防腐涂料的現狀與進展

李子榮　柏雷　王和山　王厚國　王和東　張萬霞

摘要：由于金屬材料的特性，金屬腐蝕無時無刻不在進行，這是對于人類財富和自然資源的重大損耗。使用防腐涂料是眾多方法中較為經濟實用的，這也使得防腐涂料快速發展。本文主要介紹了防腐涂料的特性和分類、應用和發展方向。

關鍵詞：防腐涂料;研究進展;環境友好

一、防腐涂料的現狀及發展趨勢

由于金屬材料的機械特性，在各個行業應用廣泛。然而，在使用過程中金屬材料的腐蝕是不可避免的，這對于社會發展造成了巨大的損失和危害。因而金屬的防腐是材料研究中的重要研究內容。近年來，我國在防腐涂料方面的研究中取得很大進展。在這一過程中，低碳環保、節能經濟將是重要發展方向。比如，環氧樹脂能很好地溶解在有機溶劑中，然而有機溶劑具有易揮發、有毒等缺點，但其在水中難溶，不利于后期處理。因而，開發水溶性或無溶劑涂料是必不可少的。

二、涂料的防腐原理

（一）涂層屏蔽作用

使用涂料涂抹在需要的金屬表面形成一層保護層，起到隔絕氧化性物質（水、氧、陰離子等）的作用，從而在一定程度上阻止或者減緩對于金屬的電化學腐蝕，如噴漆、搪瓷等。

（二）濕附著力的作用

在水存在的前提下表現出來的更強的附著力，其使得水和氧出現匯聚，減緩在金屬表面的擴散，減少電解質與金屬的接觸面積，達到減弱金屬腐蝕的目的。在涂層制備過程中由于溶劑的揮發等多種原因使涂層中出現空隙，其構成了水和氧傳輸的主要通道。有研究顯示，涂層中的吸水和吸氧速率遠高于金屬表面腐蝕消耗，這表明涂層對于金屬防腐具有多重作用。

（三）犧牲陽極的陰極電保護作用

這是利用原電池的工作原理，采用活潑性金屬作為陽極提供電子使金屬主體材料一直處于多電子狀態從而無法被氧化，一般采用的是鋅粉作為陽極材料加入到涂料當中包覆在材料表面，起到雙重保護的作用。

三、常見的防腐涂料種類

防腐涂料一般分為常規防腐涂料和重防腐涂料，主要包括環氧樹脂、醇酸類、聚氨酯類和富鋅防腐涂料。防腐涂料在各大行業中均有涉及，如石油化工、船舶水路、鐵路工程等。

（一）石墨烯防腐涂料

石墨烯作為新興的二維半導體材料具有硬度高、強度大、表現出良好的導熱導電性。在涂料中直接添加石墨烯材料可以很好地提高其防腐性和導電性。石墨烯材料在改善環氧樹脂涂料表面的孔隙和凹陷方面表現出良好的特性，增加其致密性從而起到提高防腐性能的作用;石墨烯在促進涂料的改性方面也有很大的作用，如在分散劑作用下，通過改變石墨烯在水性涂料中的分散可以提高其耐鹽霧性能，通過減少電解質成分的進入使得其在其他類型的碳基填充材料中表現出巨大的優異性而受到人們的關注;對于采用犧牲陽極的陰極保護法進行防腐的涂料生產過程中，多采用鋅粉與環氧樹脂形成致密膜，而在石墨烯改性的材料中在不降低甚至提高其防腐性能的前提下可以減少鋅粉的使用量。

（二）環氧樹脂涂料

環氧樹脂因其大分子結構上含有環氧基使其在防腐材料中具有重要的應用價值。環氧樹脂被大量應用于防腐涂料的生產，約占世界總產量的40%。經研究發現，在使用極化方式時通過控制電場強度可以使環氧樹脂和不銹鋼顏料形成最理想的組成，達到生產需要。

（三）聚氨酯防腐涂料

聚氨酯表面具有多種類型的官能團使其在耐溫、耐酸堿、耐磨等方面具有優異的特性，因此在重防腐方面可以作為面漆使用。但是還是存在一些不足，蘭溪建等通過使用環氧樹脂、納米材料等材料加入水性聚氨酯中進行復合改性，極大地改善了其性能，但施工條件、經濟性方面仍然存在著很大的問題。

（四）無機涂料

1.水玻璃基無機涂料

這是以水玻璃為主要材料的堿金屬硅酸鹽，現在國內主要銷售的是鉀、鈉和鉀鈉混合的水玻璃涂料三種。因堿金屬硅酸鹽具有良好的粘結性、防止水滲透的特性，其是很好地環保材料，還具有耐酸堿、耐溫、耐候性，但是耐水性不足。現在研究中采用酸改性和綜合改性來提高其性能達到可以廣泛應用的目的。

2.硅溶膠涂料

這種涂料是通過采用二氧化硅膠體在水中分散，將其分散液作為成膜物質，再加入一些顏填料和助劑然后研磨而成。其主要利用二氧化硅分子間的硅氧鍵形成空間網狀結構，從而形成連續的涂膜。硅溶膠涂料的主要特點是具有較強的粘結性和較高活性，而且硅溶膠涂膜因二氧化硅的半導體性質，不易產生靜電，性質穩定。

四、國外防腐材料研究進展

在國外的防腐材料研究中，對于綠色環保、可持續發展方面有很大的體現，國內在綠色新發展理念的倡導下也在做著積極地努力，但相對于國外還有一些差距，這里主要介紹一下國外防腐涂料在環保、可持續發展方面的創新。

（一）超支化的大豆醇酸納米復合涂料

大豆油是來源廣泛、價格低、可持續生產的材料，是符合綠色新發展理念的一種醇酸前體。席元偉課題組通過采用磁鐵礦納米粒子進行超支化醇酸的改性，形成含有納米粒子的復合新型防腐材料。通過對復合涂料理化性質的檢測，如熱力學性質、結構、形態等，發現超支化醇酸具有很好的具有較大比表面積的球狀結構分支。涂料中磁鐵礦納米粒子的存在在很大程度上增加了材料的承載力。通過電化學測試發現其具有較大的阻抗（107Ω），這在很大程度上對于電化學腐蝕起到阻止或延緩的作用。復合材料在機械強度、韌性方面具有很大的優異性。

（二）具有自修復能力的聚氛醋防腐涂料

聚氨酯（PU）因其具有優異的理化性質和機械穩定性被應用于防腐涂料方面。在聚氨酯的涂層合成配方中，其微膠囊結構即自修復能力以及廣泛應用于多種行業，在聚氨酯的合成過程中，韓興勇采用具有可再生性的考柬樹油合成雙組分防腐聚氨酯涂料，其保持自修復能力。這種來自于植物內的油脂產品在涂層的光澤度、耐溫性、耐酸堿性等方面均優于防腐自修復工業涂料。

五、結語

隨著我國經濟的不斷發展，綜合國力的不斷提升，節能環保已經作為我國的一項基本國策，重防腐涂料也將得到重大發展，其主要體現在技術、規模和品種等方面。在此背景下涂料市場的競爭也將持續增加，國內涂料的發展任重而道遠。在此，研發單位和生產廠家應堅持綠色發展理念，實現大規模生產環保、價廉的防腐涂料。

參考文獻：

[J].韓興勇，于慶章，吳啟鴻，等.我國對于防腐材料的研究現狀及發展趨勢[J].中國涂料，2015，2（11）：13-18.

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[3].蘭溪建，周福根，馮衛東，等.石墨烯基導電材料在海洋重防腐涂料中應用的探索[J].上海涂料，2015，2（11）：3-7.