船舶防腐涂料的防腐蝕機理管窺

（渤海石油航務建筑工程有限責任公司，天津 300450）

引言

隨著科技的不斷發展，人們對于海洋資源的開發力度越來越大，海洋經濟也成為世界各國的重要經濟增長點，各國紛紛涉足海洋資源開發。但是，海洋開發的過程中，海洋腐蝕是我們必然會面對的問題。海洋腐蝕的影響不僅僅只是對船舶造成威脅，更會對沿岸工程造成威脅，被認為是開放海洋經濟的嚴重制約。研究數據表明，2016 年，世界上因為腐蝕而造成的經濟損失，占全球國民經濟的3.4%，其中海洋腐蝕占比超過三分之一；并且隨著人們開發海洋的力度越來越大，這一比重持續上升[1]。基于此，各國對于海洋防腐蝕方面的研究也非常重視。就當前研究現狀來看，防腐蝕主要是基于幾種機理展開的，一是緩蝕劑，二是耐蝕涂層，三是陰極保護，四是噴涂防腐涂料。就船舶防腐來說，防腐涂料性價比最高，效果也頗為理想。本文將重點就防腐涂料的幾種常見機理做總結性闡述。

一、電化學保護機理

這是當前在傳播防腐蝕涂料中應用較為廣泛的一種機理，就是以鋁、鋅等金屬粉末混入涂料中然后噴涂在船舶的鋼鐵表面。由于鋁、鋅等材料比鋼鐵具有更強的活潑性，所以船舶在海洋中受到海水腐蝕，原電池腐蝕的過程中，因為有鋁、鋅材料的存在，所以處于更負電位的鋁、鋅材料會比鋼鐵優先腐蝕，這樣就實現了對船舶的鋼鐵保護的效果。

有科學家發現了一種雙組分水性環氧富鋅涂料，這種涂料要求鋅粉含量至少達到70%，其好處是鋅粉被腐蝕以后生成的產物，可以對涂料受損位置具有填補作用，從而起到更好的防護效果[2]。另外，也有研究者嘗試鋁、鋅粉加入丙烯酸樹脂-氨基樹脂中，對其用量精準控制以后，制成富鋅鋁防腐涂料，具有非常好的耐腐蝕效果[3]。

二、隔離屏蔽機理

隔離屏蔽機理是當前船舶防腐材料研究領域最熱點的領域，也是經過實踐證明具有顯著效果。于是在這種機理的基礎上，學者們紛紛展開深入探索，以發現更有效的土層材料。

這種機理具體來說，就是以鱗片狀填料加入船舶的涂料中，這樣由于由于鱗片狀填料的存在，涂料的滲透性得到了顯著加強；水、氧氣等引起船舶腐蝕的因子，能夠最大限度的被隔離。因為鱗片狀填料在涂料中呈現出一種層狀分布，這種結構對于水、氧氣的進入來說，有一種迷宮效應，使其穿越涂層接觸鋼鐵的路徑被大大的延長，這樣就能夠實現耐腐蝕的效果。其示意圖如下圖一所示。當前發現的鱗片狀填料既有金屬材料，也有非金屬材料，前者主要有鋁、鋅材料以及部分合金，后者常見的是玻璃、云母、石墨烯。

在針對這種機理的研究中，人們發現片狀鋅粉富鋅漆的耐腐蝕性能，要顯著好于球狀鋅粉的富鋅漆，這就非常明顯的說明了片狀填料對于防腐蝕的顯著效果。

在后續的深入研究中，在此機理上不斷的發展和完善。有學者基于鱗片狀玻璃實施表面改性，通過其與環氧樹脂結合，得到了一種防腐蝕性能顯著提升的涂料，這種涂料不但耐腐蝕性、耐浸泡性都非常卓越，而且具有很好的力學性能，所以抗壓效果很好。

人們發現石墨烯材料的抗滲透性非常優秀，對其展開針對性改性處理后，對于水分和氧氣的迷宮效應更加顯著，所以其抗腐蝕性能是極大的提升。于是，后續大量基于石墨烯為材料的研究陸續展開。

有學者發現了一種疏水改性氧化石墨烯/環氧復合涂料，這種材料的改性原理是在石墨烯表面接枝疏水性枝化碳鏈，這一改性的結果是，大大的強化了氧化石墨烯的分散性，然后以經過改性的氧化石墨烯加入涂料中，最后形成了疏水改性氧化石墨烯/環氧復合涂料，其防腐效果非常優秀，其性能與純環氧樹脂土層相比，阻抗升高了兩個數量級。

另外，一種水性石墨烯/環氧富鋅涂料也被認為是非常優秀的船舶抗腐蝕材料，在深入研究中發現，石墨烯的用量比例在0.8wt%的時候，制成的涂料，不但具有非常優秀的抗腐蝕性，而且其附著力也非常令人滿意。針對這種材料中性鹽霧試驗，時間超過1000h。

三、鈍化、磷化緩蝕機理

這種方法的原理，就是讓船舶的金屬木材的性能變得更加鈍化，磷化，從而起到抗腐蝕的效果，主要是通過在涂料中加入具備這種作用的顏填料。具有這類作用的代表性物質包括紅丹類、磷酸鹽、絡酸鹽物質。但這種防腐蝕機理存在天然弊端，就是加入的這些物質對人體健康、生態環境有嚴重的危害，所以這種機理的防腐蝕材料逐漸不再得到應用。

四、展望與結論

綜上所述，當前船舶防腐涂料的設計，基本都是以上述三種機理為基礎展開的。但是，傳統涂料通常都是僅僅以某一種機理作為防腐蝕手段展開的。近年來，而隨著人們對于環保重視程度的持續提升，再加上防腐蝕的要求越來越高，人們希望防腐材料的防腐性能和涂料壽命有更強的提升，所以結合多種機理的綜合防腐是未來發展的主要方向。多元化、新型化也必然會成為未來海洋防腐材料設計的重點。