付琬璐，史勝南，李娜

鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

付琬璐，史勝南，李娜

（沈陽順風(fēng)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110141）

鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料可以延緩?fù)饨鐚︿摻Y(jié)構(gòu)的腐蝕速度，目前是鋼結(jié)構(gòu)防腐工程中最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。本文研究了鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的分類以及各分類的常用品種和鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀，并且針對未來鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的發(fā)展作出預(yù)測。

鋼結(jié)構(gòu)；防腐涂料；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展建議

隨著我國“十二五”計(jì)劃的實(shí)施，未來我國的鋼結(jié)構(gòu)住宅、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、海洋工程鋼結(jié)構(gòu)等鋼結(jié)構(gòu)建筑存在非常大的發(fā)展空間和動力。但2016年我國鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕量達(dá)到498萬t，幾乎相當(dāng)于一家大型的鋼鐵企業(yè)的年產(chǎn)量。面對如此巨大的經(jīng)濟(jì)損失，防止鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕和延長鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕年限已經(jīng)引起人們的高度重視。目前采用涂料防腐，方法比較簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。因而在住宅、橋梁、艦船、高鐵保護(hù)方面都有應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料是指將某些涂刷在鋼結(jié)構(gòu)表面，能提高鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕能力，或能抑制鋼結(jié)構(gòu)的生銹速度的涂料。防腐涂料在一定程度上能延緩鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，既減少人們的經(jīng)濟(jì)損失又避免資源浪費(fèi)。

1 鋼結(jié)構(gòu)類防腐涂料的分類

鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料有鋼結(jié)構(gòu)防腐漆防銹底漆、鋼結(jié)構(gòu)防腐漆中間漆、鋼結(jié)構(gòu)防腐漆面漆之分。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)防腐漆防銹底漆

鋼結(jié)構(gòu)防腐漆防銹底漆要滿足底材附著力的要求，不同的底材要選擇與其相匹配的防銹底漆。環(huán)氧類底漆的防腐蝕效果比較好，對不同底材的適用性比較強(qiáng)，在防銹底漆的使用方面較為廣泛，能滿足大部分的防腐防銹要求。作為鋼結(jié)構(gòu)防腐漆防銹底漆的常用品種有：環(huán)氧富鋅底漆、聚氨酯底漆、醇酸底漆、環(huán)氧酯底漆、氯磺化底漆等。

1.1.1 環(huán)氧富鋅底漆

環(huán)氧富鋅底漆是以環(huán)氧樹脂、鋅粉、硅酸乙酯為主要原料，添加增稠劑、填料、助劑、溶劑等配料組成的特種涂料。該漆自然干燥快、防腐性能優(yōu)異、附著能力強(qiáng)，耐水性能優(yōu)異，由于漆膜中鋅粉含量高，因此又具有陰極保護(hù)作用。

但是在目前的國內(nèi)外防腐工程實(shí)踐中，為了追求高干膜含鋅量，來延長富鋅涂料涂層[1]的使用壽命和導(dǎo)通性，漿料中加入的鋅粉量常常高達(dá)80%以上，如此高的鋅粉添加量已經(jīng)大大超過了臨界顏料體積濃度（CPVC）,因漆膜是多孔的，這就必然會影響到涂料某些方面的性能。

尹建軍等[2]從鋅基組成上研究了環(huán)氧富鋅底漆的防腐能力，提出了比較優(yōu)異的環(huán)氧富鋅底漆的配方方案。采用適當(dāng)比例的二甲苯和正丁醇制得的稀釋劑與E-20雙酚A按比例混合，配置成一定黏度的環(huán)氧樹脂溶液。將稀釋劑與進(jìn)口固化劑適當(dāng)比例混合配置成一定黏度的固化劑溶液。鋅基的選擇為球狀鋅粉、鱗片狀鋅粉、磷鐵粉、非浮型鋁粉及其不同配比的混合物。將E-20環(huán)氧樹脂液、鋅基和固化劑黏稠液按配方要求混合，經(jīng)攪拌、熟化等工藝制得環(huán)氧富鋅涂料，采用噴涂法涂于鋼板表面進(jìn)行漆膜耐水性、耐鹽水性、耐鹽霧性等試驗(yàn)，得出在球狀鋅粉中加入少量非浮型鋁粉時(shí)環(huán)氧富鋅底漆具有較優(yōu)異的耐起泡和耐腐蝕性能。

1.1.2 聚氨酯底漆

聚氨酯底漆為雙組份聚氨酯底漆，由含羥基的聚氨酯樹脂、耐磨防腐顏料、溶劑、助劑、固化劑等組成。其特點(diǎn)是吸附能力強(qiáng)，具有良好的防銹、防腐蝕能力。主要用于機(jī)床、儀器、電機(jī)的防銹打底用，尤其適用于濕熱地區(qū)。

朱萬章[3]等以聚氨酯為基料，添加堿式硅鉻酸鉛(BLSC)、加入一定比例的羥基化合物和異氰酸酯的固化物等填料，研制出一種雙組份聚氨酯防銹底漆D-31。D-31具有長期高效的防銹防腐蝕能力、對鋼鐵表面有極好的附著力、良好的柔韌性和配套性、耐海水、耐鹽霧、高固體分等優(yōu)點(diǎn)。其配方的亮點(diǎn)在于涂料中A、B兩組分按A/B=5/3均勻混合，加入了40%的BLSC等。

1.1.3 醇酸底漆

醇酸底漆是由鐵紅、醇酸樹脂、防銹顏料、填料、助劑、溶劑等組成的自干型防銹涂料。醇酸底漆保護(hù)性能良好、附著力強(qiáng)、機(jī)械性能好、填充能力強(qiáng)、干燥快、配套性能好，各種強(qiáng)溶劑面漆均可配套使用。

李潔[4]等以水性醇酸樹脂為基體，添加氧化鐵紅、沉淀硫酸鋇、滑石粉等填料， 研制出一種自干型水性醇酸底漆。通過控制變量法得出最佳配方（如表1）。其中，中和劑選用N，N-二甲基乙醇胺，助溶劑選用仲丁醇，增稠劑選用Rheolate255，消泡劑選用Foam ex 810，防沉劑選用Laponite RD和0K-500時(shí)，制備的自干型水性醇酸底漆的表干時(shí)間、硬度、耐沖擊性和耐鹽水性較其他市售水性醇酸底漆性能更加優(yōu)異。

表1 水性醇酸底漆的配方

1.1.4 環(huán)氧酯底漆

環(huán)氧酯底漆是用環(huán)氧酯漆料、氧化鐵紅、防銹顏料、助劑、催干劑、溶劑等組成。其具有良好的防銹性能，漆膜堅(jiān)韌，具有良好的附著力、柔韌性和耐沖擊性能。

劉衛(wèi)峰[5]等研究出一種性能優(yōu)良的水性丙烯酸改性環(huán)氧酯防銹底漆。其采用自制的具有核-殼結(jié)構(gòu)的快干型水性丙烯酸改性環(huán)氧酯乳液為基料，以磷酸鋅、氧化鐵紅為防銹顏料并通過對防銹顏料的用量、PVC(顏料體積濃度)、助劑、催干劑、中和劑等因素的改變，對影響各底漆性能的各種因素進(jìn)行探討，最終得出：當(dāng)物理防銹顏料氧化鐵紅的用量為5%~6%，化學(xué)防銹顏料磷酸鋅的用量為8%~13%，填料選用的沉淀硫酸鋇和超細(xì)滑石粉配比為10:5，催干劑HLD-061用量為0.2%，中和劑選用N，N-二甲基乙醇胺，PVC用量為29.1%，分散劑BYK-190的用量為0.03%，消泡劑為BYK-019，增稠劑為WT-202時(shí)，制備出的水性防銹底漆具有良好的耐水解性、儲存穩(wěn)定性、防腐性和使用安全方便、無毒、不燃、對環(huán)境無污染，對施工人員健康無傷害等優(yōu)點(diǎn)。

1.1.5 氯磺化底漆

氯磺化底漆是氯磺化聚乙烯底漆[6]的簡稱，氯磺化聚乙烯底漆由氯磺化聚乙烯橡膠、改性樹脂、顏料、溶劑等組成。其對鋼鐵基材及混凝土水泥層有良好的附著力，有著優(yōu)良的耐水性和耐酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)性。能經(jīng)受冷熱交替沖擊（-50~120 ℃）且施工方便，干燥極為迅速。在低溫和高濕度下也能正常固化。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)防腐漆中間漆

鋼結(jié)構(gòu)防腐漆中間漆是介于底漆和面漆之間，具有良好的填充性能，能修復(fù)、改善底漆的版面，提高整體噴涂的效果。鋼結(jié)構(gòu)防腐漆中間漆一般為半光漆，光澤在60°左右，利于發(fā)現(xiàn)底漆噴涂后的漆膜弊病，以進(jìn)行面漆的噴涂前修復(fù)，同時(shí)提高裝飾性還可以節(jié)省面漆。對防腐性能要求較高或裝飾性要求較高的涂裝都要選用中間漆進(jìn)行改善提高。作為鋼結(jié)構(gòu)防腐漆中間漆的常用品種有：雙組份環(huán)氧中間漆、環(huán)氧云鐵中間漆、聚氨酯中間漆。

1.2.1 雙組份環(huán)氧中間漆

雙組份環(huán)氧中間漆由環(huán)氧樹脂、顏填料、防沉劑、防銹添加劑、固化劑等配置而成。分甲乙雙組份包裝。其主要特點(diǎn)是：涂裝屏蔽性較高、因含有較高顏料體積濃度的鱗片狀顏料，成膜后顏料能平行定向重疊排列，形狀類似魚鱗般的塔接結(jié)構(gòu)，因此有較好的封閉耐熱性和防腐蝕性能。主要用于防腐蝕中間涂層。

葉鳳英[7]等發(fā)明了一種水性的雙組份環(huán)氧中間漆，該水性雙組份環(huán)氧中間漆在滿足防腐中間漆應(yīng)有的作用外還具有環(huán)保無毒的特點(diǎn)。該發(fā)明的技術(shù)方案為A組份包括：固體分為60%的改性脂肪胺加成物（5~25）%，磷酸鋅（2~20）%，鈦白粉（2~20）%，滑石粉（水溶性物質(zhì)含量<0.5%）（20~35）%，丙二醇甲醚（2~15）%，羥乙基纖維素（0.2~0.5）%，有機(jī)硅改性硅氧烷（0.2~2）%，其他助劑（0.5~2.5）%，軟化水（20~40）%；B組份包括:固體分為（50~60）%的環(huán)氧當(dāng)量為475的固體環(huán)氧樹脂的水分散體（48~96）%，揮發(fā)性有機(jī)胺0.5%，軟化水（3.5~51.5）%；A組份與B組份質(zhì)量比為100:50。

1.2.2 環(huán)氧云鐵中間漆

環(huán)氧云鐵中間漆是以灰色云母氧化鐵為顏料，以環(huán)氧樹脂為基料，聚酰胺樹脂為固化劑等組成二罐裝冷固化環(huán)氧涂料。由于云母氧化鐵及環(huán)氧樹脂的優(yōu)越性能，漆膜堅(jiān)韌，具有良好的附著力、柔韌性、耐磨性和封閉性能等?？捎米鞲咝阅芊冷P底漆的中間層，如環(huán)氧鐵紅底漆、環(huán)氧富鋅底漆、無機(jī)鋅底漆，以保護(hù)底漆漆膜，增強(qiáng)整個(gè)涂層的保護(hù)性能。

環(huán)氧云鐵中間漆的優(yōu)異性能，使對其的需求量越來越大，根據(jù)工程使用壽命長短、防護(hù)材質(zhì)、施工機(jī)具、使用要求，周福根[8]等人認(rèn)為宜將其分為兩類:I型為普通型，黏度低（-4杯，50~70 s），固含量控制在≥50%，既可用作中間漆，也可用作防銹底漆、鋁表面封閉漆；II型為厚涂型，固含量≥75%，諸如柔韌性要求可降低，但兩類中間漆的云鐵含量均要控制在≥50%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），以保證涂料的屏蔽功能。

1.2.3 聚氨酯中間漆

聚氨酯中間漆為涂漆的一種，是雙組份自干涂料，其羥基組份漆料由丙烯酸和脂肪酸樹脂、顏料、助劑、稀釋劑組成，另一組份為異氰酸酯。具有干燥快、易打磨、附著力強(qiáng)、機(jī)械性能好等特點(diǎn)。主要用于各類車輛、各種要求高裝飾性的工件中間涂覆，以增加面漆的光亮豐滿度。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)防腐漆面漆

鋼結(jié)構(gòu)防腐漆面漆要求具有優(yōu)異的耐候性能、耐使用環(huán)境中介質(zhì)的腐蝕性及優(yōu)異的裝飾性等，對顏色、光澤、耐老化、耐化學(xué)介質(zhì)、抗劃傷性及流平性等要求較高。作為鋼結(jié)構(gòu)防腐漆面漆的常用品種有：丙烯酸磁漆、丙烯酸聚氨酯面漆、氟碳面漆。

1.3.1 丙烯酸磁漆

丙烯酸磁漆是由丙烯酸樹脂、加入各種顏料及增塑劑經(jīng)研磨后加入有機(jī)溶劑配置而成。其特征是：干燥迅速，具有較高的附著力，耐候性好，具有一定的防霉性能。主要應(yīng)用于各種輕金屬表面，也可用于鋼鐵橋梁、儀表、電器等起保護(hù)和裝飾作用。

韋光南[9]等人發(fā)明了一種自干丙烯酸磁漆，它包括丙烯酸改性水性環(huán)氧樹脂200~250份，有機(jī)硅改性水性丙烯酸樹脂100~150份，顏料80~120份，流平劑10~20份，增韌劑40~5份，消泡劑10~20份，水120~180份。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其自干丙烯酸磁漆耐水、耐化學(xué)、耐沖擊、耐磨和耐候性能效果好，保光，保色性能優(yōu)良，高附著力，有良好的機(jī)械性能。

1.3.2 丙烯酸聚氨酯面漆

丙烯酸聚氨酯面漆以脂肪族異氰酸酯和含羥基的丙烯酸樹脂為基料，并配以耐候性顏料、助劑等組成雙組份高性能防腐蝕面漆。主要性能有：優(yōu)異的耐候性、保光、保色性，優(yōu)良的耐化學(xué)品性和耐鹽霧性能，漆膜堅(jiān)韌，良好的沖擊性和耐磨性，優(yōu)異的裝飾性?？捎糜阡摻Y(jié)構(gòu)的涂覆和對原有基材的維修保養(yǎng)。適合多種環(huán)境，包括海上設(shè)施、化工和石化廠、橋梁、紙漿廠和造紙廠等。

李儒劍[10]分別往丙烯酸聚氨酯漆中添加不同量的1,4-丁二醇，有機(jī)錫促進(jìn)劑及聚天門冬胺酸酯樹脂制備出不同配方的低溫固化防腐面漆。經(jīng)過DSC分析，當(dāng)聚天門冬氨酸酯的用量為7.28%時(shí),其改進(jìn)的面漆低溫固化程度最高。

1.3.3 氟碳面漆

氟碳面漆是以高級氟碳樹脂、特種樹脂、主要成膜物質(zhì)組成的雙組份自干涂料，氟碳樹脂由于引入了氟元素電負(fù)性大，碳氟鍵能強(qiáng)，具有特別優(yōu)越的各項(xiàng)性能，如耐候性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性，而且具有獨(dú)特的不黏性和低摩擦性。

王瑞濤[11]研發(fā)了一種低溫抗沖擊氟碳面漆。由A組份和B組份組成，其中A組份按重量分包括以下組份：三氟FEVE樹脂54~56份，稀釋劑0~14份，分散劑2.2~2.4份，鈦白粉25.5~29.8份，觸變劑0.8~1.2份，流平劑0.4~0.6份，抗紫外線吸收劑0.8~1.2份，硅烷偶聯(lián)劑0.3~0.8份；B組份按重量份包括以下組份：異氰酸酯固化劑50份，稀釋劑50份；所述A組份和B組份的重量比為5:1。該涂料在低溫下（-40℃）也能保持極高的抗沖擊性，且光澤度及保光率高，可以為寒冷地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)使用。

2 鋼結(jié)構(gòu)類防腐涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國的涂料、涂裝行業(yè)是全國第二大VOC排放源[12]。近幾年來，我國已經(jīng)逐步淘汰含Cr、Pb、Hg等重金屬化合物的防銹漆，推廣無毒的磷酸鋁、磷酸鋅等防銹顏料。VOC含量較高的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料正逐漸被高固體分鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料[13]、水性鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料[14]等綠色、環(huán)保、可持續(xù)的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料所替代。

2016年我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量在2010年2 500萬t基礎(chǔ)上翻幾乎一翻，達(dá)到5 080萬t。對應(yīng)復(fù)合年增長率為14%，綜合技術(shù)水平將達(dá)到國際領(lǐng)先，成為鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)國。對應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料在將來有著巨大的需求量。但目前來說，我國鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的功能過于單一，由于鋼結(jié)構(gòu)的易腐蝕與不耐火的缺陷，我國的鋼結(jié)構(gòu)表面一般在涂覆好防腐涂料后還要再涂覆防火涂料或其他涂料，施工過程繁瑣并且成本也很高。不同性能的涂料間出現(xiàn)的附著力低、易分層等問題，常常導(dǎo)致各層間性能失效而進(jìn)行的返工。

現(xiàn)今的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料都需要根據(jù)不同基材、所在的環(huán)境制定不同的配套防腐涂料以滿足其所需要的性能要求。由于涂裝公司的標(biāo)準(zhǔn)水平參差不齊，在鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的配套選擇和涂裝工藝上水平各有不同，導(dǎo)致有些鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料各層間協(xié)同性差，并不能完全展現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料理論上的功能，因而達(dá)不到其理論上的防腐年限，造成一定的資源浪費(fèi)。

3 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的發(fā)展預(yù)測

近些年來，伴隨著城市建設(shè)的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)能的提升，我國鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入了快速發(fā)展期，鋼結(jié)構(gòu)建筑下游市場不斷推動著鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料行業(yè)的發(fā)展。在未來，鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料將會具有更加優(yōu)化的性能。為此，對于未來鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的發(fā)展方向作出以下預(yù)測。

3.1 環(huán)境友好型

目前的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料多為溶劑型涂料。溶劑型涂料含有大量的揮發(fā)性有機(jī)溶劑（VOC），在使用過程中排入大氣，既污染環(huán)境，又危害人體健康。環(huán)境友好型防腐涂料主要指低VOC釋放量或無VOC釋放并且不含對人體有害物質(zhì)的涂料。由于建立環(huán)境友好型社會是推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的重要著力點(diǎn)，研發(fā)出水性鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料、高固體分鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料、粉末鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料、輻射固化鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料將成為今后的主要研究方向之一。

3.2 多功能性型

鋼結(jié)構(gòu)有兩大缺點(diǎn)，一個(gè)是易被腐蝕，另一個(gè)是耐火性差。由于鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的功能性單一，因此鋼結(jié)構(gòu)往往在防腐涂料表面上再涂覆防火涂料，這種技術(shù)方案的弊端是兩類涂料間不一定能良好結(jié)合并且施工起來非常不方便。因此，研發(fā)出既可以防腐又可以防火的多功能性涂料來改善“多層涂層配套”的技術(shù)方案將是今后重點(diǎn)的發(fā)展方向之一。

3.3 良好協(xié)同性型

如今的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料都需要按照工藝來配套不同的底漆、中間漆、面漆。但是有時(shí)出現(xiàn)層間排斥現(xiàn)象，影響防腐效果。因此，研發(fā)出具有良好協(xié)同性的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料，可以不用擔(dān)心各層間出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象，會是鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料今后重點(diǎn)的發(fā)展方向之一。

4 結(jié) 語

綜上所述，隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，新型綠色環(huán)保鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料必將成為未來的研究熱點(diǎn)。但就目前來說，我國鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料還有很多的不足，與發(fā)達(dá)國家還存在著明顯的差距，迫切需要快速發(fā)展。創(chuàng)新才是第一生產(chǎn)力，我們應(yīng)該提高科研創(chuàng)新能力，推動鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料行業(yè)朝著環(huán)境友好型的可持續(xù)化、多功能化及高效化的方向發(fā)展。

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Research Status and Development Trend of Corrosion Protective Coatings for Steel Structures

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（Shenyang Shunfeng Industrial Group Co., Ltd., Liaoning Shenyang 110141, China）

Corrosion protective coatings for steel structures can delay the corrosion rate of steel structures, is currently the most effective and economical corrosion protection way for steel structures in engineering. In this paper, classification of these corrosion protective coatings were introduced as well as common types and their application status. The future development trend of anticorrosive coats for steel structures was forecasted.

steel structure; anticorrosive coating; application status; development suggestion

沈陽市科技攻關(guān)項(xiàng)目F16-062-2-00，沈陽市國際合作項(xiàng)目F16-224-6-00資助。

2017-04-28

付琬璐（1991-），女，工程師，碩士，遼寧沈陽人，2016年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，主要從事高性能聚合物基納米復(fù)合材料、高效環(huán)保阻燃劑、水性功能涂料等方面研究工作。

TQ 051

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1004-0935（2017）07-0731-05