薛守洪，劉 莉

(1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.巴彥淖爾電業(yè)局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

1 重污染環(huán)境下輸變電金屬設(shè)施腐蝕現(xiàn)狀

隨著社會工業(yè)化的不斷發(fā)展，因污染造成的腐蝕不斷加劇，據(jù)統(tǒng)計，我國每年因腐蝕造成的損失約占GDP的3%～5%，據(jù)此測算每年腐蝕損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然災(zāi)害和各類事故損失的總和[1]。腐蝕破壞大量的生產(chǎn)裝置、建筑設(shè)施，還造成環(huán)境環(huán)境污染問題，甚至危及人類安全和健康。尤其重工業(yè)區(qū)內(nèi)的冶金、制藥、化工等企業(yè)排放的大氣污染物中含H2S、NH2、SO2、NO2、Cl2、HCl等酸堿性物質(zhì)，當(dāng)環(huán)境濕度較大時，空氣中的O2、CO2及其他酸堿性物質(zhì)和鹽類物質(zhì)溶解于水膜中，對金屬類材料直接導(dǎo)致酸腐蝕或形成電解液薄層，電解液薄層與金屬材料的表面氧化膜發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生孔蝕。如今蒙西包頭、烏海等地區(qū)很多高能耗企業(yè)對輸變電金屬設(shè)施造成巨大腐蝕破壞作用，如變電站內(nèi)鋼芯鋁絞線、鋼結(jié)構(gòu)、斷路器機(jī)構(gòu)箱、端子箱、隔離開關(guān)操作箱等表面均存在嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，尤其對鋼芯鋁絞線而言，大氣污染物中SO42-、Cl-等酸性離子腐蝕導(dǎo)線表面形成凹坑，抗拉強(qiáng)度明顯降低，嚴(yán)重時會造成斷股、斷線，大大地縮短了導(dǎo)線的使用壽命，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成不利影響。

2 輸變電金屬設(shè)施腐蝕防治措施

根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備腐蝕特點，國網(wǎng)組織制定了DL/T 1425-2005《變電站金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》，并逐步對變電站內(nèi)金屬腐蝕開展了相應(yīng)治理工作，但大多局限腐蝕現(xiàn)狀檢測，針對腐蝕嚴(yán)重的鋼芯鋁絞線、隔離開關(guān)等金屬設(shè)施，采取的措施大多為更換處理，在運行期間用于這些金屬設(shè)施表面的腐蝕防護(hù)涂層的應(yīng)用較少。防腐蝕涂層是通過在金屬表面形成致密的涂層來隔離腐蝕介質(zhì)與金屬的接觸，起到屏蔽、鈍化、電化學(xué)保護(hù)作用，以達(dá)到防腐目的，在其他工業(yè)領(lǐng)域防腐蝕涂層應(yīng)用非常廣泛，所以結(jié)合輸變電金屬設(shè)施現(xiàn)場條件，重污染環(huán)境下在輸變電金屬設(shè)施表面涂覆防腐蝕涂層將成為重要的防治措施。

傳統(tǒng)的防腐蝕涂料大多為溶劑型涂料，溶劑型涂料中含有大量的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，VOC的主要成分有烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴，其包括苯系物、有機(jī)氯化物、氟利昂系列、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等[2]。揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC在大氣中排放，在紫外光作用下，就會與NOx反應(yīng)形成臭氧，當(dāng)?shù)孛娲髿猸h(huán)境中臭氧濃度超過0.1×10-6時，就會產(chǎn)生負(fù)面影響。隨著人們生活水平的不斷提高和環(huán)保意識的日益增強(qiáng)，溶劑型涂料由于其揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)含量較高受到限制使用，財政部國家稅務(wù)總局通知從2015年2月1日起對于施工狀態(tài)下VOC含量大于420g/L的涂料征收消費稅。VOC標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的出臺，體現(xiàn)了我國對環(huán)境問題的重視，同時推動了涂料行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品的升級換代。用水性涂料來替代傳統(tǒng)溶劑型涂料是一條可行途徑，水性涂料是以水為分散介質(zhì)的一種安全、無毒、環(huán)保的涂料，其VOC含量低，對環(huán)境無污染，便于貯存和運輸，同時涂膜性能也與溶劑型涂料相接近，已成為涂料工業(yè)發(fā)展的一個重要方向和研究熱點。而需求量很大的防腐涂料也必將朝著環(huán)保、節(jié)能、高效的水性化方向發(fā)展，國外甚至已經(jīng)提出將水性防腐涂料用于條件苛刻的重防腐體系[3]。

目前，水性防腐涂料主要可分為四類：水性環(huán)氧防腐涂料、水性丙烯酸防腐涂料、水性無機(jī)硅酸富鋅防腐涂料和水性聚氨酯防腐涂料。

2.1 水性環(huán)氧防腐涂料

水性環(huán)氧防腐涂料涂膜對基材的附著力高、耐化學(xué)品性優(yōu)、涂膜堅硬耐磨，與其他面漆配套性好，成為水性金屬防腐蝕涂料中應(yīng)用最廣泛的防腐涂料。但環(huán)氧涂料也存在一些缺點，如戶外耐候性差，涂膜脆性大，為更好地開展水性防腐蝕涂料的應(yīng)用，國內(nèi)很多學(xué)者開展了水性環(huán)氧樹脂改性及復(fù)合防腐體系的研究工作。如王新潮，等[4]利用比表面積分別為200m2/g、400m2/g、500m2/g、600m2/g的工業(yè)級氧化石墨烯制備出石墨烯改性水性環(huán)氧富鋅防腐蝕涂料，耐中性鹽霧試驗結(jié)果表明：石墨烯可有效提高防腐蝕涂層耐中性鹽霧腐蝕時間達(dá)2 000h以上。王佳平，等[5]采用復(fù)合正硅酸四乙酯(TEOS)與正硅酸四甲酯(TMOS)作為硅源制備納米SiO2，進(jìn)而制成環(huán)氧/納米SiO2復(fù)合涂料，在涂層電化學(xué)阻抗譜測試分析中，該復(fù)合涂料制備的涂層在3.5%NaCl溶液中經(jīng)過600h的浸泡，低頻阻抗為1.18×106Ω·cm2，說明涂層仍然有效，并且耐鹽霧時間達(dá)到480h，表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐蝕性能。安成強(qiáng)，等[6]將3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)化學(xué)接枝在納米TiO2顆粒表面，并均勻分散在水性環(huán)氧涂料中制成Q235鋼試板，電化學(xué)工作站測試表明該涂層電阻比空白涂層的電阻提高11倍，證明了APTES接枝改性納米TiO2可直接提高該復(fù)合涂層的耐腐蝕性能。袁朝陽，等[7]以填料、分散轉(zhuǎn)速及分散劑為影響因子，采用正交試驗設(shè)計并分別制備了水性環(huán)氧富鋅防腐蝕底漆,通過耐水、耐鹽、耐鹽水等性能測試得出最有涂料配方。劉恒豪[8]將工業(yè)級碳納米管(CNTs)水性漿料加入環(huán)氧乳液中以解決傳統(tǒng)富鋅涂料高鋅含量導(dǎo)致的流平性、附著力等性能下降弊端，試驗結(jié)果表明：當(dāng)60.0%鋅含量體系中加入0.2%CNTs，耐鹽霧時間可高達(dá)2 000h，并且還可以降低涂層中10.0%的鋅含量。

2.2 水性丙烯酸防腐涂料

丙烯酸樹脂俗稱有機(jī)玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯聚合高分子化合物，其與俗稱有機(jī)玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯聚合高分子化合物，其與苯乙烯或其他丙烯酸酯共聚所得丙烯酸樹脂可作為成膜物質(zhì)制備丙烯酸涂料，因其有較大的分子量而具有良好保光保色性、耐水耐化學(xué)性，同時具有干燥快、施工方便，易于施工重涂和返工等特點。與溶劑型丙烯酸防腐涂料相比，水性丙烯酸涂料的某些性能(如對基材的潤濕、涂膜致密性等)還不完善，目前世界各國對水性丙烯酸涂料的研發(fā)工作集中在新的乳液聚合技術(shù)和合成工藝，如微乳液聚合技術(shù)、納米改性技術(shù)、核殼聚合技術(shù)、有機(jī)-無機(jī)雜化技術(shù)等方面，水性丙烯酸涂料的性能也隨之得到逐步提高。王新潮，等[9]利用石墨烯的片層結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性開展了水性丙烯酸體系防腐涂料研究，將石墨烯粉體和石墨烯漿料對單組分水性丙烯酸防腐涂料進(jìn)行改性處理，并與未改性的水性丙烯酸防腐涂料進(jìn)行對比，研究發(fā)現(xiàn)未經(jīng)石墨烯改性的涂料耐鹽霧時間達(dá)到48h即發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。孫海靜，等[10]分別采用有機(jī)硅及環(huán)氧樹脂對丙烯酸樹脂進(jìn)行改性，通過正交試驗篩選出最優(yōu)配方，成功解決丙烯酸乳液聚合的穩(wěn)定性及漆膜吸水率問題，所制備丙烯酸改性涂料各項性能均滿足GB/ T20623-2006《建筑涂料用乳液》標(biāo)準(zhǔn)的要求。許飛，等[11]制備了新型水性丙烯酸/環(huán)氧雜化乳液，控制該乳液pH在7～7.5之間，利用丙烯酸較高的分子量及環(huán)氧樹脂、固化劑之間的交聯(lián)作用強(qiáng)化涂層的防腐蝕性能及耐堿性，并且涂層干燥時間較短，利于防銹底漆和面漆的更廣泛應(yīng)用。吳剛，等[12]利用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH-550對納米SiO2進(jìn)行修飾改性，同時將丙烯酸類單體接枝到環(huán)氧樹脂乳液中，最后將二者制備成新型的水性環(huán)氧樹脂防腐蝕涂料，該涂料中所含納米SiO2的小尺寸效應(yīng)填補(bǔ)了涂層的微孔結(jié)構(gòu)，有效阻擋了使用環(huán)境中腐蝕氣氛向金屬基體的滲透，具有較好的防腐蝕性能。

2.3 水性無機(jī)富鋅涂料

水性無機(jī)富鋅涂料是以無機(jī)硅酸鹽為成膜物質(zhì)，金屬鋅為主要防腐蝕填料，同時添加其他無機(jī)氧化物并輔以助劑制備的防腐蝕涂料，成膜時無機(jī)硅酸鹽中-OH基團(tuán)與填料中鋅粉及金屬基體發(fā)生化學(xué)鍵合形成硅酸鋅鐵的絡(luò)合物，從而固化成膜附著在金屬基體表面起到防護(hù)作用。近年來，關(guān)于水性無機(jī)富鋅涂料的研究取得了一定的進(jìn)展，如陳春平，等[13]利用掃描電鏡觀察高模數(shù)硅酸鉀溶液與鋅粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膜，通過微觀分析發(fā)現(xiàn)隨著硅酸鉀模數(shù)增加，鋅粉顆粒上粘接的SiO2也會增多，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)所形成涂膜的致密性增大，涂膜綜合性能明顯提高。鄭磊，等[14]對所制備的自固化水性無機(jī)硅酸鋅車間底漆進(jìn)行了與不同種類底漆的配套兼容性和初期耐水性研究，在耐擦拭性能檢測中白色棉布顏色殘留顯示極淺，表明具有良好的耐擦拭性能，并且漆膜干燥固化1h后耐水性能完好，雨季施工可正常進(jìn)行。

關(guān)振威，等[15]在無機(jī)硅酸鹽和有機(jī)硅乳液為成膜物質(zhì)(InOC1)的基礎(chǔ)上，分別制備了納米氧化鋯粉體(PZ-InOC1)、納米氧化鋯分散液(DZ-InOC1)復(fù)合涂層材料并進(jìn)行了耐高溫沖擊性能測試，結(jié)果表明涂層耐高溫沖擊性和涂層成分和機(jī)構(gòu)具有關(guān)系，粉體ZrO2在成膜物質(zhì)中易聚集無法分散均勻，雖然成膜物維持原相，但難以提高涂層的瞬時溫度耐受性。

2.4 水性聚氨酯防腐涂料

水性聚氨酯防腐涂料通常作為面漆與環(huán)氧底漆配合使用，以彌補(bǔ)環(huán)氧涂料裝飾性和耐候性差的缺陷，這是因為聚氨酯的分子鏈段中含有氨酯鍵，還可能含有酯鍵、醚鍵、脲鍵等成分，因而具有較好的機(jī)械性能，優(yōu)異的低溫成膜性、耐介質(zhì)性及耐候性，但其在金屬表面的附著力稍遜于環(huán)氧樹脂涂料，所以與環(huán)氧樹脂配合使用可起到更佳的防護(hù)效果。同時也可以與丙烯酸涂層配合使用，但現(xiàn)有研究應(yīng)用大多與環(huán)氧樹脂涂層配合使用，為了進(jìn)一步改善水性聚氨酯丙烯酸酯涂層的防腐性能，王升文[16]以工業(yè)油酸、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等制備了改性納米TiO2/環(huán)氧-聚氨酯乳液，進(jìn)而制備了水性防腐蝕涂料，熱失重曲線分析顯示加入0.6%TiO2后，環(huán)氧-聚氨酯涂膜硬段相起始分解溫度由237.2℃提高到252.3℃，表明納米TiO2可有效提高防腐涂層的熱穩(wěn)定性能。王欽利，等[17]利用廉價的水玻璃提純出活性硅醇并作為內(nèi)交聯(lián)劑制備出活性硅醇基聚氨酯水分散體，通過電化學(xué)極化曲線測試得出活性硅醇在防腐蝕涂料中添加量為70%時，涂層的電流密度最小且極化電阻最大，說明此時抗腐蝕能力最強(qiáng)。同時200℃～400℃熱分析曲線中加入活性硅醇后失重率降低，顯著提高了涂層的熱穩(wěn)定性。朱科，等[18]利用石墨烯將異氰酸酯改性處理得到復(fù)合乳液，經(jīng)過對比試驗分析得出當(dāng)石墨烯含量占涂層總量的1%時，所進(jìn)行的電化學(xué)極化曲線測試表明防腐蝕效率比空白試樣提高94.7%，同時在低碳鐵基體表面進(jìn)行的耐鹽霧性能試驗表明比純水性聚氨酯乳液涂層也有較大提升。

3 結(jié)束語

國內(nèi)針對水性環(huán)氧防腐涂料、水性丙烯酸防腐涂料、水性無機(jī)硅酸富鋅防腐涂料和水性聚氨酯防腐涂料共四類防腐蝕涂層進(jìn)行了深入研究，對于重工業(yè)區(qū)內(nèi)輸變電金屬設(shè)施可采取單一或復(fù)合涂層體系進(jìn)行涂覆防腐蝕治理，確保防腐蝕體系具有高耐候性、耐熱性和高穩(wěn)定性，從而保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。