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海洋新材料之海洋防腐 / 防污材料

2018-10-22 11:46:50 作者：本網整理來源：網絡分享至：

目前，我國正處于集約低碳經濟轉型期的關鍵階段，也是走向海洋戰略實施的關鍵時期，遠洋運輸、深海新能源開發、沿海港口、船舶等行業的迅速發展，對海洋防腐材料有了更高的要求，研發綠色無害化、長壽命、經濟化的海洋防腐材料是客觀必要的。

海洋材料的腐蝕

材料在海洋環境中必然要經受各種惡劣條件的腐蝕和侵蝕作用，其中不僅包括海浪沖刷、海水濺射、海水腐蝕，還包括海洋中各種微生物附著腐蝕和海洋大型生物，如貝類、軟體類的附著腐蝕作用。

海水腐蝕特點

海水導電性好，腐蝕電池中的歐姆電阻很小，異金屬接觸能造成陽極性金屬發生顯著的電偶腐蝕。

海水中有大量氯離子，易造成金屬鈍態局部破壞。

碳鋼在海水中發生吸氧腐蝕，凡是使氧極限擴散電流密度增大的因素，如充氣良好，流速增大等，都會使碳鋼腐蝕速度增大。

海洋環境的腐蝕分為幾個區域（海洋大氣區、飛濺區、潮差區、全浸區、海泥區）。

溫度、溶解氧、鹽度、PH、氧化還原電位等因素對海洋腐蝕均有顯著影響。

海洋防腐材料

在控制船舶和海洋工程結構失效的主要措施中，除了結構本身采用傳統防腐蝕材料之外，防腐涂料和防污涂料是最主要的控制方法。

01傳統防腐蝕材料

海洋中使用的耐腐蝕材料包括 : 耐海水腐蝕鋼、耐腐蝕鋼筋、雙相不銹鋼、鈦合金、銅合金、復合材料、高分子材料、高性能混凝土等。金屬和鋼筋混凝土的使用量最大。

耐腐蝕金屬材料是通過調整金屬材料中的化學元素成分、微觀結構、腐蝕產物膜的性質，實現降低電化學腐蝕的反應速度，從而可以顯著改善金屬材料的耐腐蝕性。

02防腐涂料

環保涂料

防腐顏料的無鉛無鉻化是防腐蝕涂料的發展方向。為此專家們研究開發出抑制鋼鐵腐蝕的新型防銹顏料，如磷酸鋅、磷酸鈣、鉬酸鋅、鉬酸鈣以及含鋅化合物等。

水性涂料

水性涂料中最重要的防腐涂料就是水性無機富鋅涂料，它是海洋環境防腐蝕領域中防銹性能最優異的一類涂料，并且很有推廣價值。但是，因為船舶所處的環境比較惡劣，水性涂料的防腐蝕性能還達不到要求，使得水性涂料在船舶上的應用較少。

低處理表面防銹涂料

船舶及海洋設施有許多狹小或不能搬動的部件，這種涂料不但減輕了表面處理的壓力，避免了預處理對環境造成的污染，并且節約了很多維修費用，目前國內外各公司均試圖開發出能適應低處理表面的通用底漆。

無溶劑聚脲、聚氨酯涂料

20世紀90年代以來，無溶劑聚脲、聚氨酯噴涂工藝得到了迅速發展。它一次噴涂厚度可達到 2cm，幾分鐘即可固化成膜，不受施工環境的影響，特別適合于要求快速施工的厚涂平臺甲板和彈性地板涂裝。

03防污涂料

船舶和海洋工程結構建設在海洋管線、鋼樁、平臺等部分，一定會面臨著海洋污損生物的侵害與腐蝕，此生物污損而導致的后果特別嚴重，是廣泛存在的腐蝕類型。因為海洋微生物可以依附在工程設備的表面上，既影響設備外觀，也對船舶的正常行駛造成影響，出現提高燃油成本等問題。防污涂料可以比較全面的保護船舶和海洋工程結構，降低和避免海洋生物對其的污損和附著。

海洋防污涂料發展過程

1.公元2000多年為了保護船底，人類開始將薄鉛板包覆在船殼上，后來人們開始懂得將硫磺、砷等與油混合后涂覆在船底，再逐漸發展到采用焦油、蠟和鉛覆蓋船體。

2.公元前 3 世紀羅馬人和希臘人用銅釘來保護鉛覆蓋物。

3.13 ～ 15 世紀瀝青被廣泛用于船舶的保護，甚至有時與油、松香或動物脂混合使用。隨著時代發展，銅板開始被用作防污材料，防污效果也有了很大的提高。由此人們意識到銅離子對海生物具有很強的殺滅作用，從而開創了以銅離子為毒料制備船底防污涂料的時代。

4.18 世紀中期以來從聚合物介質中釋放毒物這一想法出發，人們開發了不同品種的防污涂料，并且受到了廣泛歡迎。

5.20 世紀50 年代中期，人們開始將有機錫作為毒料用于船舶防污涂料中。

60年代初，人們開發出含有 TBT 毒料的船舶防污涂料，并很快進入市場，當時這種廣譜殺蟲劑還是以游離的形式存在于涂料中。

70 年代，人們才開發出一種長效的有機錫自拋光船舶防污涂料（TBT-SPC），很快就成為防污涂料的主流產品。但國際社會逐漸意識到有機錫對海洋生態，甚至是人類的潛在威脅，各個沿海國家紛紛通過立法來限制有機錫的使用。

6.21世紀~1999 年 11 月，在倫敦舉行的第 21屆國際海事組織會議通過一項決議，規定把使用 TBT 的最終期限定為 2003 年1 月 1 日。

從 2008 年 1 月 1 日開始，完全禁止在防污涂料中使用 TBT，即 2008 年后，涂有有機錫防污涂料的船舶不再允許在海上航行。自此，海洋防污技術進入了全新的時代。

新型環境友好型無毒防污涂料

一、無錫自拋光防污涂料

目前應用最廣泛的低毒防污涂料主要為以丙烯酸硅、銅和鋅作為樹脂基料的無錫自拋光防污涂料，在丙烯酸樹脂主鏈接枝含硅、銅或鋅側鏈基團，形成類似于有機錫側鏈基團的結構，使含硅、銅或鋅側鏈基團在海水環境中也可與海水中的鈉離子發生離子交換反應而逐漸水解，并溶解至水體中。由于這類新型樹脂不含有機錫，具有良好的環保性，因此無錫自拋光防污涂料也逐漸成為低毒防污技術的研究熱點，截至 1996 年，關于無錫自拋光防污涂料的注冊專利已達數百項。

二、仿生防污涂料

其研究重點是利用分子技術，設計制備特定的高分子材料，模擬動植物表皮結構和幾何形貌，形成一系列的人工表面。這種模擬通常是微納米級的，而且是多結構的。

三、低表面能防污

無毒低表面能防污涂料（FRC）不含任何殺蟲劑，環境友好性能得到廣泛認可，其研究已經取得很大的進展，并獲得了商業應用。此類防污涂料通過涂層低表面能的特性使污損生物不易附著或附著不牢，容易被水流沖刷掉，從而達到防污的目的。從理論上講，完全不依靠防污劑的滲出來防污。

四、納米防污涂料

由于納米材料具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等諸多優良的特性，將納米材料引入環境友好型抗海洋生物污損涂料可以使涂料得到更加優異的物理化學性能。

五、導電防污涂料

導電防污涂料的作用原理是通過在漆膜表面產生微弱的電流，使海水電解產生次氯酸離子，以達到防污目的。導電防污涂料主要有兩種作用方式：一是在船體表面涂覆一層導電高聚物，船體為陰極，導電涂膜為陽極，通入微電流電解海水，在涂層表面形成次氯酸離子層，從而起到防污效果；二是不通微電流，將電導率較大的摻雜導電高聚物為有效物質的涂料直接涂覆在船體上。