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海洋與腐蝕

地球表面70%是海洋，全球貿(mào)易中90%以上的貨物通過海洋運(yùn)輸，海洋資源和航運(yùn)業(yè)已成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。然而，海洋環(huán)境對金屬構(gòu)件造成的振動(dòng)沖擊以及海水和海洋生物對金屬材料的腐蝕使得海洋環(huán)境變得極為惡劣。

腐蝕是導(dǎo)致各種基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)設(shè)備破壞和報(bào)廢的主要原因。我國每年由于腐蝕造成的損失約為GDP的5％，遠(yuǎn)高于美國的3.4％和日本的3％。國際公認(rèn)，腐蝕損失超過所有自然災(zāi)害損失的總和。在海洋環(huán)境中服役的基礎(chǔ)設(shè)施和重要工業(yè)設(shè)施的腐蝕問題嚴(yán)重，特別是船舶與海洋平臺(tái)的腐蝕問題更加突出，腐蝕已經(jīng)成為影響船舶、近海工程、遠(yuǎn)洋設(shè)施服役安全、壽命、可靠性的最重要因素。

海洋工程構(gòu)件被腐蝕

海水作為腐蝕性電解質(zhì)的最顯著特點(diǎn)，是它含有很多自由離子，即含鹽量很高。另外，海水中含有復(fù)雜的無機(jī)物和有機(jī)物。除了氯化物以外，海水還含有經(jīng)常處于飽和狀態(tài)的碳酸鹽以及多量的鎂、鈣離子，它們可以在金屬表面生成保護(hù)性的覆蓋層。此外，海水中有些微量組分也會(huì)影響腐蝕，其中有些有機(jī)、無機(jī)分子能和金屬形成絡(luò)合物，這些絡(luò)合物直接影響著金屬的溶解和腐蝕產(chǎn)物的生成和沉積。

涂料是船舶和海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的首要手段。在海洋環(huán)境下的防腐涂料應(yīng)具有以下特性：良好的附著性、優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性、耐候性等。基于這些性能要求，選用環(huán)氧樹脂這種高分子材料比較合適。

船舶表層涂料

環(huán)氧樹脂防腐涂料

環(huán)氧類防腐涂料以環(huán)氧樹脂為主體，與顏料、催干劑、助劑等調(diào)制而成。環(huán)氧樹脂涂料性能優(yōu)異：高附著力、高強(qiáng)度、耐化學(xué)品和耐磨性，是目前海洋重防腐領(lǐng)域應(yīng)用最早、范圍最廣的重防腐涂料種類之一。

環(huán)氧類防腐涂料具有多種類型，主要包括雙酚A環(huán)氧樹脂和酚醛環(huán)氧樹脂。雙酚A環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)含有羥基、醚鍵和環(huán)氧基團(tuán)，具有優(yōu)良的基底附著力；其苯環(huán)結(jié)構(gòu)賦予樹脂較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；涂膜后具有出色的耐酸堿、耐腐蝕和耐化學(xué)藥品性能；常溫下固化，施工方便，固化后收縮率低，無揮發(fā)性物質(zhì)釋放，符合綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

雙酚A環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式

酚醛環(huán)氧樹脂由于含有更多的環(huán)氧基團(tuán)，具有更強(qiáng)的耐腐蝕性和附著力；其固化交聯(lián)度更高，致密性更強(qiáng)，同時(shí)還具備酚醛樹脂的耐高溫和耐腐蝕性能。然而，環(huán)氧基團(tuán)增多會(huì)導(dǎo)致樹脂脆性增加，影響其應(yīng)用范圍。采用雙酚A替代苯酚合成酚醛環(huán)氧樹脂，游離酚含量低，分子量分布窄，雙酚A的引入使得樹脂的力學(xué)性能更強(qiáng)，收縮率更低，環(huán)氧基團(tuán)增多增強(qiáng)了其附著力，同時(shí)提升了柔韌性、熱穩(wěn)定性、絕緣性、耐水耐腐蝕性等性能。

酚醛環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式

環(huán)氧類涂料的問題與改性方法

環(huán)氧類防腐涂料也存在缺點(diǎn)，如耐沖擊性能和韌性較差等。因此需要對材料進(jìn)行改性。

純環(huán)氧樹脂脆性較大，一般在環(huán)氧中添加增韌劑，約使用1年后，增韌劑揮發(fā)，涂膜脆性急劇增大，在機(jī)械沖擊下會(huì)發(fā)生脫落等問題。因此，目前一般用熱塑性樹脂對環(huán)氧進(jìn)行改性，主要的增韌機(jī)理包括橋聯(lián)約束效應(yīng)、裂紋釘錨、顆粒撕裂拉伸、空洞剪切屈服。當(dāng)復(fù)合材料受到外力作用時(shí)，填料在基體中起橋聯(lián)約束、鈍化和阻止裂紋擴(kuò)散的作用。此外，橋聯(lián)力對橋聯(lián)點(diǎn)處的裂紋起釘錨作用，達(dá)到增韌的效果。常用于環(huán)氧樹脂增韌的熱塑性樹脂有聚砜、聚氨酯、聚硅氧烷、聚醚砜、聚酰胺、聚醚醚酮等。這些熱塑性樹脂通常可溶于未固化的樹脂能夠與環(huán)氧樹脂基體相互作用，從而在固化環(huán)氧樹脂后提供牢固的界面粘合，使其在提高斷裂韌性的同時(shí)不損失其他力學(xué)性能。

另外，在環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中加入氟元素也是一種很好的改性方法。以雙酚AF代替雙酚A合成酚醛樹脂，再對其進(jìn)行環(huán)氧化，得到的含氟環(huán)氧樹脂，因?yàn)榫酆衔镏麈満卸踊樾徒Y(jié)構(gòu)，使其具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，涂料的固化收縮率更低，韌性遠(yuǎn)高于普通的酚醛型環(huán)氧樹脂；含有大量的環(huán)氧基團(tuán)，從而與基底形成極強(qiáng)的粘附力；特別是氟元素的引入使這種氟碳樹脂憎水憎油，具有特別優(yōu)異的耐腐蝕性能和耐紫外、化學(xué)品性能，并且涂料柔韌光滑，具有自清潔性能。這種涂料結(jié)合了酚醛樹脂涂料、環(huán)氧樹脂涂料和氟碳樹脂涂料共同的優(yōu)點(diǎn)，在海洋防腐領(lǐng)域優(yōu)勢突出。

雙酚AF結(jié)構(gòu)式

在海洋防腐領(lǐng)域中，環(huán)氧樹脂還有許多不同的改性方法以適用于不同環(huán)境，如無溶劑化或弱溶劑化、水性化、納米粒子共混、低表面處理等。這些改性方法可以使環(huán)氧涂料的生產(chǎn)更加環(huán)保節(jié)能，使涂料的性能更加優(yōu)異以及功能化。

現(xiàn)狀與前景

我國對環(huán)氧樹脂的研究起于1956年，是新中國成立后就比較重視的工業(yè)內(nèi)容之一，長期以來，環(huán)氧樹脂防腐涂料都是我國防腐涂料領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。如今，我國作為一個(gè)海上強(qiáng)國，在大力發(fā)展海上工業(yè)的大環(huán)境下，環(huán)氧樹脂防腐涂料在現(xiàn)代社會(huì)仍然具有良好的市場前景和應(yīng)用價(jià)值。我國的海洋防腐涂料研究雖然在近幾年來有了巨大的進(jìn)步，但是在涂料防腐性能、成本控制、生產(chǎn)工藝、涂裝工藝等方面上還是和國外存在較大的差距。

來源：水漆助手