0 引言
腐蚀是人类的大敌,由腐蚀所造成的损失占世界各国国民生产总值的3%~5%,这一损失高于自然灾害和各类事故损失的总和,仅以腐蚀对象钢铁计,也要占钢铁生产总值的20%。我国在2008 年因腐蚀所造成的损失就达到1.2~2 亿人民币。腐蚀不仅消耗了大量资源,而且会导致环境污染和生态环境的破坏,甚至还会造成人员大量伤亡。对付腐蚀的办法是采用现代防腐蚀技术,这样可降低腐蚀损失的25%~30%。其中采用防腐蚀涂料是最有效、最经济和应用最普遍的方法。防腐蚀涂料是产量居第二位的涂料品种,而重防腐涂料是防腐蚀涂料中科技含量最高、最有发展潜力、附加值最高和最具代表性的品种,其发展水平和性能是衡量防腐蚀涂料先进技术的标志,也是国家科学技术水平的标志,更是世界各工业发达国家将其列为涂料工业中亟需开发的重要涂料品种之一。
1 重防腐涂料与常规防腐蚀涂料的区别
重防腐涂料与常规防腐涂料的最主要区别就在于前者技术含量很高,技术难度也较大,此涉及到许多方面的技术进步和产品开发:包括高耐蚀树脂的合成,高效分散剂和流变助剂的应用,新型耐蚀抗渗或阻隔型颜填料的开发等等,所以重防腐涂料是高性专论综述能的防腐蚀涂料。与常规防腐蚀涂料相比,它能够在苛刻的腐蚀环境中应用,例如,重防腐蚀涂料可用于C5-1(严重腐蚀的工业区)和C5-M(严重腐蚀的海洋环境),而常规防腐蚀涂料就难以胜任。一般重防腐涂料在海洋环境和化工大气下,至少可使用10 年以上;而在酸、碱、盐及溶剂介质中,且有一定温度的条件下,通常也可使用5 年以上,而常规防腐蚀涂料无法实现,在苛刻腐蚀环境下,常规防腐蚀涂料要花上2~3 倍于重防腐涂料的成本费用才能应付。故重防腐涂料因苛刻环境而生,为重大设施履行其重要使命。
2 重防腐涂料的应用领域
如前所述,重防腐涂料主要用于腐蚀问题突出的苛刻环境和不便于短期维修的工业部门,大致分为5个方面:
(1) 新兴的海洋工程:如海上设施、海岸及海湾构造物、海上石油钻井平台等,这正是我国今后“十二五”规划所迫切需求的。
(2) 现代交通运输:如高速公路护栏、桥梁、船舶、集装箱、火车及铁道设施、大飞机、汽车、机场设施等,这也是我国“十二五”规划所迫切需求的。
(3) 能源工程:如水利设备、水缸、气缸、石油精制设备、石油贮存设备(如油管、油缸等)、煤矿、输变电设备等,特别是新能源,如水电、风电、太阳能和核电等,这也是我国“十二五”规划所迫切需求的。
(4) 大型工业企业:如造纸设备、医药设备、食品化工设备、金属容器内外壁、化工、钢铁、石化厂的管道、贮槽、矿山冶炼、水泥厂设备、有腐蚀介质的地区、墙壁和水泥构件等。
(5) 市政设施:如煤气管道及其设施、天然气管道、饮水设施、垃圾处理设备等。
目前,我国重防腐涂料应用领域份额如下:船舶涂料23%,集装箱涂料21%,石化涂料14%,桥梁涂料12%,铁道工务涂料9%,建筑钢结构涂料8%,电力涂料8%,水利港口涂料5%。而重防腐涂料的应用领域远不止这些,且在日益扩大,在工业发达国家,重防腐涂料的比例已经扩大到占其涂料总量的5%~7%。我国的重防腐涂料产量亦逐年递增,其年增长率为10%,其增长原因除了前述之外,顺应国际产业转移,中国成了转移重心;世界制造基地的推动,涂料涂装整体解决方案的理念日益普及;环保法规的增强以及跨国公司逐步将研发中心转移到中国等都加快了我国重防腐涂料的发展。
我国重防腐涂料所用树脂的品种基本上与国外相差无几,可以说是应有尽有,各树脂在重防腐涂料中所占比例如下:环氧类30%,聚氨酯类20%,富锌底漆16%,丙烯酸、氯化橡胶13%,醇酸15%,氟碳4%,聚硅氧烷1%,其他1%。而在我国重防腐涂料中,普通溶剂型涂料占45%,水性涂料占8%,无溶剂涂料占3%,高固体分涂料占41%,因此要着力研发环保型重防腐涂料。虽然我国重防腐涂料的品种已由单一化转向多功能,档次由传统型转向环保型,技术由专用性转向适应型,而且重防腐涂料中合成树脂涂料占到整个体系的80%,已经达到工业发达国家的水平。但在某些领域,如集装箱涂料和船舶涂料等高端产品与工业发达国家尚有不小的差距,因此在国内这些领域的市场上,外资企业和中外合资企业的涂料产品占据80%以上的份额,其中船舶涂料的80% 份额由IP、日本中涂、丹麦Hempel、挪威Jotun 和美国PPG 瓜分;集装箱涂料的95% 份额由日本中涂、丹麦Hempel、日本关西和韩国金钢化工所占据;其他重防腐涂料中24.8% 的份额归属于挪威Jotun、荷兰AkzoNobel、丹麦Hempel、日本关西和美国PPG,且重防腐领域的许多高端产品亦多为外资或合资企业所占,例如我国2005 年之后所建成通车的钢结构桥梁有近半数采用氟碳涂料面漆,而日本关西已成为我国特大型桥梁(钢结构用钢量1 万t 以上)氟碳涂料业绩数量最多的企业,截止到去年年底,该企业所承接的万吨以上钢结构桥梁防腐项目均采用氟碳涂料体系解决方案,承接的钢结构总量已达10 万t 以上。因此,赶超世界重防腐涂料的先进水平无疑将是我国涂料“十二五”规划中所必须开展的重要课题。
3 重防腐涂料的特点和发展方向
重防腐涂料的特点是厚膜型(干膜厚度200~1 000 μm,甚至在2 000 μm 或更高)、系统化(底漆+中涂漆+ 面漆)、采用高性能合成树脂和新型颜填料(环氧、丙烯酸、聚氨酯、氟碳树脂、有机硅改性树脂、有机硅、聚脲、聚苯胺和无机树脂等合成树脂,以及锌粉、阻隔颜填料、无毒磷酸盐、硼酸盐及杂多酸盐等新型颜填料)等。由于环保要求,该涂料将朝水性化(如水性无机富锌、水性环氧和水性耐候性丙烯酸或聚氨酯等)、无溶剂化(如100% 固体分的聚脲涂料、酚醛环氧粉末涂料、无溶剂环氧- 腰果酚改性胺防腐涂料等)、高固体化(如采用低相对分子质量高固含量的双酚A 液体环氧树脂和腰果壳液进行改性的酚醛胺固化剂,以及颜填料等制成高固体环氧防腐蚀涂料,使原有的涂料固体分由50% 以上提高到70% 以上,减少了大量溶剂排放)、弱溶剂化(如采用脂肪烃类的混合溶剂替代污染严重和毒性的三苯类、乙二醇醚类或氯化烃类等溶剂)和无重金属化(如用阻隔颜填料替代有害的铅、六价铬、镉等的重金属等)方向发展;由于低碳经济要求,该涂料将朝低表面处理化(如一种或多种树脂改性的环氧带锈带水涂装防腐蚀涂料仅需手工除锈而能达到高效且耐久的防腐蚀效果)、省工程化(如底面合一的聚脲防腐蚀涂料,1 次喷涂能达到涂装2 次底面漆的效果)和生物基化(如使用槚如果壳来制造防腐蚀涂料用树脂)方向发展;由于不断提高其性能要求,该涂料将朝高性能化(如将聚脲涂层用于舰艇的舵叶上,其耐空泡腐蚀性高出环氧涂层150 倍!)、多功能化(如聚苯胺重防腐蚀涂料,既防腐又耐磨,是本征型导静电涂料)、智能化(如自愈合重防腐涂料)和多重防腐蚀体系化(如纳米复合粉末渗锌加重防腐涂料在大气腐蚀环境中至少可达到20 年免维护、40 年少维护的长效防腐)方向发展。
4 结语
重防腐涂料由于其具有持久且耐苛刻腐蚀条件的性能,始终被国内外涂料工业界所看好,又是现代工业化建设不可或缺的重要配套材料,因此其发展前途无量,前景灿烂。