4 重防腐蚀涂料

4．1重防腐蚀涂料的基本特点及要求

    重防腐蚀涂料和涂装是相对于一般防腐蚀涂料而言的，在严酷的腐蚀环境下应用并具有长效使用寿命的涂料称为重防腐蚀涂料。在化工大气和海洋环境里重防腐涂料一般可使用10年或15年以上；在酸、碱、盐和溶剂介质里并在一定温度的腐蚀条件下，一般应能使用5年以上。

    重防腐涂料除了具有严酷腐蚀环境下应用和长效寿命特点外，还具有以下几点区别于一般防腐涂料：

    (1)与国民经济发展更密切相关

    重防腐涂料的应用涉及现代工业各领域，适用于各种腐蚀剧烈的湿热环境中使用的大型装置、建筑物、机械设备等的防腐蚀涂装。主要用于海洋工程设备(如海上设施、海岸和海湾构造物及海上石油钻井平台等)；现代交通建筑(如桥梁、船舶、集装箱、高速公路、火车和汽车等)；重要的能源工业(油管、油罐、输变电设备、核电设备及煤矿矿井等)；大型的工矿企业(化工、钢铁、石油化工厂的管道、贮槽、设备及大型矿山冶炼设备等)。从某种意义上说重防腐涂料的发展水平也标志着一个国家的科技发展水平。

    (2)与现代工业技术的综合发展更为密切相关

    现代工业技术的发展不仅为重防腐涂料的发展提供了更好的技术物质条件，也提供了更为广阔的市场。同时环境保护的限制对涂料提出了水性化、粉末化和高固体化的发展要求．这些都将使重防腐涂料在更多领域和更高水平上取代一般的防腐涂料并逐步趋向完善和成熟。重防腐涂料的发展涉及到多方面技术的发展，如金属与非金属材料腐蚀与防护机理、表面处理技术，施工、维修和现代检测技术等方面，特别是新型合成树脂的开发和厚膜化涂料、防锈颜料、填料和高效助剂的开发和应用是促使重防腐蚀涂料发展的关键。

    (3)重防腐涂装以系统工程为特征

    它需要多部门的配合、多种技术的相互交叉与融合才能完成。

    (4)厚膜化

    这是重防腐涂料的重要标志之一，常用防腐涂料的涂层干膜厚度一般为0．1～0．15mm，而重防腐涂料干膜厚度一般要在0．2～0．3mm，甚至可达2mm，厚的涂膜为涂料的长效寿命提供了可靠的保证，同时也给涂料加工与施工提出了更高的要求：

    ①要求涂料高固组分或无溶剂化：常用防腐蚀涂料每道涂刷厚度(干膜)大约为30bma左右，要达到较厚的涂膜必须增加涂刷次数，这不但使涂装费用增加，也带来大量溶剂挥发对大气的污染。因此要求一次涂装较厚，且不会有大量溶剂挥发带来的涂膜弊病(如针孔等)。故涂料以高固组分或无溶剂为主。

    ②厚膜化就要求涂料具有触变性能：即涂料静止时粘度较大，当受剪切力作用时(如搅拌、涂装时)粘度大幅度下降，表现出良好的涂刷性能；从而达到一次涂装较厚，也不流挂，同时涂料贮存时能有效地防止沉淀。厚浆型涂料中一般通过加入触变剂来达到触变功能，常用的触变剂为：氢化蓖麻油、气相二氧化硅和膨胀土等。

    ③要求涂料与基材具有更高的附着力，以及自身的抗开裂能力；这是因为涂膜加厚易产生较大的内应力。

    (5)使用高性能的合成树脂和新型的颜料、填料。

    为达到严酷环境下长效的目的，对重防腐涂料的主要成膜物质合成树脂和次要成膜物质颜料和填料有很高的要求，主要是：

    ①对金属基体的良好附着力，及其他物理机械性能，如低的收缩率、适当的硬度、韧性和耐磨性、耐温性等。

    ②对各种介质有优良的耐蚀性，介质基本包括：化工大气、水、酸、碱、盐和其他溶剂等。

    ③能有效地抵抗各种介质对涂层的渗透。

    ④能在各种条件下进行方便的施工并达到对涂层厚度和涂层结构的设计要求。

    常用的高性能树脂有：环氧、聚氨酯、丙烯酸、氯化橡胶、改性生漆、氟树脂、工程塑料、新型有机一无机聚合物等。

    高效颜、填料主要有：锌粉、三聚磷酸铝、铬酸盐类、玻璃鳞片等高效防锈颜料。

    (6)重防腐涂料必须同金属基体的严格表面处理相结合才能达到理想的效果

    表面处理不但要形成一个清洁的表面，以消除涂层下腐蚀的隐患，而且要使该表面粗糙度适当，增加涂层与基体间的附着力；高性能树脂较油性成膜物质对各金属基体的渗透性较小。更需要清洁和粗糙的表面，以增加附着力。大量事实证明涂层防护失效的原因及其影响程度如下：

    表面处理差      40％     涂层厚度不足        20％

    涂料选择不当    20％     涂层制备工艺不当    20％

    因此，表面处理的好坏是决定涂层寿命诸因素中的首要因素，重防腐涂料必须与严格的表面处理相结合才能获得满意的结果。

    对于重防腐涂装，基材表面的处理方法主要有化学处理和机械处理两种：对于6mm以下的冷轧钢板、镀锌板和铝板等宜用化学方法处理，即磷化和钝化处理，最终在基材表面形成一层多孔性的磷酸盐膜层或铬酸盐转化膜层。机械处理方法主要适用于大于6mm厚的工件，一般采用喷砂处理，不仅可以除去基材表面的氧化皮、锈蚀层和油污，而且还能使表面粗糙化，基材表面能增加，涂层的附着力提高，喷砂处理大多要求达到Sa2．5级。喷砂粗化后再经磷化处理可达到更理想的效果。

    (7)正确的施工和维修管理是实现重防腐涂料设计规范和目标的重要环节

    加强现场检测，确保施工每一环节质量，并且再长期使用过程中注意维护。

    (8)初期涂装费用大于一般防腐涂装，但维修费用少，长远效益高。

(9)新型合成树脂与高效填料的采用、新型喷涂设备的发展，促进其与衬里防腐技术相互融合，可实现用喷涂的施工方法达到防腐蚀衬里的厚度及效果，如：玻璃鳞片涂料、新型聚脲弹性体涂料等，在苛刻的腐蚀环境下也具有衬里的保护效果。

4．2 重防腐蚀涂料主要种类

    目前常用的重防腐蚀涂料主要有如下几类：

    ①作为底漆的重防腐蚀富锌涂料：分厚膜型有机富锌涂料、富锌预涂底漆和无机富锌涂料三个系列。

    ②高效防锈底涂：由高性能合成树脂与高效化学防锈颜填料(红丹、磷酸盐、铬酸盐、云母氧化铁等)配制的防锈底涂。

    ③重防腐蚀中间层涂料和重防腐蚀面漆：这类涂料具有良好的耐候性、耐水性、耐化学药品性，并可直接涂在富锌底漆上，主要有氯化橡胶系、环氧系、聚氨酯系、氯磺化聚乙烯系、氟树脂系、乙烯树脂系、环氧焦油系等重防腐蚀涂料。

    ④其他类型重防腐蚀涂料：玻璃鳞片重防腐蚀涂料；粉末涂料及塑料涂覆层；聚脲弹性体重防腐涂层；新型有机一无机杂化涂料、环氧砂浆重防腐蚀涂料等。

前三类已在上述内容中进行了介绍，下面着重叙述后几种类型重防腐蚀涂料的特性及应用。

4．3 玻璃鳞片重防腐蚀涂料

4．3．1玻璃鳞片涂料及特性

    玻璃鳞片涂料是以耐蚀树脂为主要成膜物质，以薄片状的玻璃鳞片为骨料；再加上各种添加剂组成的厚浆型涂料。是一种最为常用有效的重防腐涂料。特别是在排烟脱硫装置内衬、海洋工程设施、化工耐蚀贮槽衬里等苛刻腐蚀环境下得以成功应用。

    由于采用径厚比较大的玻璃鳞片(厚度一般为2～5um、片径长度为100～3000um)，涂层中的玻璃鳞片上下交错排列，形成了独特的屏蔽结构，增加了介质有效渗透距离，使涂层具有了一定的衬里防腐抗渗效果。可以代替橡胶、塑料和玻璃钢衬里，或与玻璃钢衬里相结合，构成玻璃鳞片树脂涂料衬里。玻璃钢衬里是由耐腐蚀合成树脂与玻璃纤维复合而出，因此与玻璃鳞片涂料有一定的相似性，玻璃鳞片涂料的抗渗、耐磨、热膨胀性、施工性能优于防腐玻璃钢衬里，但抗变形性、力学强度不如玻璃钢衬里。

    总体来看，玻璃鳞片重防腐涂料具有下列特性：

    ①极优良的抗介质渗透性：如，0．1mm厚的玻璃鳞片涂料的抗水蒸气通过性相当于o．7mm以上厚度的环氧树脂；抗渗性能还与涂层厚度、玻璃鳞片含量、径／厚比密切相关。厚度越大、径／厚比越大，抗渗性能越好；一般在涂料中玻璃鳞片含量在20％以上时就具有很好的抗渗性能。另外玻璃鳞片必须经过表面处理，以保证与树脂的良好粘合性，是涂膜具有优良抗渗性能的重要保证。

    ②玻璃鳞片的交错重叠不利于溶剂的挥发成膜，因此，要求玻璃鳞片涂料必须高固含量，最好为无溶剂涂料，这也有利于环境保护的需求。

    ③涂膜抗开裂性能突出：由于玻璃鳞片的力学增强作用，可使涂膜涂刷的很厚，也不会产生开裂现象，涂膜增厚，带来更好的抗渗性能。

    ④涂膜的厚浆化，要求涂料具有触变性；一般要求一次成膜150～300um。

    ⑤涂膜固化时的内收缩率小，与基材的结合性能好。

    ⑥涂膜的热膨胀系数小，耐温度骤变性好，抗开裂性能好。

    ⑦耐温性提高。

⑧坚硬、光洁、抗污、抗冲击、耐磨损性优良；其坚硬光滑性能有利于海洋设施涂层表面海洋微生物、贝壳等污物的清除。

4．3．2 玻璃鳞片涂料组成

    玻璃鳞片涂料主要由树脂、玻璃鳞片、其他辅助颜填料及助剂组成，在上述章节知识的基础上，需要再进一步阐明的是：

    玻璃鳞片  玻璃鳞片的性能与涂膜防腐效果至关密切。玻璃鳞片大多采用吹胀法制得，对玻璃鳞片有以下要求：

    ①要求必须用中碱玻璃，才能具有较好得耐蚀性能。

    ②要求玻璃鳞片厚度：2～5um，片径：100～3000um。

    ③玻璃鳞片要用硅烷偶联剂进行处理，以提高与树脂的粘合力，相应地有效增加涂膜的抗渗性能，降低涂膜的吸水性。

    树脂  玻璃鳞片涂料中的树脂主要是热固性树脂，如乙烯基酯树脂(VE)、不饱和聚酯树脂(UP)、环氧树脂(EP)和聚氨酯树脂(PU)等，其中尤以综合性能优良的乙烯基酯树脂为主。不饱和聚酯树脂主要是双酚型UP和含氯UP等高度耐蚀树脂和间苯型UP树脂。由于固化后的玻璃鳞片涂料具有优异的抗渗性能，相应地要求玻璃鳞片涂料配方中尽量不含或少含挥发性溶剂，接近或达到100％的固体含量；否则，涂层中的可挥发溶剂在涂层固化中由于受玻璃鳞片层的阻挡，难以挥发出来，易产生各种缺陷。含溶剂多的只适合于薄层涂料。玻璃鳞片涂料的耐蚀性和耐温性等主要决定于鳞片涂料中的树脂种类，因此鳞片涂料也常按树脂种类进行分类。其中最为重要的是乙烯基酯树脂类玻璃鳞片重防腐涂料。

    乙烯基酯树脂(VE)：主要是由甲基丙烯酸与环氧树脂反应而得，分子链由环氧化学结构单元组成，端基为乙烯酯基，固化为烯烃双键的加成聚合，因此乙烯酯树脂既具有环氧树脂优良的粘结力，又具有不饱和树脂的优良固化加工工艺性，可采用引发剂、紫外线、电子束等光固化工艺，并可实现无溶剂化。该类玻璃鳞片涂料具有优异的耐酸、碱、盐及其溶液和化工气体的性能，应用最为普遍。

助剂  根据涂料树脂种类的不同，须加入相应各种助剂，需强调的是消泡剂和触变剂的加入极为重要。消泡剂通常可用硅油消泡剂；触变剂视树脂种类的不同可用膨胀土、白炭黑、氢化蓖麻油等。

4．3．3 玻璃鳞片重防腐涂料的分类、特性及应用

    玻璃鳞片重防腐涂料可按树脂种类(如上所述)、涂料粘度、涂料衬里厚度进行分类。按涂料粘度可分为玻璃鳞片涂料、玻璃鳞片厚浆涂料、玻璃鳞片胶泥三种类型；按厚度可分为薄膜、中膜、厚膜三种类型。粘度和膜厚是相互对应的，如：对于厚膜玻璃鳞片防腐涂层采用玻璃鳞片胶泥来得到。每种类型配方中加入的玻璃鳞片片径、含量均有所不同，其性能应用范围和施工方法也不同。以常用的双酚A不饱和聚酯型和乙烯酯树脂型为基料的玻璃鳞片重防腐涂料为例对其比较，如表5—14所示。

表5—14玻璃鳞片重防腐涂料的种类

4．4 粉末涂料及塑料涂覆层

    粉末涂料是由树脂、颜料及固体填料、助剂组成的不含有挥发溶剂的固体粉末。涂装时根据树脂品种、工件状况、施工条件的不同，可选用喷涂、浸涂、沸腾床浸涂、静电喷涂等方法使粉末吸附于金属表面，再通过一定温度加热熔融，将呈颗粒状堆积的树脂熔融(热固性树脂将进行交联反应)，冷却后转变为致密完整的塑料涂覆层。采用火焰熔射法可将粉末直接转变成塑料涂覆层，使不宜放入烘炉的大型物件也能获得塑料涂覆层保护，可进行现场施工。粉末涂料具有如下特点：

    ①不含有溶剂，因此无污染，无溶剂挥发的资源浪费。

    ②喷溢的粉末可回收再用，涂料利用率可达95％以上。

    ③由于所用树脂的相对分子质量较大，故涂膜的耐蚀、抗渗、耐久性及物理机械性能要比同类溶剂型涂料提高很多。

    ④涂装时，涂膜厚度可以控制，一次涂装可达到30～500um，提高生产效率；并容易实现自动化流水线生产。

    ⑤对工件复杂结构部分涂料覆盖性能好。

    粉末涂料的不足之处在于：难以得到30um以下的薄涂膜；粉末飞扬，浓度过大，有粉末爆炸的危险性；特殊的涂装设备，加热烘烤带来不便。

    从施工涂装角度来考虑，粉末涂料用树脂应满足以下要求：

    ①熔融温度、分解温度和交联固化温度之差应大，确保涂膜的流平性。

    ②树脂易制成粉末；贮存稳定性好；熔融粘度低。

    ③在采用静电喷涂的粉末涂装，粉末的电阻值应适当。

    ④具有良好的漆膜性能、耐蚀性能。

    根据成膜物的性质不同，粉末涂料分为两大类：

表5—15几种常用防腐保护塑料涂覆层的种类及特性

    热固性粉末涂料成膜物为热固性树脂，配方中常含有固化剂，在一定温度下会发生交联反应而固化成不溶、不熔的坚韧、牢固的保护涂层，其主要品种有环氧、聚酯、聚酯一环氧、丙烯酸、丙烯酸一聚酯等。在我国，环氧粉末涂料是应用最为广泛的防腐蚀粉末涂料品种，现已大量使用在不同口径输油、气管道的内外壁、液化气钢瓶、汽车零部件、化工设备等的防腐保护。

    热塑性粉末涂料  成膜物为热塑性树脂，常作为装饰性涂料，用于家用电器等。在防腐保护方面的特殊意义是：使某些具有高耐蚀、高屏蔽作用，但不能为溶剂所溶解的树脂(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)及其他高耐蚀工程塑料(如聚酰胺、氯化聚醚、聚酯、聚苯硫醚等)均可作为粉末涂料用于重防腐蚀涂装。表5—15列出几种常用防腐保护塑料涂覆层的类型及特性。

    工程塑料涂覆层的广泛应用，解决了耐酸搪瓷、不锈钢等材料很难解决的腐蚀问题，如在磷肥生产中，磷酸及磷化物的腐蚀极强，半年后搪瓷设备大面积出现崩裂现象，而同时使用聚三氟乙烯涂覆层保护的设备完好无损。今后，塑料涂覆层在石油化工防腐应用中会越来越为广泛。

4．5  聚脲弹性体重防腐涂层

    聚脲弹性体涂层是近年来新兴起的无溶剂新型重防腐蚀涂料，它的快速固化性能、耐蚀性能使采用喷涂工艺得到防腐橡胶衬里厚度的覆盖层，是涂装技术与防腐蚀衬里技术融合的又一典范。

    与聚氨酯相比，聚脲弹性体涂层具有以下优点：

    ①固化速度快。在垂直面不会产生流挂，交联速度在2～5s、6～9s可以达到不粘手的程度，30s就可以行走，30min即可以投入使用。

    ②聚脲弹性体涂层由于固化速度相当快，要求使用特殊的双组分加热喷涂设备，即：双组分在喷枪内强烈混合及喷出，具有特殊的供料系统和一加热元(可加热到77℃)(生产这些喷涂设备的厂家有Graco，Gusmer，Binks等)。

    ③对湿度、温度不敏感，因为反应速度比水快得多，在实际施工时不受环境湿度的影响；可在-40℃下成膜。

    ④双组分涂料，单道涂层系统，喷涂一次就可以达到相当厚的涂层(2mm以上)．最厚可达到1．5mm，由于弹性及强度，涂膜不会开裂；由于快速固化，不会流挂。因此，通过涂装方式得到了较厚的橡胶覆盖层，可代替防腐蚀橡胶衬里来应用。

    ⑤100％固体含量，不含溶剂，零VOC，有利环保；

    ⑥耐候性、耐冷热交替性好，耐热性能好，热稳定性达到177℃；且耐水、耐腐蚀性能好，在甲醇这种苛性溶剂中也只有轻微的溶胀(<48h)，对于机油、柴油等的浸泡，表面只有轻微变色，而硬度不变。

    ⑦突出的物理机械性能。拉伸强度14～21MPa，拉伸率240％～520％之间。通过配方调整，可得到从软到硬的各种聚合体涂层(其硬度可从邵氏A30调节到D65)。耐磨、抗冲击性能突出，对金属、混凝土有优良附着力；但表面处理要求极为严格，钢材表面必须进行彻底的喷砂处理，处理后必须马上涂装。

    ⑧与颜填料的相容性好，可以进行颜色的调节。在喷涂过程中可以加入玻璃纤维进行增强。

聚脲弹性体涂料可用于船舶的甲板涂层，化工厂设备保护涂层，水下防水耐磨保护衬里、柔性抗冲击涂层等。

4．6 特殊类型重防腐涂料简介

    伴随着新型材料的发展，以及对重防腐保护性能要求的不断提高，在不同使用环境下的高性能新型重防腐蚀涂料层出不穷，种类较多。较为典型的有：新型有机一无机聚合物重防腐蚀涂料、环氧砂浆重防腐蚀涂料。

4．6．1 新型有机一无机聚合物重防腐蚀涂料

    有机涂层一般具有成膜性好、附着力强、屏蔽效果好、耐蚀性好、品种多样等优点，但又有耐温性差、易燃烧、耐有机试剂能力有限等缺点。无机涂层一般具有耐候、耐污染、硬度高、耐擦洗、不燃烧、不污染环境等优点，但是也表现出柔性、装饰性及施工性较差等缺点。而有机一无机聚合物涂层则是在有机一无机分子之间形成化学键的一类新型材料。这类涂层由于无机一有机分子之间形成了稳定的化学键，因此，不仅综合了有机物及无机物的优点，同时也较大程度地弥补了两者的缺点，具有突出的耐蚀性。涂层既具备有机涂层较好的抗渗性、耐蚀性、柔韧性等特点，又具有无机涂层优良的耐磨性、耐热性、耐蚀性等特点。除此之外还可以严格控制产物材料的成分，实行分子设计和剪裁，从而可以满足一些特殊要求。

    例如：美国先进聚合物科学公司开发的Siloxirane涂料，为高度耐蚀、耐温的无机结构二氧化硅与有机环氧丙烷苯基醚相连接，生成环硅的五缩水甘油醚。其中环氧键还可在固化剂的作用下进行交联反应，形成高度交联密度的网络结构。该涂料专门用于各种重防腐蚀工程领域，如洗涤塔内衬、高温氯化炉的防衬层、管道外防腐、有机溶剂贮罐内衬等。其主要特性如下：

    ①低有机挥发物含量，高固组分(95．5％～99％)。

    ②涂覆厚度按品种和应用目的不同在0．15～15mm之间，一般为0．25～0．4mm。

    ③对施工表面要求不高，可在潮湿、有锈及轻度油脂的金属和混凝土表面施工。

    ④极好的耐蚀性，几乎耐各种腐蚀介质(苯、氢氟酸、浓硝酸、浓硫酸、烧碱液等)，这正是常用的几种高度耐蚀材料所不能解决的。

    ⑤高延伸率和高硬度相结合；延伸率常温下高于韧性较好的乙烯基酯树脂涂膜延伸率约2—3倍，是一般耐蚀涂膜硬度的1．5倍左右。

    ⑥突出的耐候性和抗渗性，良好的耐热性(-86～260℃)。

⑦优良的耐磨性及力学强度。

4．6．2 环氧砂浆防腐蚀涂料和SP—Guard涂料

     环氧砂浆防腐蚀涂料是美国Ameron公司首创的产品，称为潮汐171型涂料(TideGuard)。它是在环氧树脂中加入专门填料、优质颜料及少量脂肪烃等制成的一种新型防腐蚀涂料。据称其耐久性相当于蒙乃尔合金，而且施工方便，价格便宜，主要用于在潮差段和浪溅区内钢结构物及混凝土的防护，在美国、日本、欧洲等获得了广泛应用。

    SP—Guard涂料是以能和水起置换作用的环氧树脂为主要成分，配合填料等成分而制成的一种无溶剂环氧砂浆涂料。它适应于水下或海上现场涂装作业的需要，利用落潮时钢结构物露出水面的机会即可干燥，而且施工期短，费用少，耐久性好。目前这种涂料已用于海洋观测塔、海上泊地、钢管桩、栈桥、航标、海底管道等的防腐蚀涂装。