海洋新材料之海洋防腐 / 防污材料

2019-02-12 12:14:09 作者：本网整理来源：DT新材料分享至：

目前，我国正处于集约低碳经济转型期的关键阶段，也是走向海洋战略实施的关键时期，远洋运输、深海新能源开发、沿海港口、船舶等行业的迅速发展，对海洋防腐材料有了更高的要求，研发绿色无害化、长寿命、经济化的海洋防腐材料是客观必要的。

海洋材料的腐蚀

材料在海洋环境中必然要经受各种恶劣条件的腐蚀和侵蚀作用，其中不仅包括海浪冲刷、海水溅射、海水腐蚀，还包括海洋中各种微生物附着腐蚀和海洋大型生物，如贝类、软体类的附着腐蚀作用。

海水腐蚀特点

1.海水导电性好，腐蚀电池中的欧姆电阻很小，异金属接触能造成阳极性金属发生显着的电偶腐蚀。

2.海水中有大量氯离子，易造成金属钝态局部破坏。

3.碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限扩散电流密度增大的因素，如充气良好，流速增大等，都会使碳钢腐蚀速度增大。

4.海洋环境的腐蚀分为几个区域（海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区、海泥区）。

5.温度、溶解氧、盐度、PH、氧化还原电位等因素对海洋腐蚀均有显着影响。

海洋防腐材料

在控制船舶和海洋工程结构失效的主要措施中，除了结构本身采用传统防腐蚀材料之外，防腐涂料和防污涂料是最主要的控制方法。

01传统防腐蚀材料

海洋中使用的耐腐蚀材料包括 : 耐海水腐蚀钢、耐腐蚀钢筋、双相不锈钢、钛合金、铜合金、复合材料、高分子材料、高性能混凝土等。金属和钢筋混凝土的使用量最大。

耐腐蚀金属材料是通过调整金属材料中的化学元素成分、微观结构、腐蚀产物膜的性质，实现降低电化学腐蚀的反应速度，从而可以显着改善金属材料的耐腐蚀性。

02防腐涂料

环保涂料

防腐颜料的无铅无铬化是防腐蚀涂料的发展方向。为此专家们研究开发出抑制钢铁腐蚀的新型防锈颜料，如磷酸锌、磷酸钙、钼酸锌、钼酸钙以及含锌化合物等。

水性涂料

水性涂料中最重要的防腐涂料就是水性无机富锌涂料，它是海洋环境防腐蚀领域中防锈性能最优异的一类涂料，并且很有推广价值。但是，因为船舶所处的环境比较恶劣，水性涂料的防腐蚀性能还达不到要求，使得水性涂料在船舶上的应用较少。

低处理表面防锈涂料

船舶及海洋设施有许多狭小或不能搬动的部件，这种涂料不但减轻了表面处理的压力，避免了预处理对环境造成的污染，并且节约了很多维修费用，目前国内外各公司均试图开发出能适应低处理表面的通用底漆。

无溶剂聚脲、聚氨酯涂料

20世纪90年代以来，无溶剂聚脲、聚氨酯喷涂工艺得到了迅速发展。它一次喷涂厚度可达到 2cm，几分钟即可固化成膜，不受施工环境的影响，特别适合于要求快速施工的厚涂平台甲板和弹性地板涂装。

03防污涂料

船舶和海洋工程结构建设在海洋管线、钢桩、平台等部分，一定会面临着海洋污损生物的侵害与腐蚀，此生物污损而导致的后果特别严重，是广泛存在的腐蚀类型。因为海洋微生物可以依附在工程设备的表面上，既影响设备外观，也对船舶的正常行驶造成影响，出现提高燃油成本等问题。防污涂料可以比较全面的保护船舶和海洋工程结构，降低和避免海洋生物对其的污损和附着。

海洋防污涂料发展过程

1.公元2000多年为了保护船底，人类开始将薄铅板包覆在船壳上，后来人们开始懂得将硫磺、砷等与油混合后涂覆在船底，再逐渐发展到采用焦油、蜡和铅覆盖船体。

2.公元前 3 世纪罗马人和希腊人用铜钉来保护铅覆盖物。

3.13 ～ 15 世纪沥青被广泛用于船舶的保护，甚至有时与油、松香或动物脂混合使用。随着时代发展，铜板开始被用作防污材料，防污效果也有了很大的提高。由此人们意识到铜离子对海生物具有很强的杀灭作用，从而开创了以铜离子为毒料制备船底防污涂料的时代。

4.18 世纪中期以来从聚合物介质中释放毒物这一想法出发，人们开发了不同品种的防污涂料，并且受到了广泛欢迎。

5.20 世纪50 年代中期，人们开始将有机锡作为毒料用于船舶防污涂料中。

60年代初，人们开发出含有 TBT 毒料的船舶防污涂料，并很快进入市场，当时这种广谱杀虫剂还是以游离的形式存在于涂料中。

70 年代，人们才开发出一种长效的有机锡自抛光船舶防污涂料（TBT-SPC），很快就成为防污涂料的主流产品。但国际社会逐渐意识到有机锡对海洋生态，甚至是人类的潜在威胁，各个沿海国家纷纷通过立法来限制有机锡的使用。

6.21世纪~1999 年 11 月，在伦敦举行的第 21届国际海事组织会议通过一项决议，规定把使用 TBT 的最终期限定为 2003 年1 月 1 日。

从 2008 年 1 月 1 日开始，完全禁止在防污涂料中使用 TBT，即 2008 年后，涂有有机锡防污涂料的船舶不再允许在海上航行。自此，海洋防污技术进入了全新的时代。

新型环境友好型无毒防污涂料

一、无锡自抛光防污涂料

目前应用最广泛的低毒防污涂料主要为以丙烯酸硅、铜和锌作为树脂基料的无锡自抛光防污涂料，在丙烯酸树脂主链接枝含硅、铜或锌侧链基团，形成类似于有机锡侧链基团的结构，使含硅、铜或锌侧链基团在海水环境中也可与海水中的钠离子发生离子交换反应而逐渐水解，并溶解至水体中。由于这类新型树脂不含有机锡，具有良好的环保性，因此无锡自抛光防污涂料也逐渐成为低毒防污技术的研究热点，截至 1996 年，关于无锡自抛光防污涂料的注册专利已达数百项。

二、仿生防污涂料

其研究重点是利用分子技术，设计制备特定的高分子材料，模拟动植物表皮结构和几何形貌，形成一系列的人工表面。这种模拟通常是微纳米级的，而且是多结构的。

三、低表面能防污

无毒低表面能防污涂料（FRC）不含任何杀虫剂，环境友好性能得到广泛认可，其研究已经取得很大的进展，并获得了商业应用。此类防污涂料通过涂层低表面能的特性使污损生物不易附着或附着不牢，容易被水流冲刷掉，从而达到防污的目的。从理论上讲，完全不依靠防污剂的渗出来防污。

四、纳米防污涂料

由于纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等诸多优良的特性，将纳米材料引入环境友好型抗海洋生物污损涂料可以使涂料得到更加优异的物理化学性能。

五、导电防污涂料

导电防污涂料的作用原理是通过在漆膜表面产生微弱的电流，使海水电解产生次氯酸离子，以达到防污目的。导电防污涂料主要有两种作用方式：一是在船体表面涂覆一层导电高聚物，船体为阴极，导电涂膜为阳极，通入微电流电解海水，在涂层表面形成次氯酸离子层，从而起到防污效果；二是不通微电流，将电导率较大的掺杂导电高聚物为有效物质的涂料直接涂覆在船体上。