文/林安，汪的華，朱華，劉敏，葉惠明，李閔，毛旭輝，肖巍·武漢大學

　　方達經·中交武漢港灣工程設計研究院

　　作者簡介

　　林安，武漢大學資源與環境科學學院教授，博導，原中國腐蝕與防護學會副理事長、青工會主任委員，中國機械工程學會常務理事，中表協清潔生產委員會副主任，湖北省腐蝕與防護學會名譽理事長，金屬腐蝕與防護國家重點實驗室學術委員會委員。

　　本文從我國涂料的市場狀況出發，介紹了環保型重防腐涂料的種類和各自的優劣勢，分析了環保型重防腐涂料的研究進展與發展趨勢，并對近年來出現的幾種新型重防腐涂料的涂裝技術進行了評價。

　　我國自2009年起，已成為全球涂料生產、消費第一大國，涂料工業發展迅速。2010年中國各類涂料產量分布圖如圖1所示。從圖1中可以看出，建筑涂料已占據涂料市場的半壁江山。

　　2012~2015年國內涂料需求量預測如圖2所示。從圖2中可以看出，未來我國涂料產銷量還將繼續保護穩定增長。

　　未來國內涂料的發展應關注以下幾個方面。

　　（1）建筑涂料發展速度高于涂料行業整體增長幅度，環保將成為拉升建筑涂料市場增長的最關鍵因素，即降低VOC（除甲醛）--零VOC、節能環保為需求方向。

　　（2）由于高熱度的汽車市場需求，汽車涂料與汽車修補漆將占有更大的市場份額。

　　（3）水性木器涂料將得到更廣泛地推廣。

　　（4）我國地坪涂料將向水性化發展。

　　（5）我國的粉末涂料在2009年己擁有80萬噸，居世界第一位。

　　（6）輻射固化涂料每年以近10%的速度增長。

　　（7）中國工業及進出口的復蘇，將帶動風電涂料、光固化涂料、集裝箱涂料、船舶涂料等特種涂料及重防腐高性能涂料的增長。

　　（8）節能、環保、高性能是我國涂料工業的發展目標，也是中國涂料核心產品的開發方向，環保型重防腐涂料成為涂料研發的一大熱點。

　　幾種環保型重防腐涂料

　　水性重防腐涂料

　　水性重防腐涂料也具有水性涂料的相關特點。優點包括低粘度、低VOC、低可燃性、低毒及使用方便。缺點則是成本高，且水的比熱大難揮發，環境溫度和濕度對其成膜和干燥速度影響大，同時對基材清潔度要求高。

　　此外，作為高性能防腐涂料，水性重防腐涂料還具有其他問題，如閃銹現象、穩泡現象、顏填料絮凝現象、表干時間過長、涂層耐水性不足等。這就要求水性重防腐涂料在進行涂層體系設計時充分顧及成膜樹脂的充分交聯、顏填料與樹脂間的相互作用，成膜樹脂與金屬間的作用力，以及多層涂料體系間的有效結合。在其中，高性能成膜樹脂是水性重防腐涂料研究發展的熱點與關鍵問題。

　　水性丙烯酸重防腐涂料可應用與大多數基材上，包括鋼材、鍍鋅件、鋁材等；水性環氧重防腐涂料主要用于壓載水艙、長輸油管、長輸天然氣管等管道外壁；水性無機硅酸鋅重防腐涂料主要用于復涂已涂裝過的油罐或化學罐。此外，對許多管壁、橋梁工件具有良好的陰極保護效果，有效防止電化學腐蝕。

　　水性重防腐涂料的發展趨勢主要體現在：耐高溫、耐輻射等高性能特種水性重防腐涂料的研究與開發已成為市場需求；重防腐涂料成膜樹脂的復合改性，尤其是互穿網絡（IPN）技術等改性方法的開發是水性重防腐涂料的重要研究方向；納米復合材料在特種水性重防腐涂料中的應用研究具有很好的前景。

　　水性重防腐涂料的應用實例較多，遍及國內外，行業應用面廣泛。如上海徐浦大橋（圖3a）、秦山核電站（圖3b）、上海體育場（圖3c）采用的是水性硅酸鋅重防腐涂料，三峽水電站（圖3d）用水性聚氨酯-環氧-丙烯酸改性重防腐涂料。

　　粉末重防腐涂料

　　粉末涂料屬于零VOC的環保涂料，具有可回收、無溶劑、生產施工安全及易自動化涂裝等特點，清除容易、過噴涂涂料可回收再利用，施工后涂膜基本上不產生真空，涂膜耐久性好。廣泛應用于家用電器、交通、建筑和工業領域。

　　目前，粉末涂料己進入穩定發展期，市場份額一直維持在10%~12%之間。我國粉末涂料行業整體技術水平不高，高端粉市場被國外企業壟斷，幾乎占80%以上的市場份額。

　　在我國環氧重防腐粉末涂料及固化劑己實現國產化。我國粉末涂料主要應用于汽車工業、船舶工業、管道工業、熱敏材料和建筑五大領域，應用品種多為粉末重防腐涂料。其相關產品仍存在不足，可薄涂、可低溫固化、高裝飾性及高耐候性等涂料品種尚缺乏具有合適性價比的、有競爭力的產品；國內粉末涂料仍普遍采用毒性大的TGIC作為固化劑，與國外的低毒固化劑存在差距。

　　粉末涂料的發展方向是低溫固化和快速固化、薄膜化、功能化、專用化和美術型粉末涂料。可低溫固化樹脂的研制以及新的固化工藝的開發是新型重防腐粉末涂料的重要研究方向。

　　功能性粉末涂料的主要研究發展方向包括以下的幾個方面。

　　（1）重防腐粉末涂料（管道專用重防腐涂料、鋼纜專用重防腐粉末涂料、鋼筋專用重防腐粉末涂料、耐紫外線重防腐粉末涂料等）。

　　（2）低溫固化粉末涂料（110~140℃/15~20min完成固化）。

　　（3）絕緣型粉末涂料（電工部件專用絕緣粉末涂料、耐高溫絕緣粉末涂料等）。

　　（4）高光澤裝飾性粉末涂料（汽車專用產品）。

　　（5）UV固化粉末涂料（主要用于板材、塑料、木材等）。

　　（6）耐輻照粉末涂料，用于核能發電站的防護。

　　（7）耐高溫粉末涂料（180~200℃）。

　　在重防腐領域具有更大應用前景的熱固性粉末樹脂主要有環氧、聚酯、環氧一聚酯、聚氨酯、丙烯酸、丙烯酸一聚酯、丙烯酸一環氧、丙烯酸一氟樹脂等。由原本單-的環氧樹脂粉末涂料，發展為環氧聚酯混合型粉末涂料占主導地位；聚酯TGIG粉末涂料、聚氨酯粉末涂料也普遍應用，丙烯酸聚氨酯粉末涂料嶄露頭角。

　　高固體分重防腐涂料

　　提高重防腐涂料的固體分含量，減少VOC是重防腐涂料的主攻方向。固體含量在65%以上便可稱為高固體份涂料，高固體分重防腐涂料優點包括有效減少VOC排放量。

　　目前對高固體分重防腐涂料的研發思路主要為：以縮聚反應及自由基聚合來制備低聚物；開發低相對分子質量化、低極性化和粒子化的改性樹脂，以實現高固體化。

　　此外，活性稀釋劑的添加也是高固體化研究思路之一。研究熱點在于開發和應用高分子量、低粘度的樹枝狀聚合物，如聚酯、聚氨酯等；以及其施工時產生的縮孔、流掛等問題的防治。

　　下面列舉兩個高固體分防腐涂料研究進展。

　　（1）國內已有學者采用改性環氧和聚氨酯預聚物制備高固體分重防腐涂料，固含量達97%,-次涂覆厚度在150um以上，涂層針孔不到普通防腐涂料的1/3,性能良好；國外已研制出固含量高達95%的高固體分重防腐涂料，己在油田及水電工業上取得良好的應用效果。

　　（2）歐洲現有汽車涂裝流水線都將采用高固體分防腐涂料取代固體分溶劑型涂料；美國DuPont公司已有80%高固體涂料應用于汽車涂料中。我國與歐美發達國家在這-領域技術研究與應用上的差距均十分明顯。

　　輻射固化重防腐涂料

　　輻射固化涂料是利用中、短波（300~400nm）UV光的輻射能量引發涂料中的低分子預聚物或齊聚物的聚合及交聯反應而得到固化漆膜。這類涂料固化快、不需外加熱、節省能源，可配制成無溶劑產品，適用于各種基材。

　　這些優點使輻射固化涂料在近幾年來成為非常活躍的研究開發領域，在發達國家已獲得應用。

　　目前，UV固化涂料的研究熱點集中于解決其在低溫下進行固化的技術問題，如醇溶性UV固化涂料的開發等。

　　我國的UVCC產業與國外發達國家相比，在品種、質量、市場規模、研究開發方面均存在較大差距。國內中、低檔UV固化涂料近年來以兩位數增長，但色漆、形狀復雜的工件的UV固化進展緩慢，水性涂料、汽車涂料的UV固化仍處在研究試驗階段。

　　今后輻射固化重防腐涂料研究方向是開發低粘度高固化速率的低聚物、低毒性高活性的單體、高效光引發體系；開發多品種UV固化體系及設備，大力發展光固化水性及粉末重防腐涂料。

　　新型綠色生物基重防腐涂料

　　（1）腰果殼油環氧重防腐涂料。由天然腰果殼油合成的改性環氧樹脂低粘度改性劑以及固化劑，在重防腐涂裝體系，特別是船舶涂料防腐體系中得到了廣泛應用。該涂料體系既有低分子量脂肪胺體系的硬度與優良的耐化學腐蝕性能；又具備低分子聚酰胺體系的適用期長、韌性好、毒性低的優點；還具備一般酚醛胺體系的快速固化和良好的附著力；該體系對涂裝表面處理要求不高，在不添加重金屬防腐顏料條件下，仍可達到重防腐涂料性能要求。

　　（2）美國谷蝦殼生物防腐涂料。美國能源部專家利用谷物、螃蟹殼、龍蝦殼等原料制備的生物防腐涂料對防止金屬生銹具有很好的效果，控制溫度適當時，涂料能緊密附著于鋁及其他金屬表面，即使在苛刻的地熱環境中，仍具有良好的防腐效果。

　　新型至防腐涂裝技術

　　聚脲重防腐涂料

　　聚脲彈性涂料是-種新型無溶劑、無污染的涂料產品和施工技術；其疏水性強，對環境溫度不敏感：可在水上/冰上涂覆成膜；在極惡劣的環境下也可正常施工；涂抹剛性與韌性兼具、涂層致密、連續、無接縫，阻隔效果好；涂層還具有耐磨、防水、抗沖擊、抗疲勞、耐老化、耐高溫、耐輻射等功能。

　　聚脲彈性涂料已在海洋燈塔、水池防水層、船舶、場館建筑及高速鐵路等工程建設中得到應用。應用實例包括：京津鐵路、奧運場館、京滬高速、廈深鐵路、京石高鐵等。

　　缺點在于噴涂設備較為昂貴，噴涂施工要求較高；色彩、光澤及平整度較差。

　　水性長效防腐帶銹涂料

　　帶銹表面允許少量鐵銹存在，節省除銹工時70%~80%,一股銹層厚度不超過50~60um;凡在大氣中存在半年之久的鋼材表面，或去除浮銹后經鋼絲刷簡單處理的舊鋼結構表面，均可直接刷帶銹防銹涂料。

　　帶銹防銹涂料應具有足夠的滲透能力，能充分浸潤、滲透整個疏松多孔銹層，封閉整個涂層與鋼材表面；具有足夠的反應性，能使銹層中活潑有害的鐵化合物經轉化后變成穩定的無害填料。

　　低表面處理水性長效防腐帶銹涂料大多采用苯丙復合乳液、純丙乳液等樹脂為基料，加入三聚磷酸鋁、磷酸鋅、氧化鋅等活性防銹顏料制成，用于石油化工管道、煤氣罐體、汽車底盤、桿塔、抽油機等重防腐涂裝中。

　　水性帶銹涂料常溫干燥速度快、黏結力強、無毒、不燃，能與多種涂料配用。開發有效的銹轉化劑及銹穩定劑是低表面水性帶銹涂料應用研究的重點。

　　結束語

　　為根除“涂料是環境的第二大污染源”的惡名，順應涂料工業界向環境貢獻型發展的主方向，環保型重防腐涂料的研究開發刻不容緩。

　　對于目前我國重防腐涂料的發展，提出以下的幾點建議。

　　（1）重防腐涂料研發過程中，應加大水性重防腐涂料的科研力度、持續開發環保型高檔粉末涂料、著力研究集各涂料環保型能于一身的水性或粉末型輻射固化重防腐涂料、以及平穩發展我國具有一定科研優勢的高固體分重防腐涂料。

　　（2）重防腐涂料涂裝過程中，要根據應用工況的腐蝕情況進行充分考慮，揚長避短，發揮各品種性能優勢，推動涂料涂裝領域向環保、節能及高效型方向發展。

　　丹麥公路橋梁的承受鋼結構上的厚膜水性重防腐涂料