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高性能涂料

     高性能化的内容包括:涂装方便(喷涂、刷涂、滚涂、挤涂、浸涂均可);涂层防腐装饰兼顾,传统的黑色或暗色调的防腐涂料将退出舞台,浅色或明快色调、光亮华美的防腐涂料成为主角;高性能特征是关键,耐久性10年以上,人工老化5000 h以上,耐盐雾试验2000 h 以上,耐海水(40℃)2000 h 以上等。为达到这样高的综合性能,需从树脂改进技术入手,提供新型基料材料,引入新的强化防腐颜料,如化学镀处理的防腐颜料,金属化的玻璃鳞片和有成膜活性的特种缓蚀颜料等。超厚膜型环氧、焦油环氧涂料、环氧玻璃鳞片涂料、高耐候性的氟涂料、有机硅醇涂料、有机硅丙烯酸树脂涂料、湿润面涂装材料、水中涂装材料;防结冰涂料等都是发展方向。

 
    (1)长寿命
 
    对离岸的海工产品防腐涂层而言,服役期内很难在海上进行修复或重涂,因此要求开发具有使用寿命在15a以上的海洋防腐涂料。最理想的是涂层使用寿命包括现场直接涂装维修后的延续使用寿命等同于钢结构设备的使用寿命,即涂层与设备同寿命设计,使用中只需进行少量维修,免重涂。例如,设计可在海洋环境中达到15~30 a耐久年限的金属涂层+有机涂层配套体系、多层有机或无机涂层配套体系。
 
    ① 富锌涂料
 
    比利时的涂膜镀锌属于有机类高富锌涂料,干膜中的金属锌含量达96%,在挪威奥斯陆的沿海海洋大气环境中,涂覆在钢桥上120 μm膜厚的单一锌加涂层15 a后实测每年的涂层平均损耗仅为1 μm.
 
    无机富锌涂料应用最为典型的成功案例是澳大利亚Mor-ganwyalla长达250 km的油管工程,其防腐采用了单层水性无机富锌涂层,涂层历经50余年仍保持着良好状态,无腐蚀发生。美国埃克森(EXXON)公司在硫球岛建的炼油厂采用单层硅酸锌防腐涂层,历经15 a后仅需小部分涂层修补,补后又经4 a完好无锈。
 
    ② 超耐候性面漆
 
    有机硅树脂涂料的耐候性和耐久性极好,一般可使用10~20 年或更长的时间,可用作防腐体系的面漆,纯有机硅树脂因物理性能过于极端,难以直接用于重防腐体系。目前开发的可用于防腐体系的新型低温固化改性有机硅树脂涂料主要有:有机硅醇酸树脂涂料、有机硅橡胶改性聚氨酯涂料、丙烯酸有机硅树脂涂料等。氟碳树脂是近年来广受关注的新型材料,具有极其优异的耐候性、耐水耐油性、耐沾污性、耐化学药品性、耐溶剂性等,是制造超耐候性重防腐涂料及建筑涂料的优良材料。如日本旭硝子公司生产的三氟氯乙烯FEVE氟碳漆、大金公司生产的四氟乙烯FEVE氟碳漆、国际油漆公司生产的丙烯酸聚硅氧烷涂料interfine979及美国亚美隆公司生产的环氧聚硅氧烷涂料PSX700等等。
 
    表2-18  涂料耐久性与价格
 

涂料品种

耐久性/a

相对价格

醇酸树脂

25

1.0

氯化橡胶

58

1.72.0

丙烯酸漆

510

1.31.7

聚氨酯树脂

712

1.74.2

丙烯酸有机硅

1015

5.0

氟树脂(烘干)

20

5.07.0

氟树脂(常温干)

20

8.012.0

 

    ③ 聚脲弹性体

    聚脲涂层(SPUA)是近年来兴起的无溶剂、无污染的高性能重防腐涂料。SPUA为双组分、100%固含量、对环境友好,其固化速度快,对湿度、温度不敏感,且施工时不受环境湿度影响;固化后涂膜弹性及强度、耐侯性、热稳定性优异,户外长期使用不开裂、不脱落,对钢铁附着力好,具有优异的耐腐蚀性能。但SPUA对被涂基材的表面处理要求极为严格,钢材要进行彻底的喷砂,处理后必须马上涂装。聚脲主要有芳香族聚脲、脂肪族聚脲和聚天门冬氨酸酯脂肪族聚脲。

 

    (2)耐高热无机锌车间底漆

 

    船舶钢材预处理车间底漆通常有四大类,即长曝型洗涤底漆(磷化底漆)、环氧富锌底漆、环氧铁红底漆、无机锌底漆。由于无机锌底漆有优良的防锈性,而其含锌量又低于环氧富锌漆,因此,成为车间底漆主要应用品种。通常,无机锌车间底漆能耐400 ℃以下的高温,虽然其耐热性高于其它类型的车间底漆,但在焊接、火工校正部位仍有一定面积的涂层受到破坏程度的白锈(锌盐)生成。为了进一步降低二次除锈工作量,各船舶涂料厂商均先后研制出能耐800 ℃高温的新一代无机锌车间底漆。

 

    (3)水下固化涂料

 

    国外已有多个公司开发出此类产品,它们通常是液态高固含量环氧类涂料。

 

    (4)涂装工程简略化

    涂装工程简略化可以减少涂装工程的作业时间,方便涂装管理。

 

    ① 万能型防锈底漆

    以船舶涂料为例。船舶由于各部位所处腐蚀环境不同,通常各部位所采用的涂料种类也不相同。目前世界各国造船涂装设计中,应用较广的涂料种类有环氧类、焦油环氧类、氯化橡胶类、油改性树脂类(醇酸类、酚醛类)、乙烯树脂类、丙烯酸树脂类等,一艘船舶使用的各类涂料品种至少达二、三十种,这不仅在施工上有一定的难度,而且在材料管理上也比较麻烦。为使涂装配套简略化,新造船涂装工程简略化和旧船维修省力化,各国船舶涂料厂商都先后发展了万能型防锈底漆,这类万能型防锈底漆不仅能与绝大多数类型的面层涂料配套,而且在旧船维修时它能复涂在大多数类型的旧涂料上面,且无最大涂装间隔时间。

 

    ②厚膜型涂料

    厚涂化技术节省工时,提高工效,一次施涂到位,简化涂装程序。在施工条件较为困难的液舱(如压载水舱、饮淡水舱),通常采用的焦油环氧涂料、纯环氧涂料,一次成膜只能达到100~150 μm,因此往往要分两次甚至三次施工。如采用厚膜型涂料则一次施工即可。目前焦油环氧涂料一次成膜能达到500~700 μm,无溶剂环氧涂料一次成膜在2000 μm以上。

 

    ③ 速干性涂料

    一般的环氧系(包括改性环氧系)、焦油环氧系等化学固化类涂料,其干燥、固化的时间受温度影响很大,往往在低于5℃的条件下很难固化。在5℃以下,8~10小时左右达到初步固化(人员能在上面行走),对缩短涂装工程周期很有意义。