深海防腐涂料研發(fā)進(jìn)展分析
深海領(lǐng)域的發(fā)展常常依賴于材料科技的發(fā)展和突破，尤其依賴于深海專用材料的研究和進(jìn)展。深海資源鉆采、深?？茖W(xué)探索、深海國(guó)防安全的基礎(chǔ)是需要深海裝備，而深海裝備的防腐蝕性是目前急需解決的問(wèn)題。深海環(huán)境比較復(fù)雜,海水，海洋生物及代謝物等金屬材料的腐蝕 ，海面風(fēng)浪對(duì)金屬構(gòu)件的重復(fù)沖擊；使各種材料在海洋環(huán)境中極易發(fā)生劣化破壞。
一、深海防腐蝕的目的和意義
淺海環(huán)境相比，深海環(huán)境中存在著巨大壓力及嚴(yán)重的低溫、鹽度、溶解氧、pH、生物污損、金屬離子沉積和表面流速等問(wèn)題，這給深海的研究與開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的困難，使得海面和淺海中很多成熟的技術(shù)都不能在深海中應(yīng)用。上述設(shè)備除了要承受點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和隧道腐蝕外，還會(huì)承受強(qiáng)大的靜壓力所帶來(lái)的機(jī)械性能改變，而引起這些腐蝕的主要因素有以下幾種。
1.壓力
深海深度每增加10 m，相應(yīng)的壓強(qiáng)要隨之增加1.03×105 Pa[3]，隨著靜水壓力的增加，腐蝕速率增大，一些金屬的氧化物能轉(zhuǎn)化為水溶性氯氧化物，進(jìn)而引發(fā)腐蝕。
2.含氧量
海水中的含氧量在深海設(shè)備腐蝕中起著重要的作用，隨著深度的增加，綠色植物越來(lái)越少，導(dǎo)致氧的溶解量越來(lái)越小 ，至 水 下700 m時(shí)，氧的溶解量最低。氧是在金屬電化學(xué)腐蝕過(guò)程中陰極反應(yīng)的去極化劑，深海環(huán)境下溶解氧含量可以使許多材料發(fā)生腐蝕。
3.生物腐蝕
隨著海水深度的增加，微生物的種類和數(shù)量大大減少，在深海環(huán)境下的海泥區(qū)存在大量的H2S和厭氧菌（如 硫酸鹽還原菌，SRB），在SRB大量繁殖條件下，腐蝕速率可增加6 ~7倍 ，甚 至15倍以上。
4. 溫度
海水溫度可以直接影響到材料的腐蝕行為。溫度升高會(huì)加速陰極和陽(yáng)極過(guò)程的反應(yīng)速度，加快O的擴(kuò)散速率 ，增大海水電導(dǎo)率，促進(jìn)腐蝕過(guò)程。在上述幾種主要環(huán)境的影響下，不同深度的設(shè)備所受的腐蝕程度也是不同的，因?yàn)殡S著深度的變化，幾種影響腐蝕的因素也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。因此，在研究深海材料腐蝕時(shí)，必須綜合考慮所有因素帶來(lái)的影響。
二、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)在深海裝備防腐涂料設(shè)計(jì)時(shí)有嚴(yán)格的壽命控制要求 ，一般要求涂層的壽命不低于裝備15年的大修周期。但目前 ，國(guó)內(nèi)實(shí)際實(shí)層的防腐壽命僅 為5~8年 ，低于裝備的大修周期。我國(guó)應(yīng)用較多的海洋防腐涂料主要有以下幾種
1.環(huán)氧樹(shù)脂類防腐涂料
酚醛環(huán)氧樹(shù)脂和雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧類防腐涂料的兩大主體樹(shù)脂。除環(huán)氧樹(shù)脂外，還需顏料、體質(zhì)顏料、p催干劑、助劑、有機(jī)溶劑等調(diào)制而成。環(huán)氧樹(shù)脂漆膜堅(jiān)硬 、耐 磨性好、附著力強(qiáng)，并具有良好的耐水性。
2.橡膠類防腐涂料
橡膠類涂料以合成橡膠或天然橡膠衍生物為成膜物質(zhì)，應(yīng)用較多的有氯化橡膠防腐涂料和氯磺化聚乙烯防腐涂料。氯磺化聚乙烯防腐涂料主要成膜物質(zhì)為氯磺化聚乙烯橡膠，其具備低溫施工性能好、干燥迅速、維修方便等特點(diǎn)。但與基底黏附力低，需要與其他樹(shù)脂混用或者改性來(lái)提高附著力，同時(shí)需要較多溶劑溶解，環(huán)境友好性差。氯化橡膠防腐涂料的主要成分有過(guò)氯乙烯氯化橡膠樹(shù)脂、顏料、助劑等。氯化橡膠的抗介質(zhì)滲透能力非常好，如加入玻璃鱗片，搭接形成屏蔽效應(yīng)，使本涂料的防腐蝕性能大大增強(qiáng)。故其耐化學(xué)品性、耐水性、耐霧性和耐候性能優(yōu)異，但與基底黏附力不高，耐老化、耐紫外性能不強(qiáng)。
3.氟碳防腐涂料
氟碳防腐涂料由氟碳樹(shù)脂、脂肪族異氟酸酯、高級(jí)顏料、助劑和溶劑等組成，主要用于要求較高的防腐蝕涂裝體系中，作為高性能面漆和耐久性面漆。這類涂料表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐候性、防腐蝕性和優(yōu)良的自潔性。但其涂料成本過(guò)高、涂料需高溫烘烤、硬度差、易漏涂等問(wèn)題，是影響氟碳涂料推廣的主要因素。
4.有機(jī)硅樹(shù)脂涂料
有機(jī)硅涂料是以有機(jī)硅聚合物或有機(jī)硅改性聚合物為主要成膜物質(zhì)的涂料。有機(jī)硅樹(shù)脂中Si—O具有一定的離子性，且Si—O—Si鍵 能 、鍵角均比C—C鍵 大 ，這種價(jià)鍵結(jié)構(gòu)使其集有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的綜合性于一身。有機(jī)硅涂料具有優(yōu) 良的耐熱耐寒、電絕緣、耐電暈、耐輻射、耐潮濕和憎水、耐候、耐沾污及耐化 學(xué)腐蝕等特性。但因強(qiáng)度低，與基底的黏附力低等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。
5.聚氨酯類防腐涂料
常見(jiàn)的聚氨酯涂料分為雙組分聚氨酯涂料和單組分聚氨酯涂料。雙組分聚氨酯涂料是由羥基樹(shù)脂和多異氰酸酯預(yù)聚物兩組分組成，涂刷后，-OH與多異氰酸酯的-NCO在常溫下進(jìn)行交聯(lián)固化，形成致密的膜層。單組分聚氨酯涂料不需要添加固化劑，直接將其涂覆在需要的位置，端-NCO直接與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)而固化成膜，其應(yīng)用范圍沒(méi)有雙組分聚氨酯涂料廣泛。
無(wú)論是雙組分還是單組分聚氨酯均屬于高固低VOC涂料，環(huán)境污染物排放量低，并且與基底附著力強(qiáng)，耐酸堿、耐腐蝕、耐油、耐高低溫和耐磨等性能優(yōu)異。但耐水性能不強(qiáng) ，對(duì)施工條件要求苛刻 。
目前，我國(guó)有報(bào)道防腐涂層在深海環(huán)境下的適應(yīng)性研究。某科學(xué)院在環(huán)氧樹(shù)脂上分別接枝了酒石酸和含烷氧基硅基團(tuán)的偶聯(lián)劑，并將該聚合物添加到環(huán)氧樹(shù)脂基料中，制備成涂膜。發(fā)現(xiàn)改性聚合物與鋼基材間發(fā)生了化學(xué)鍵合，鍵合后環(huán)氧涂層附著力有大幅提升。進(jìn)一步利用原子力顯微鏡對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂/鋼基材表面的鍵合概率進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)隨著鍵合概率的增大，涂層附著力也隨著增加，但當(dāng)達(dá)到一定值后，附著力隨鍵合概率增大的幅度減小。
三、國(guó)外研究現(xiàn)狀
美國(guó)于1965年推出聚偏二氟乙烯，從此氟碳樹(shù)脂也開(kāi)啟了在防腐領(lǐng)域的應(yīng)用。1982年 ，日本旭硝子成功開(kāi)發(fā)了由氟乙烯-乙烯基醚的共聚物（FEVE），使 氟碳涂料在常溫 條 件下實(shí)現(xiàn)了固化，擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)外對(duì)于氟碳涂料的研究主要從對(duì)不同氟碳樹(shù)脂的改性及不同氟碳涂料的耐蝕性兩個(gè)方面進(jìn)行展開(kāi)。通過(guò)物理、化學(xué)等方法對(duì)氟碳涂料進(jìn)行改性，使氟碳涂料獲得更加優(yōu)異的性能。氟碳涂料從原來(lái)的熔融型到溶劑可溶型、可交聯(lián)固化型再發(fā)展到水性、高固體分和粉末類型。根據(jù)目前環(huán)境需求，今后氟碳涂料會(huì)向高固體化、無(wú)溶劑化、粉末化和水性化發(fā)展，隨著對(duì)氟碳涂料更加深入的研究，其在防腐領(lǐng)域的作用愈來(lái)愈大。
噴涂型聚脲防腐涂料主要有以下優(yōu)點(diǎn) ：
（1）無(wú)催化劑，反應(yīng)活性高，固化速度快，在任意面上無(wú)流掛現(xiàn)象 。
（2）對(duì)濕氣 、溫度不敏感 ，可在-40 ~150 °C的溫度范圍內(nèi)施工。
（3）不含任何揮發(fā)性有機(jī)溶劑，環(huán)境污染小。
（5）熱穩(wěn)定性與耐低溫性能好，可在120 °C下長(zhǎng)時(shí)間工作，可耐350 °C的瞬間熱沖擊。
（6）物理化學(xué)性能優(yōu)異，較大的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，耐磨防濕滑性能優(yōu)異，耐溶劑、耐酸堿鹽的性能高。硬度可以從邵A30調(diào)整到邵D65。
（7）可使用高溫高壓噴涂設(shè)備進(jìn)行施工，效率高；還可通過(guò)添加橡膠顆粒等方法來(lái)達(dá)到防滑效果。
但聚脲彈性體涂料的固化速率過(guò)快，層間黏附力差，另外，該類涂料的噴涂技術(shù)相對(duì)先進(jìn)，對(duì)施工人員的綜合素質(zhì)要求較高；其次，高端的噴涂設(shè)備引進(jìn)成本太高。以上等因素制約了聚脲彈性體涂料的發(fā)展。