高固体或无溶剂厚膜环氧涂料在海上风电维护工程中必将有很大的市场。高固体或无溶剂产品VOC低，符合低碳绿色理念，满足海洋工业长期或超长期防腐要求，降低设备维护运行成本，其在海洋工业中的应用将是一种趋势。
参考文献（略）
作者：吴晓军、杨亚良
（浙江宇通新材料有限公司）
完整内容请参阅《涂料与保护》2021 年第 1 期
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