1  金屬材料腐蝕的危害

    金屬腐蝕的危害可歸納為四個方面：1）腐蝕造成巨大的經(jīng)濟損失。每年由腐蝕造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的 2 %~4 %，有些發(fā)達國家甚至更高。2）腐蝕造成金屬資源和能源的大量浪費。生產(chǎn)金屬材料不僅需要消耗大量金屬礦石，而且需要消耗大量能源。3）腐蝕造成設(shè)備破壞事故和環(huán)境污染問題。由于設(shè)備腐蝕穿孔、斷裂等突發(fā)性事故往往導(dǎo)致災(zāi)難性后果，而由設(shè)備腐蝕造成的物料流失、跑冒滴漏是環(huán)境污染的一個重要原因。4）腐蝕阻礙新技術(shù)的發(fā)展。因此，金屬材料防腐蝕方法的研究顯得尤為必要。

    2  金屬材料腐蝕的防護方法

    按腐蝕作用的性質(zhì)，金屬材料的腐蝕可分為電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕、物理腐蝕等幾種。與此對應(yīng)的防腐方法有電化學(xué)保護、緩蝕劑緩蝕以及保護層防護。保護層防護是利用覆蓋層的致密性、耐腐蝕性將金屬基體與腐蝕性介質(zhì)隔離，達到保護金屬材料的目的。保護層分金屬保護層和非金屬保護層，而非金屬保護層又分為無機涂層和有機涂層。相比以搪瓷、陶瓷等氧化物為主的無機涂層，有機涂層因施工方便，防腐效果好而得到廣泛應(yīng)用。有機涂層是有機涂料涂覆在金屬表面經(jīng)固化后形成的保護膜，雖然不能完全阻止腐蝕介質(zhì)的侵襲，但在很大程度上將金屬基體與外界環(huán)境隔離，能有效減慢腐蝕速度，保護金屬材料，延長金屬設(shè)備使用壽命，是迄今為止最為有效、最經(jīng)濟實用和應(yīng)用最為普遍的方法之一。

    3  有機防腐涂料的研究現(xiàn)狀

    有機防腐涂層可在金屬材料表面形成一層保護層，對使用溫度較低和腐蝕性一般的介質(zhì)中使用的化工及石油化工設(shè)備有很好的保護作用。雖然有機涂層應(yīng)用最廣、最有效，但其也有各自缺點限制了特定條件的應(yīng)用。設(shè)備要求高溫（高于 120 ℃）條件下使用時，一些有機防腐涂料就不能滿足要求，比如：環(huán)氧樹脂防腐涂料；設(shè)備在強堿性介質(zhì)下使用時，一些有機防腐涂料就被限制，比如：酚醛樹脂防腐涂料。因此，近年來有機防腐涂料的發(fā)展?fàn)顩r是或者對傳統(tǒng)的有機防腐涂料進行改性；或者是開發(fā)具有更好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異耐腐蝕性的新型有機涂料；或者是將有機-無機結(jié)合開發(fā)復(fù)合防腐涂料。以下重點介紹了幾種性能優(yōu)異的有機防腐涂料：

    3.1 環(huán)氧樹脂涂料

    環(huán)氧樹脂涂料的樹脂基體是指平均每個分子含有兩個（含）以上環(huán)氧基團。環(huán)氧樹脂對金屬表面具有優(yōu)異的附著力、較低的固化收縮率和較好的機械性能，外加交聯(lián)密度可控、耐化學(xué)品突出、耐溶劑性好等特點使其具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，成為涂料工業(yè)的支柱產(chǎn)品之一。但是環(huán)氧樹脂易被氧、水和氯離子等侵襲，也存在耐熱性差、耐酸性差、耐紫外線差和涂膜脆性大等缺點。為改善環(huán)氧樹脂脆性大、耐紫外線差的不足，李文凱等向環(huán)氧樹脂中引入彈性鏈段，以聚氨酯改性環(huán)氧樹脂為成膜物質(zhì)，選取與金屬離子有螯合作用的磷酸鋅、三聚磷酸鋁配合使用作為防銹顏料，當(dāng)樹脂與顏料充分混合時，涂層與基材粘結(jié)力強，在基材表面形成完整的保護層，具有良好的機械性能和優(yōu)異的耐蝕性能，能夠滿足石油化工儲罐外壁長期防腐蝕的要求。為了改善涂料性能，人們對環(huán)氧樹脂進行添加填料，以順應(yīng)特種用途方面的要求。將納米粒子作為填料添加到環(huán)氧樹脂，可以提高其屏蔽性能，一定程度上阻礙環(huán)境介質(zhì)的侵襲，提高耐腐蝕性能。宋大雷等研究了 KH-69 硅烷改性納米 ZrO 2 的環(huán)氧樹脂涂層，通過 KH-69 硅烷增強 ZrO 2 和環(huán)氧樹脂之間的相容性，通過納米 ZrO 2 填料提高環(huán)氧樹脂的抗化學(xué)和微生物侵蝕的能力，發(fā)現(xiàn)相比純環(huán)氧樹脂，改性后環(huán)氧樹脂的耐腐蝕性能有顯著提高。

    3.2 聚氨酯涂料

    聚氨酯由于結(jié)構(gòu)的特殊，既具有類似酰胺基的高強度、耐磨損性等特性，又具有聚酯的耐熱性與耐溶劑性，使得聚氨酯涂料已成為增長速度最快的涂料品種之一。聚氨酯防腐涂料有溶劑型聚氨酯和水性聚氨酯，隨著現(xiàn)階段人們對涂料防腐性能及環(huán)保要求的提高，普通聚氨酯已經(jīng)不能滿足，因此，對聚氨酯涂料的改性成為研究熱點之一。通過新的合成工藝和方法，聚氨酯分子可設(shè)計，在鏈段上引入具有特殊功能的分子結(jié)構(gòu)，靈活調(diào)節(jié)組分，使得聚氨酯涂料具有更多防腐功能。張鴻以防腐蝕性能優(yōu)異的丙烯酸對聚氨酯進行共混改性，選擇環(huán)保型防腐蝕顏填料及功能助劑，進行合理的配方設(shè)計，制備出性能優(yōu)異的水性防腐涂料，該涂料成本較低，施工簡便，環(huán)保高效，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。通過納米材料對聚氨酯的改性可以產(chǎn)生疊加效應(yīng)，顯著影響其性能。湯曉東等 。研究了添加改性后納米 SiO 2 的聚氨酯涂料性能，改性后的納米 SiO 2 在聚氨酯中有較好的溶解性與分散性，因此，納米 SiO 2 很好地填充到了鈍化膜表面及其內(nèi)部的孔隙中，使膜層更加致密，阻礙了腐蝕性介質(zhì)對金屬基體的侵蝕，結(jié)果表明改性后的聚氨酯鈍化膜的耐腐蝕性有很大的提高。

    3.3 氟樹脂涂料

    氟樹脂涂料是采用含氟樹脂作為主要成膜物制備的防腐涂料，因為其結(jié)構(gòu)中含有的 C—F 鍵鍵能大，極化率小，F(xiàn) 原子的半徑小等特征，使得以氟樹脂防腐涂料具有極高的化學(xué)惰性，超強的耐候性、耐化學(xué)品的侵蝕、耐溫性，在-40～200 ℃范圍內(nèi)可長期使用。被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。而隨著對涂料成本、防水性及環(huán)保要求的提高，人們對氟樹脂涂料進行了多種改性。寧姣姣等采用乳液聚合法制備了四元無規(guī)共聚氟代聚丙烯酸酯乳液（ FSHC），通過結(jié)構(gòu)表征和性能分析，發(fā)現(xiàn)氟樹脂涂料的生產(chǎn)成本有所降低，成膜性能提高，含氟基團遷移至表面，氟樹脂涂料表現(xiàn)出良好的防水性。另外，趙培艷等在氟碳樹脂涂料中加入鈦納米鱗片，鈦納米鱗片補充了固化過程中的微孔，大大阻止腐蝕介質(zhì)的滲透，測試結(jié)果表明涂料耐腐蝕性能得到極大地增強。

    3.4 有機硅涂料

    有機硅樹脂，又稱聚硅氧烷，是一種以 Si-O-Si 為主鏈，硅原子上連有有機基團的具有高度交聯(lián)特性、分子量在 2000~4000 之間的聚合物；分子鏈上有機基團與無機原子結(jié)構(gòu)的分布，使其具有優(yōu)良的耐熱、耐候、耐水性。但是有機硅涂料也存在缺點，比如純硅氧烷涂層的厚度受到限制，比如有機硅涂層的機械性能不高，為發(fā)揮硅氧烷涂層體系的整體優(yōu)勢，科研人員對硅氧烷的制備工藝和改性作了深入研究。有機硅涂層的固化溫度和時間會影響涂層的致密度以及與金屬基體的結(jié)合力，從而影響涂層的防腐性能。董澤通過對涂層制備和固化工藝的研究發(fā)現(xiàn)適中的固化溫度和時間下制備的圖層防腐性能最佳。此外，董澤以鋁溶膠為主要的納米增強相的加入，使其與氧化硅溶膠共聚合獲得有機改性硅溶膠，獲得了具有高硬度、耐磨、耐熱、抗沖擊性好的硅氧烷復(fù)合防腐涂層。有機硅樹脂存在附著力差的缺點導(dǎo)致防腐不能達到理想效果，祝紅良等采用磷酸酯改性環(huán)氧有機硅樹脂，引入磷酸酯基柔化有機硅樹脂，提高其附著力，從而提高其耐腐蝕性。此外以玻璃粉和鋁粉為耐高溫顏料，控制合適的顏基比，提高涂層的致密性，制得的新型防腐蝕涂料，具有優(yōu)異的耐高溫和耐腐蝕性能。

    綜上，當(dāng)前有機防腐涂料的研究方向包括這幾個方面：1）對樹脂主體本身進行結(jié)構(gòu)上設(shè)計、合成或者改性，改善某些性能缺陷；2）通過對不同樹脂添加不同填料以及對填料或基體改性以增加兩者間的相容性，或進行有機-無機復(fù)合等提高涂料的耐蝕性；3）對有機涂料制備的工藝和方法的探索，以找到性能最佳的制備條件。

    4  有機防腐涂料的展望

    隨著環(huán)境和腐蝕介質(zhì)的變化，對金屬材料防腐要求越來越高，有機防腐涂料的發(fā)展趨勢為：一方面，有機-無機復(fù)合型涂料也是發(fā)展方向之一，通過對耐蝕性的高分子材料進行改性，合成既具有無機涂層的高硬度、高耐磨、高耐候性、耐熱性等優(yōu)異性能，又具有有機涂層的初性、耐獨性、疏水性等優(yōu)點，使防腐涂層在更惡劣環(huán)境、更廣闊領(lǐng)域得到應(yīng)用，提高金屬材料的服役年限；另一方面，隨著人們環(huán)保意識的加強，有機防腐涂料的綠色化是發(fā)展趨勢，采用有機溶劑的傳統(tǒng)涂料被水性有機涂料取代就是很好的說明。此外，生物基防腐涂料是一種新型“綠色”涂料，具有廣闊的應(yīng)用前景，環(huán)保無污染，代表著新型重防腐涂料的發(fā)展趨勢。

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