海洋工程防腐高性能材料
海洋工程防腐高性能材料
海洋防腐涂料是指在海洋环境中，能对海洋工程基体起到防腐蚀保护作用的一类功能涂料，是长期以来海洋工程涂料中最重要的研究对象之一，防腐工作是海洋工程的关键。
海洋工程防腐高性能材料的核心是通过耐盐雾、抗生物附着、抗海水侵蚀等特性，延长海洋结构（如平台、管道、舰船）的服役寿命。
一、海洋防腐概况
进入21世纪以来，世界各国在海洋工业上的竞争越来越激烈，由于海洋资源储藏量十分巨大，所以世界各国相当重视海上工业的发展。
长久以来，机械设备海上作业不可避免的就是防腐问题，因此海洋防腐一直是海洋工业发展的重要内容。在众多防腐技术中，涂层保护因其经济性和实用性成为最常用的海洋防腐技术。
环氧树脂防腐涂料是目前应用广泛的一类防腐涂料，在海洋防腐涂料中有着重要的地位。
如今的海洋工业以海洋工程和船舶技术为主体，船舶、桥梁、海上平台、码头等设备大部分都是钢结构的，而钢结构在海洋环境中受到的腐蚀作用非常严重。海洋防腐工作不仅关系到海洋工程的正常作业，也关系到海洋工业的安全性，性能优越的防腐涂料能大大提高海洋作业的安全性。
二、海洋防腐涂料
海洋防腐涂料按照基体的性质可以分为两大类，一类是钢结构防腐涂料，另一类是非钢结构防腐涂料。前者的作用对象是船舶、桥梁、海底钢管等以钢材料为主的设备和基础工程;后者的作用对象是桥墩、码头等以混凝土、橡胶等其他材料为主的的设备和基础工程。
海洋防腐涂料主要有环氧树脂防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料、橡胶防腐涂料、有机(无机)硅类树脂涂料和有机(无机)富锌涂料等。
目前海洋防腐涂料的研究方向主要在于提高涂层使用寿命、低表面处理以降低涂装成本、高固含量低溶剂量以减少溶剂挥发带来的污染。
海洋防腐涂料的研究目前正处在一个快速发展的时期，随着国家对海洋工业的资金投入力度的增大，海洋防腐涂料的发展将有可能取得突破。前人的研究为海洋防腐涂料的发展奠定了一个良好的基础，未来海洋防腐涂料的研究将会进入一个快速发展的时期。
三、环氧树脂防腐涂料
环氧树脂防腐涂料是防腐涂料领域重要的组成部分，是目前最常用的防腐涂料之一。
1、环氧树脂防腐涂料的特性：
- 附着力强：环氧树脂分子结构中含有羟基、醚键和环氧基团，能与金属、混凝土等基材表面形成牢固的化学键，附着力可达≤2级。
- 耐腐蚀性优异：具有良好的耐酸碱盐腐蚀性能，可承受10%硫酸及氢氧化钠溶液的侵蚀，能有效抵御海水的腐蚀。
- 机械性能良好：涂层具有较高的强度和硬度，耐磨、抗冲击，能在海洋环境中抵御风浪、砂石等的冲击磨损。
- 施工性能好：可通过调整配方实现常温固化，施工方便，且固化收缩率低，不易产生裂纹。
双酚A环氧树脂涂料：具有优良的基底附着力和机械强度，耐酸碱、耐腐蚀和耐化学药品性能出色，常温下可固化，施工方便，固化后收缩率低，无挥发性物质释放，符合绿色环保标准。
- 酚醛环氧树脂涂料：含有更多的环氧基团，耐腐蚀性和附着力更强，固化交联度更高，致密性更强，但脆性相对较大。通过用双酚A替代苯酚合成酚醛环氧树脂，可降低游离酚含量，提高力学性能、柔韧性和热稳定性。
- 含氟环氧树脂涂料：以双酚AF合成的含氟环氧树脂为基料，具有很强的机械强度和耐磨性，固化收缩率更低，韧性远高于普通酚醛型环氧树脂，且由于氟元素的引入，使涂料憎水憎油，具有特别优异的耐腐蚀性能和耐紫外、化学品性能，还具有自清洁性能。
四、环氧树脂防腐涂料研究进展
环氧树脂自1930年成功合成至今，一直在不断地发展。研究工作者从环氧树脂涂料本身，到环氧树脂防腐涂料的结构，再到环氧树脂防腐涂料的改性，进行了大量的研究。
万凯、李昌诚等合成了带有环氧基团的丙烯酸树脂，并与环氧树脂混合制备出改性的环氧树脂防腐涂料。在对涂料进行粘度、附着力和耐腐蚀性测试后，结果发现改性的环氧树脂防腐涂料比未改性的环氧树脂防腐涂料有更强的附着力和电化学性能。
杨小刚、张婷等在无溶剂型环氧树脂防腐涂料的研究中采用了磷酸锌和云母氧化铁灰作为填料。并分析涂料体积浓度(PVC)以及颜料-稀释剂质量比对涂层防腐性能的影响，并且证明了磷酸锌在防腐涂料中能起到抑制腐蚀的作用。
ViorelPanaite，SimonaBoiciuc等研究用含有ZnO纳米颗粒的混合纳米颗粒改性的环氧树脂涂料在海军钢材上的防腐表现，发现环氧树脂防腐涂料在极化电阻和抑制腐蚀速率方面表现优异，在黑海海水中进行120天的真实海洋环境试验后，改性的环氧树脂防腐涂料表现出了明显提高的抗腐蚀行为。
PrashantGupta，MadhuBajpai在环氧树脂防腐涂料的研究中尝试使用了酚醛清漆环氧树脂。酚醛环氧树脂存在冲击强度差，高刚性和吸湿性的缺点，所以一般不作为防腐涂料的基础材料，但是其优异的耐化学品性、低收缩性和良好的粘合性又是非常值得研究的性能。通过使含胺基团的有机硅树脂与酚醛环氧树脂反应制备硅化环氧树脂，并使用间苯二胺作为固化剂。所得到涂层在耐热、耐化学品上表现优异，具有重要的商业价值。
L.K.Aggarwal，P.C.Thapliyal，S.Ｒ.Karade使用表氯醇、双酚A环氧树脂和腰果酚制备环氧-松脂醇树脂，并基于此树脂制备环氧防腐涂料。在涂料的制备中使用了锌粉、磷酸锌、云母氧化铁和合成氧化铁作为颜料以及填料，芳族多胺化合物作为固化剂。并就涂料的拉伸强度、伸长率、与钢材的结合性以及涂膜的水蒸汽透过性进行研究。在与未改性防腐涂料的比较中发现，改性的环氧树脂防腐涂料的防腐性能更好，并且涂料中的云母氧化铁表现出了最佳的防腐性能，其次是磷酸锌。
我国对环氧树脂的研究起于1956年，是新中国成立后就比较重视的工业内容之一，长期以来，环氧树脂防腐涂料都是我国防腐涂料领域研究的重要内容。如今，我国作为一个海上强国，在大力发展海上工业的大环境下，必须要有防腐涂料研究作为支撑，环氧树脂防腐涂料在现代社会仍然具有良好的市场前景和应用价值。
五、防腐高导热涂料研究进展
在以机械设备为主的海洋工业中，另一个不可忽视的问题就是设备的导热问题。海洋工业以大型设备为主，大型设备往往需要大量动力驱动，在作业过程中会产生大量的热量，热量的及时释放是目前的一大难题。
这需要大型设备在涂覆防腐涂层后仍能够高效散热，要求防腐涂料具有高导热性。高导热的防腐涂料对于海洋工业安全性的提高意义重大，如果设备在工作时不能及时释放多余的热量，不仅影响设备正常运行，还会造成设备损坏或者造成灾害，高导热性的防腐涂料能够让设备多余的热量及时传导到环境中，将大大提高设备工作的安全性和稳定性。于是，在防腐涂料领域，防腐涂料的导热性、导电性、耐热性、耐磨损性等都成为了研究内容。
SabyasachiGanguli等研究石墨改性的环氧树脂复合材料，对复合材料进行导电性和导热性的测试后发现，随着改性环氧树脂涂料中石墨含量从2%增加到20%，改性导热涂料的导电性下降，但是导热性能却出现了显著提高。复合材料在添加了20%含量石墨后比不添加石墨时导热性提高了28倍，导热系数从0.2W/mK增加到了5.8W/mK。
KihoKim，SeokgyuＲyu，JooheonKim通过基于环氧树脂和聚苯硫醚(PPS)基体的六角形和球形聚集的氮化硼填料制成了具有优异导热性的防腐涂料，使导热系数从1．82W/mK增加到了3.9W/mK。
防腐导热涂料是当今发展迅速的功能涂料，目前主要应用于换热器、石油化工和海洋工程等。本文所述防腐高导热涂料使用环境为海洋环境，海洋环境具有含盐量高、湿度高的特点，海水、海风和海洋大气的腐蚀尤为严重，加之海洋生物的附着破坏，对海洋工程的防腐工作是一个不小的挑战。而在当今海洋工业快速发展的背景下，能适应特定环境的防腐涂料具有更大的应用价值。目前海洋工程中有大量设备在作业过程中会产生大量热量，传统防腐涂料虽然能对设备起到防腐作用，但是却不利于热量的释放和转移，所以具有高导热性的防腐涂料具有很大的研究价值。
六、发展展望
防腐涂料导热性的研究目前还处在发展阶段，关于高导热涂料的配方设计也比较少，而且大部分集中在换热器和石油化工领域。防腐高导热涂料的应用还不够广泛，其在海洋防腐涂料上的应用也还处在摸索阶段。所以，防腐高导热涂料的研究还有很长的路要走，设计未来海洋防腐涂料的重要发展方向之一，其背后拥有的巨大市场价值也有待开发。
