0 引 言

海洋石油平臺、導管架、海底管道等油田設施結構復雜，所處腐蝕環境惡劣，維修難度大，長效防腐涂層是海洋石油設施防腐最常用的措施。常用的防腐涂層系統基本上由3層組成：底漆、中間漆和面漆。添加鋅粉、氧化鐵紅、云母氧化鐵或玻璃鱗片等顏填料的環氧樹脂涂料具有良好的抑制腐蝕作用，且和金屬基底間附著力良好，是最常用的底漆；具有良好的屏蔽作用的通用環氧涂層常作為中間漆使用；聚氨酯和聚硅氧烷涂料具有良好的抗紫外線輻射性能、保光保色性能良好，是海上高紫外線暴露環境的良好面漆。但這些傳統涂層體系施工過程中會釋放大量的揮發性有機化合物（VOC），對環境和施工人員健康造成不良影響。本文分析了市面上常見的低VOC綠色環保涂料涂層的特點和優勢，以期對海洋石油設施防腐涂層的選型和施工設計具有一定的現實指導意義。

1 水性涂料

水性涂料是以水做溶劑或以水為分散介質的涂料，滿足環境對VOC排放的要求，近年來成為綠色環保涂料的一個發展方向，已經在工業和民用涂料應用方面得到很大的發展。但水性涂料中添加的具有防腐性能的顏填料是無機粉末，在水中分散困難。為解決這一難題，人們引入偶聯劑對顏填料進行表面改性來改善漆膜對顏料和基料的濕潤性。但偶聯劑含有大量的親水基團，親水基團在涂層固化過程中會形成極性的輸水通道，這些極性通道對固化后涂層的耐水性和滲透性有負面影響，導致水性涂料在海洋石油行業中作為長效防腐涂層應用極其困難。同時，由于水的存在，水性涂料的存儲和施工對溫度都有較高的要求，存儲和運輸的溫度需>5 ℃，施工和干燥環境的溫度需>10 ℃。在干燥過程中相對濕度要求＜80%。海洋石油平臺或導管架等結構物，體積巨大，無法實現在封閉、可控的環境內施工，這也導致水性涂料無法在海洋石油設施建造過程中大量使用。

水性涂料作為車間底漆其應用前景廣闊。車間底漆是鋼板或型鋼經拋丸預處理除銹后在流水線上噴涂的一層厚度在30 μm左右的一層防銹漆，防止鋼材在加工及建造期間生銹而帶來腐蝕損害，其防護要求通常為6個月。車間底漆是自動化流水線作業，施工環境是在溫濕度可控的室內。無機硅酸鋅底漆的固化本來就需要水的參與，為了保證溶劑型無機硅酸鋅涂料固化，噴涂結束后每2~3 h對無機硅酸鋅漆膜噴水一次。水性無機硅酸鋅底漆施工完成后作為稀釋劑的水同時參與固化，減輕了噴水的工作量。同時，水性無機硅酸鋅底漆的稀釋劑是普通淡水，成本遠遠低于有機溶劑型的稀釋劑，更為重要的是降低了油漆中VOC的含量，降低了有機溶劑揮發對環境造成的不利影響。

2 無溶劑涂料

無溶劑涂料又稱為活性溶劑涂料，溶劑將最終成為涂層的組分，在固化成膜過程中不向大氣排放VOC。無溶劑涂料通常是雙組分，雙組分混合后其反應速率通常比較快，涂層在很短的時間內硬化，并可以在較短的時間內重復噴涂，從而縮短了施工時間，這在海洋石油結構物的維護工作中具有很大的優勢。無溶劑涂料固化過程中溶劑不揮發，因此不會出現溶劑蒸發時會留下微小的孔隙，其涂層的阻擋性能更好，防腐性能也更好。

無溶劑環氧樹脂體系也可直接施工于低表面處理的基底表面，如高壓水噴射、手動或機械工具清潔等方式都能滿足其表面處理的要求。它也可以在0 ℃以下固化，甚至可以在水下固化，因此在施工過程中不必屏蔽修復區域，甚至可以被淹沒。因此是目前海洋石油結構物維修中應用較多的防腐涂料。

聚脲涂料是由異氰酸酯組分與氨基化合物反應生成的一類化合物，該涂料是100%固含量，不含任何VOC，對環境友好。聚脲涂層集合了特殊的物理性能，如高硬度、非常好的柔韌性、良好的撕裂和拉伸強度、優異的附著力、耐化學性和耐水性。同時聚脲疏水性極強，對環境濕度不敏感，甚至可以在水下噴涂成膜。聚脲涂層系統具有非常好的阻隔水、離子滲透的性能，具有良好的抗沖擊性、抗疲勞性、耐紫外線性等性能。因此是將來用于高腐蝕性海上環境的理想涂層。

但無溶劑涂料固化交聯速度快，雙組分混合后適用期短，因此混合后需盡快噴涂，否則會在噴漆泵內固化而堵塞噴涂設備；無溶劑涂料黏度高，對噴涂設備壓力也有較高的要求。目前，普遍采用雙進料噴涂機進行噴涂，雙組分在槍膛處混合，解決混合后適用期短的問題，在溫度低時對涂料進行預加熱解決高黏度的問題。

3 高固體分涂料

通常，不揮發物體積分數＞70%定義為高固體份涂料，不揮發物體積分數＞85%定義為超高固體份涂料。高固體份涂料VOC＜250 g/L,滿足GB/T 35602-2017綠色產品的要求。高固體份涂料具有很多和無溶劑涂料一樣的優點，如一次涂裝完工的單道涂層就能達到長效的防腐效果、優異的耐海水性能、可直接施工于低表面處理的基底表面、可在浸沒環境下繼續固化等。

海洋飛濺區受到漲潮和落潮及浪花沖擊，海面漂浮物的撞擊和侵蝕，是腐蝕最嚴重的區域。在中國渤海區域，冬季溫度較低，還會形成大量海冰，對飛濺區涂層的耐磨性和耐沖擊性要求更高。環氧基高固體分涂料還普遍具有高耐磨性、耐沖擊性和很強的附著性能，部分產品加入玻璃鱗片強化后，耐沖擊性能更強，是目前導管架等服役于飛濺區的結構物使用最廣泛的涂料產品。

高固體份涂料含有一定量的有機溶劑，黏度比無溶劑涂料大大降低，施工難度較無溶劑涂料也大大降低，采用普通單組分噴漆機可以進行施工，但施工時壓力比普通油漆要求高。高固體份涂料更適合采用雙組分噴涂機進行噴涂，雙組分噴涂機的采用減少了噴漆過程中稀料的用量，并減少了噴漆中斷造成的設備清洗溶劑用量，進一步降低了VOC的排放。高固體份涂料既滿足了環保的要求，施工相對也方便，相對于無溶劑涂層也具有更好的成本優勢。這將是海洋石油設施長效防腐中綠色涂裝發展的方向。

4 粉末涂料

粉末涂料是一種有機聚合物涂料，它以固體樹脂和顏填料及助劑等組成。施工時它以自由流動的干粉形式涂覆，然后在加熱條件下固化。與傳統的液體涂層相比，粉末涂層系統不需要溶劑來保持粘合劑和填充物處于液體懸浮狀態，它的分散介質是空氣，具有無溶劑污染、100%成膜的優勢。最常用的聚合物有聚酯、聚氨酯、聚酯環氧樹脂、熔結環氧樹脂、丙烯酸樹脂。

熔結環氧涂層具有良好的耐溶劑性能，能夠抵御硫化氫、酸、堿，有機物等物質的化學腐蝕，并能長期抵御海水、土壤中微生物產生的各種有機酸等物質的腐蝕；涂層具有良好的絕緣性，具有很強的耐陰極剝離能力，能夠和陰極保護聯合應用，達到長期保護的目的。因此熔結環氧樹脂涂料廣泛應用在油井管內防腐以及海底輸油管線防腐。熔結環氧樹脂涂料是一種熱固性的涂料，管線在噴涂前經過噴砂處理和中頻加熱，再采用靜電噴涂方法將環氧粉末涂料噴涂在加熱的鋼管表面后熔融粘結在鋼管表面，固化形成涂層。油管內防腐常使用單層熔結環氧涂層，管線外部采用熔結環氧涂層加三層聚乙烯熱縮帶或三層聚丙烯熱縮帶防腐。

粉末涂料施工過程中需要對施工工件加熱和旋轉，施工時需要噴粉室、加熱室等，該涂層只適用于車間內流水線施工，無法在車間外進行大規模施工，且也不適用于結構復雜構件的施工，主要應用于管道防腐。

5 生物基涂料

環氧樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯等都是石油基聚合物，其合成和應用過程會排放揮發性有機化合物而污染環境和危害人類身體健康。因此，人們正尋找和探索其他綠色和可再生來源的聚合物樹脂，減少對化石或石油基材料的依賴。利用生物基材料合成聚合物/樹脂是解決這些挑戰的可能途徑之一。這些生物基材料來源于自然，從而有助于在不消耗稀缺資源的情況下實現全球可持續性。利用生物基材料，包括淀粉、木質素、蛋白質、纖維素、蔗糖、糖、殼聚糖、紫膠、松香、多羥基烷酸酯、呋喃酮、海藻酸鈉、羊毛纖維、植物油和動物油等，作為涂料添加劑、改性劑，用于樹脂合成、粘合劑、涂料、復合材料等各種應用。

腰果酚是一種從天然腰果殼油中經先進技術提煉而成，可以代替或者部分代替苯酚用于制造環氧固化劑、液體酚醛樹脂、液體或者粉末狀的熱固性酚醛樹脂，腰果酚以其特殊的化學結構還具有以下特點：（1）含苯環結構，具有耐高溫性能；（2）極性的羥基可提供體系對接觸面的潤濕和活性；（3）間位含不飽和雙鍵的碳15直鏈，能提供體系良好的韌性，優異的憎水性和低滲透性和自干性。目前，腰果酚已經在涂料行業中大量應用，特別是其良好的自干性，腰果酚對環氧樹脂固化劑改性可以使環氧涂料在較低溫度環境下固化。腰果酚改性固化劑的快干型涂料在海洋石油行業使用的冬用型油漆中廣泛應用。

由于微裂紋或劃痕造成的保護涂層損壞會導致腐蝕性物質穿透損壞的孔，導致涂層材料劣化，并顯著降低其使用性能。因此，有必要在涂層中引入自修復機制，以確保高水平的性能和延長的使用壽命，同時降低維護和維修的能源和成本。這對于海上設施上的涂層應用尤其重要，因為在海上設施上，定期維護和維修費用昂貴且不容易執行。Finkenstadt等從乳酸菌中制備了生物基胞外多糖，添加了胞外多糖的涂層通過降低離子擴散速率來抑制低碳鋼基體上的腐蝕，該涂層在劃傷后顯示出良好的自我修復能力。Chen等通過將微膠囊桐油作為愈合劑添加到常規環氧涂料中，在涂層發生裂紋或劃痕時，微膠囊破裂修復防腐涂層裂縫。此類自修復涂層有望帶來防護涂層的長服役壽命，希望在不久的將來在海洋石油設施防腐涂層中大規模應用。

6 結 語

隨著人們對環境的日益關注，低成本、環境友好、易施工和具有高效防腐性能的涂層是海洋石油設施防腐涂層必然發展方向。水性涂料不含有機溶劑，降低了有機溶劑揮發對環境造成的不利影響，但由于其自身缺點無法應用于海洋石油設施長效防腐，在臨時性防護車間底漆上應用前景較好。無溶劑涂料具有低VOC、高防腐性能的特點，是將來用于高腐蝕性海上環境的理想涂層。粉末涂料施工時需要特殊設備并需要加熱，只適用于管線等防腐要求高且結構不復雜的防腐。高固體分涂料防腐性能良好、施工簡便且滿足環保要求，綜合成本優勢明顯，是目前應用廣泛的環保型涂料，也是海洋石油設施防腐中應用前景最好的綠色環保涂料。生物基涂料原料來源于自然資源，具有綠色可持續發展的優勢，是未來防腐涂層關注的方向。

參考文獻（略）