海洋蕴藏着丰富的自然资源,为人类提供了生存的空间环境。 海洋约占地球表面积的70%,为人类生存和发展提供了丰富的资源。 我国不仅领土辽阔,而且管辖的海域也非常广阔,其中海域面积相当于我国陆地面积的1/3。 此外,该岛海岸线绵延5万公里,有渤海、黄海、东海、南海四大海域。 其中,海域面积在500 m 2 以上的岛屿有6536个,领海面积223平方公里达37万平方公里,专属经济区、海洋领海、毗连区和部分国际海域面积达37万平方公里。管辖海底面积近300万平方公里。 这片广阔海域蕴藏着丰富的海洋自然资源,海洋资源开发是具有重要战略意义的新兴领域。 随着人类对陆地资源的进一步开发利用和日益枯竭,海洋已成为人类生存和发展的重要支柱。 海洋资源开发任重而道远。
海水导电性强,富含氯化物和硫酸盐电解质。 它是一种腐蚀性较强的天然腐蚀剂。 海水在海浪的机械搅拌和强烈的自然对流作用下,氧气饱和,因此普通钢材在海洋环境中会受到严重腐蚀。 例如,会给港口机械设备、海洋平台钢结构、钢栈桥、钢桩码头等大型海洋工程钢结构的安全运行造成巨大且难以估量的经济损失。 因此,探索高效、稳定的海洋工程钢结构腐蚀防护方法任重而道远。
针对这种情况,目前最流行的选择是在钢结构外部涂刷重防腐涂料。 重防腐涂料是防腐涂料中最具代表性、最具实力和影响力的一类,具有巨大的发展潜力。 本文将系统介绍海洋重防腐涂料以及国内外的研究进展和发展方向。
1、海洋工程钢结构腐蚀现状
海洋工程钢结构是以钢材为骨架的海洋工程结构建筑。 据统计,全球每年钢铁产量超过10亿吨,每年仅因腐蚀报废的钢铁设备就相当于年产量的30%左右。 随着人们对海洋资源的逐步开发,海洋工程建筑的数量不断增加。 例如海港、采油平台、人工岛、海底管道等。因此,研究钢材的腐蚀防护技术,减少海洋腐蚀给国民经济带来的损失,对国家的发展具有重要意义。 海水作为一种复杂的天然腐蚀介质,会对其中的金属结构造成极大的破坏。 它是一种含有大量氯化钠的盐电解质。 它不同于简单的盐溶液,盐溶液还含有悬浮沉积物、溶解气体(O 2 、CO 2 等)、生物体和腐烂的有机物。 因此,海洋工程钢结构的海洋腐蚀与防护是一个复杂而严峻的问题。
海洋腐蚀环境5区
世界海洋就像一个巨大的、相互关联的平衡体。 在海洋环境中,即使是同一海域的同一位置,也会表现出不同的腐蚀特征。 这就是海洋腐蚀环境的复杂性。 人们一般将海洋腐蚀环境分为五个区:大气区、飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。 海洋工程钢结构在不同腐蚀区域的腐蚀状况表现出不同的特点。 其中,飞溅区和潮差区的腐蚀速率最高,对腐蚀防护技术的要求也最高。 针对不同区域采用不同的防护方法,如涂层、凡士林涂层防腐技术、电化学防护、材料改性等。其中,应用重防腐涂层是重要且有效的腐蚀防护方法。
2 重防腐涂料研究现状
重防腐涂料是一类可以在相对恶劣的腐蚀环境下应用且比常规防腐涂料具有更长保护期的防腐涂料。 防腐寿命长,可在恶劣的腐蚀环境中使用。 与普通涂料相比,重防腐涂料一次喷涂可以达到更高的漆膜厚度。 它技术含量高、难度大,涉及多方面的综合技术。 它不仅仅依赖于涂料的经验和知识,而是多学科知识的交叉和融合。 重防腐涂料的开发水平和性能已成为衡量防腐涂料先进技术和一个国家科技水平的标志。 海洋工程钢结构要承受严酷腐蚀条件的挑战,这就要求所使用的涂料具有更强的附着力、抗冲击性、耐酸碱性能。 重防腐涂料根据不同的标准有不同的分类方法。 下面按照有无溶剂的不同,分类介绍溶剂型和非溶剂型重防腐涂料的研究进展,并对纳米改性涂料这一新兴领域的发展进行概述。介绍了。
2.1 溶剂型重防腐涂料
涂料中的VOC(挥发性有机化合物)是指涂料中总挥发物含量减去水分含量。 被认为是油漆中挥发性有机化合物的含量,会对人体健康造成很大危害。 当VOC达到一定浓度时,人们会在短时间内感到头晕、头痛、恶心、疲劳等。 严重时可能会出现昏迷和抽搐,并可能损害人的肾脏、肝脏、大脑和中枢神经系统。 严重时,会造成记忆力减退等后果。
目前常用的海洋重防腐涂料大多为溶剂型涂料,因为溶剂型重防腐涂料原料易得、性能优良、涂层附着力好、坚韧。且耐磨、不产生裂纹、耐化学腐蚀。
溶剂型涂料的主要类型有:环氧树脂及环氧酯涂料、醇酸树脂涂料、聚氨酯涂料、有机硅及氟化树脂涂料、丙烯酸树脂涂料等,下面主要介绍最具代表性的环氧树脂型和聚氨酯型重质涂料。防腐涂料。
A 环氧树脂涂料
环氧树脂涂料是目前应用最广泛、需求量最大的溶剂型重防腐涂料。 环氧树脂是一种线性结构高分子材料,具有良好的稳定性、附着力、绝缘性和机械强度。 它还具有良好的耐碱性和耐油性。 1930年,瑞士的Pierre Castan和美国的SO Greenlee首先合成了环氧树脂,并于1947年实现工业化生产。由于环氧树脂难溶于水溶液,有机溶剂价格昂贵,易挥发,有的有毒,VOC含量高,不符合当前环保要求。 溶剂型涂料的单层厚度只有100μm左右,但海洋重防腐结构的涂层厚度至少必须达到300~500μm。 这需要多次涂覆工艺才能达到指定的膜厚。 在施工成本增加的同时,溶剂也对工人的健康造成损害。 人们通过多种手段对环氧树脂溶剂型涂料进行改性,如对填料进行改性,对涂料中的环氧树脂进行有机硅改性、酚醛改性、橡胶改性、聚氨酯改性等改性处理。 例如,李明等人。 等人用复合硅烷处理剂处理玻璃鳞片,用量为20%~30%,制备了高性能改性环氧树脂涂料。 涂层中呈片状分布的玻璃鳞片有效阻止了腐蚀介质的侵入,对海洋工程钢结构具有良好的防腐效果。 琼卡维等人。 利用端羧基丁腈橡胶和有机粘土成功制备出高强度耐磨改性环氧树脂,可用于飞溅区等强烈海水冲击的海洋工程钢结构的腐蚀防护。 李等人。 [12]以中碱玻璃鳞片为主要防腐颜料,制备了适合海洋气候的高固厚型环氧玻璃鳞片涂料。 当粒径为300目时,玻璃鳞片用量为20%~25%,阻隔、屏蔽效果最佳。 与普通环氧涂料相比,在特殊海洋环境下,所制备的环氧玻璃鳞片涂料具有更好的性能。
B 聚氨酯涂层
聚氨酯涂料因其独特的结构而表现出优异的性能,如高强度、耐油、耐磨、耐高温等。 聚氨酯涂料是一类研究起步较晚但发展势头强劲的涂料。 聚氨酯的主要原料是异氰酸酯。 异氰酸酯能与羟基树脂结合,也能与底材中的羟基结合,形成牢固的化学键和氢键,在涂料与底材之间形成牢固的附着力。 二异氰酸酯是聚氨酯涂料的重要原料,而甲苯二异氰酸酯是目前最重要的二异氰酸酯原料。 二苯甲烷二异氰酸酯对人体和环境的危害远小于甲苯二异氰酸酯,主要是因为其毒性较低,蒸气压较低。 目前,在各聚氨酯行业中,用二苯甲烷二异氰酸酯替代甲苯二异氰酸酯已是大势所趋。
追求高固含量、水性、无(弱)溶剂化、无重金属、低表面处理、高性能、多功能、低成本、节约资源是国际涂料发展的趋势。 水性涂料是为了适应人们日益增强的环保意识而逐渐发展起来的。 其特点是主要以水为分散介质,不含或极少有机溶剂,因此VOC含量较低。 与溶剂型涂料相比,对环境和施工人员健康的损害较小。
2.2 水性重防腐涂料
水性涂料不含或极少有机溶剂,但以水为分散介质。 无味、不燃、价格低廉,储存、运输和使用更安全,性能良好。 随着国家政策对环保的要求日益严格,降低和控制涂料中VOC含量是环境保护的重要措施。 水性环氧防腐涂料的诸多性能优势无形中决定了其比溶剂型防腐涂料的应用地位和更广阔的前景。
一种水性环氧涂料
水性环氧树脂有水乳液型和水溶性型两种。 它利用了环氧树脂稳定性好、耐腐蚀等优良性能。 目前水性环氧树脂的改性方法主要有三种:化学改性法、转相法和机械法。 机械法是在乳化剂的作用下,用高速机械搅拌加入环氧树脂,使不溶于水的环氧树脂以颗粒或液滴的形式分散在水中。 该方法制备的环氧树脂乳液稳定性极差,目前很少使用。 化学改性法是指通过接枝改性的方式,在环氧树脂分子链中引入强亲水基团,使原本不溶于水的环氧化合物具有亲水性,无需添加外部乳化剂。 相转化法又称相转化法,是将一定比例的环氧树脂和乳化剂在高速搅拌下混合均匀,然后向体系中逐滴加入水。 当加入一定量的水时,系统将从油包油型变为水型,再变为水包油型。 这种改性方法比机械方法具有更好、更稳定的产品性能,并且比化学方法操作更方便、更快捷。 三种方法中常用的方法是转相法和化学接枝改性法。 李吉等. 采用自制乳化剂,采用转相法制备了水性环氧树脂乳液。 他们将含有TiO 2 、滑石粉和其他添加剂的固化剂与制备好的水性环氧树脂乳液混合,制备了水性环氧涂料。 。 孙等人。 制备了一种兼具固化和乳化作用的自乳化水溶性非离子固化剂。 所制备的水性环氧树脂涂料具有良好的稳定性和耐腐蚀性。
B 水性聚氨酯涂料
聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇反应生成的聚合物。 聚氨酯涂料以其优异的性能在涂料行业中占有非常重要的地位。 它们对各种施工对象和环境具有很强的适应性。 它们可以在潮湿的基材上构建并在低温下固化。 20世纪90年代,Jacobs成功研制出可分散于水中的多异氰酸酯固化剂,从而使双组份水性聚氨酯防腐涂料进入实用研究阶段。 国内外对聚氨酯涂料的研究从未停止过。 GPTMS(γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷)和有机硅MTMS(甲基三甲氧基硅烷)改性水性聚氨酯涂料如SSPathak可增强水性聚氨酯涂料的机械应力和弹性。 其热稳定性大大提高,降解温度也提高到206℃左右,适用于海洋、航空航天、汽车等领域的防腐。 胡等人。 通过热化学转化方法将粗甘油、游离脂肪酸和脂肪酸甲酯转化为多元醇,制备水性聚氨酯涂料。 该涂层对钢材表面表现出良好的附着力,涂层的铅笔硬度测试达到F级。
C 水性丙烯酸涂料
水性丙烯酸树脂乳液是一种非均相丙烯酸聚合物水分散体。 具有来源易行、使用安全、价格低廉、减少环境污染和污染、节约资源和能源等优点。 丙烯酸树脂乳液用途广泛,性价比优良。 是水性树脂中市场最具影响力的品种。 美国罗门哈斯公司以环氧树脂为基料,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,开发出水性双组份环氧/丙烯酸涂料系列MAINCOTEAE-58。 它是在丙烯酸聚合过程中将环氧树脂接枝到丙烯酸酯分子链上,环氧基不开环,固化反应为双键加成反应。 所得双组分乳液稳定性好,涂膜致密,储存时间长,耐磨性和耐候性好,耐水性好,光泽高。 【摘要】:以DS-01无皂乳液为成膜物质,疏水改性聚羧酸酯731A为分散剂,二丙二醇甲醚为分散剂,制备了一系列性能优异的二手钢结构水性丙烯酸防腐涂料。成膜助剂。 实验表明,该水性丙烯酸防腐漆体系具有良好的耐盐雾性能、漆膜厚度高、干燥时间快、储存稳定性好。
D 水性无机富锌涂料
水性无机富锌涂料主要由硅酸钾、水玻璃等水性硅酸盐树脂、添加剂、锌粉等组成。 它是以无机物为主要成膜物质,以高含量锌粉为防锈颜料,以水为分散介质的高固体分厚膜涂料。 水性无机富锌涂料是海洋防腐领域中防锈性能优异的一类涂料,具有良好的实际推广价值。 水性无机富锌涂料因其是零VOC环保防腐涂料,已被各界所接受,具有广阔的应用发展前景。 近年来国外出现的无机磷酸盐基富锌涂料性能优良,对基体处理要求相对较低。 魏等人。 在普通水性无机富锌涂料中添加缓蚀剂材料和有机成膜基料,大大拓宽了水性无机富锌涂料的施工适应性钢结构油漆种类,提高了涂层的致密性、附着力和耐腐蚀性电影。 防滑、耐老化。 卡凯伊等人。 测试了不同云母氧化铁含量的富锌硅酸盐涂料应用于碳钢的阴极保护效果。
水性重防腐涂料具有诸多优点:漆膜附着力高、环保、耐化学腐蚀性能优良、耐磨性好、硬度高; 固化后薄膜中含有的少量水分会导致薄膜表面形成微观结构。 孔隙,这些孔隙可以释放混凝土内部水蒸气的压力。 也有一些无法避免的缺点:如果施工过程中不小心混入污垢,很容易造成涂膜表面缩孔; 不宜在冬季或低温环境下施工。
2.3 新型纳米改性涂料
随着纳米技术在世界范围内的广泛研究,纳米技术与生活的联系越来越紧密。 纳米科学技术已迅速融入人们的生活,未来有望在人类发展中发挥更加重要的作用。 在涂料的制备和改性中,越来越多的纳米技术方法出现,利用纳米粒子的体积效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应等,可以改善涂料各方面的性能,增强涂料的性能。他们的表现。 其抗氧化性能和硬度使其具有抗菌光、催化、电磁波吸收、亲水油等特殊性能。 新型纳米改性涂料的开发已成为涂料防腐领域的新趋势,并日益功能化。 杨培等人。 等采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂对自制的复合ZnO-CeO 2 纳米粒子进行分散和改性。 当纳米粒子添加到涂层中的量为1%(质量分数)时,改性涂层具有最佳的紫外吸收效果,表现出良好的紫外吸收稳定性。 添加纳米粒子的涂料的耐人工老化性能比不添加的提高90%,比国家标准中优质产品的要求高58%。 王振宇等人采用纳米氧化锌和二氧化硅浓缩浆料对海洋船舶聚氨酯船体漆和环氧底漆进行改性,制备海洋纳米复合涂料。 海洋加速循环老化试验分析表明,1.2%纳米氧化锌浓缩物可以改善海洋船舶聚氨酯面漆的表面接触角和耐老化性能,从而增强纳米复合涂层在海洋环境中的抗老化和耐腐蚀性能。 。 石墨烯是最薄(0.34 nm)和最硬的纳米材料,具有最低的电阻率并具有优异的耐化学性。 黄坤等人实验发现,当石墨烯添加量较低(0.5%)时钢结构油漆种类,石墨烯/环氧复合导电涂层具有良好的耐强酸、强碱、浓盐溶液浸泡和耐盐雾腐蚀性能。 在油品中的抗溶解性也很好。 添加量在1%左右时,石墨烯环氧复合涂料具有稳定的导电性和良好的附着力,可作为新型静电导静电重防腐涂料。
3 展望
随着人类对海洋的不断深入探索,海洋工程钢结构越来越多,但也面临着恶劣的腐蚀环境。 目前,世界上新建大型钢结构设备使用的重防腐涂料的有效使用寿命一般平均在20年以上。 海洋重防腐涂料的研究具有较强的现实意义,对国民经济的发展具有重要的推动作用。 随着世界各国环保意识的不断增强以及纳米技术的异军突起,基于纳米材料的环保型、功能性提升的重防腐涂料已成为涂料行业发展的主导方向。
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