(渤海石油航務建筑工程有限責任公司,天津 300450)
隨著科技的不斷發(fā)展,人們對于海洋資源的開發(fā)力度越來越大,海洋經(jīng)濟也成為世界各國的重要經(jīng)濟增長點,各國紛紛涉足海洋資源開發(fā)。但是,海洋開發(fā)的過程中,海洋腐蝕是我們必然會面對的問題。海洋腐蝕的影響不僅僅只是對船舶造成威脅,更會對沿岸工程造成威脅,被認為是開放海洋經(jīng)濟的嚴重制約。研究數(shù)據(jù)表明,2016 年,世界上因為腐蝕而造成的經(jīng)濟損失,占全球國民經(jīng)濟的3.4%,其中海洋腐蝕占比超過三分之一;并且隨著人們開發(fā)海洋的力度越來越大,這一比重持續(xù)上升[1]?;诖?,各國對于海洋防腐蝕方面的研究也非常重視。就當前研究現(xiàn)狀來看,防腐蝕主要是基于幾種機理展開的,一是緩蝕劑,二是耐蝕涂層,三是陰極保護,四是噴涂防腐涂料。就船舶防腐來說,防腐涂料性價比最高,效果也頗為理想。本文將重點就防腐涂料的幾種常見機理做總結(jié)性闡述。
這是當前在傳播防腐蝕涂料中應用較為廣泛的一種機理,就是以鋁、鋅等金屬粉末混入涂料中然后噴涂在船舶的鋼鐵表面。由于鋁、鋅等材料比鋼鐵具有更強的活潑性,所以船舶在海洋中受到海水腐蝕,原電池腐蝕的過程中,因為有鋁、鋅材料的存在,所以處于更負電位的鋁、鋅材料會比鋼鐵優(yōu)先腐蝕,這樣就實現(xiàn)了對船舶的鋼鐵保護的效果。
有科學家發(fā)現(xiàn)了一種雙組分水性環(huán)氧富鋅涂料,這種涂料要求鋅粉含量至少達到70%,其好處是鋅粉被腐蝕以后生成的產(chǎn)物,可以對涂料受損位置具有填補作用,從而起到更好的防護效果[2]。另外,也有研究者嘗試鋁、鋅粉加入丙烯酸樹脂-氨基樹脂中,對其用量精準控制以后,制成富鋅鋁防腐涂料,具有非常好的耐腐蝕效果[3]。
隔離屏蔽機理是當前船舶防腐材料研究領域最熱點的領域,也是經(jīng)過實踐證明具有顯著效果。于是在這種機理的基礎上,學者們紛紛展開深入探索,以發(fā)現(xiàn)更有效的土層材料。
這種機理具體來說,就是以鱗片狀填料加入船舶的涂料中,這樣由于由于鱗片狀填料的存在,涂料的滲透性得到了顯著加強;水、氧氣等引起船舶腐蝕的因子,能夠最大限度的被隔離。因為鱗片狀填料在涂料中呈現(xiàn)出一種層狀分布,這種結(jié)構(gòu)對于水、氧氣的進入來說,有一種迷宮效應,使其穿越涂層接觸鋼鐵的路徑被大大的延長,這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)耐腐蝕的效果。其示意圖如下圖一所示。當前發(fā)現(xiàn)的鱗片狀填料既有金屬材料,也有非金屬材料,前者主要有鋁、鋅材料以及部分合金,后者常見的是玻璃、云母、石墨烯。
在針對這種機理的研究中,人們發(fā)現(xiàn)片狀鋅粉富鋅漆的耐腐蝕性能,要顯著好于球狀鋅粉的富鋅漆,這就非常明顯的說明了片狀填料對于防腐蝕的顯著效果。
在后續(xù)的深入研究中,在此機理上不斷的發(fā)展和完善。有學者基于鱗片狀玻璃實施表面改性,通過其與環(huán)氧樹脂結(jié)合,得到了一種防腐蝕性能顯著提升的涂料,這種涂料不但耐腐蝕性、耐浸泡性都非常卓越,而且具有很好的力學性能,所以抗壓效果很好。
人們發(fā)現(xiàn)石墨烯材料的抗?jié)B透性非常優(yōu)秀,對其展開針對性改性處理后,對于水分和氧氣的迷宮效應更加顯著,所以其抗腐蝕性能是極大的提升。于是,后續(xù)大量基于石墨烯為材料的研究陸續(xù)展開。
有學者發(fā)現(xiàn)了一種疏水改性氧化石墨烯/環(huán)氧復合涂料,這種材料的改性原理是在石墨烯表面接枝疏水性枝化碳鏈,這一改性的結(jié)果是,大大的強化了氧化石墨烯的分散性,然后以經(jīng)過改性的氧化石墨烯加入涂料中,最后形成了疏水改性氧化石墨烯/環(huán)氧復合涂料,其防腐效果非常優(yōu)秀,其性能與純環(huán)氧樹脂土層相比,阻抗升高了兩個數(shù)量級。
另外,一種水性石墨烯/環(huán)氧富鋅涂料也被認為是非常優(yōu)秀的船舶抗腐蝕材料,在深入研究中發(fā)現(xiàn),石墨烯的用量比例在0.8wt%的時候,制成的涂料,不但具有非常優(yōu)秀的抗腐蝕性,而且其附著力也非常令人滿意。針對這種材料中性鹽霧試驗,時間超過1000h。
這種方法的原理,就是讓船舶的金屬木材的性能變得更加鈍化,磷化,從而起到抗腐蝕的效果,主要是通過在涂料中加入具備這種作用的顏填料。具有這類作用的代表性物質(zhì)包括紅丹類、磷酸鹽、絡酸鹽物質(zhì)。但這種防腐蝕機理存在天然弊端,就是加入的這些物質(zhì)對人體健康、生態(tài)環(huán)境有嚴重的危害,所以這種機理的防腐蝕材料逐漸不再得到應用。
綜上所述,當前船舶防腐涂料的設計,基本都是以上述三種機理為基礎展開的。但是,傳統(tǒng)涂料通常都是僅僅以某一種機理作為防腐蝕手段展開的。近年來,而隨著人們對于環(huán)保重視程度的持續(xù)提升,再加上防腐蝕的要求越來越高,人們希望防腐材料的防腐性能和涂料壽命有更強的提升,所以結(jié)合多種機理的綜合防腐是未來發(fā)展的主要方向。多元化、新型化也必然會成為未來海洋防腐材料設計的重點。