关于海洋防腐涂料的研究综述

石油化工学院A09化工1班2012年04月22日

一、引言 (1)

二、正文 (2)

1、海洋腐蚀的定义和海洋腐蚀的机理 (2)

1.1海洋腐蚀的定义 (2)

1.2海洋腐蚀的机理 (2)

2、海洋防腐涂料的研究 (3)

2.1聚氨酯防腐涂料及其应用 (3)

2.2海洋管道腐蚀与防护 (4)

2.2.1海洋管道存在的问题 (4)

2.2.2海洋管道的防护 (5)

2.3海洋船体防腐涂料的选用 (6)

2.3.1船舶腐蚀的类型及产生原因 (6)

2.3.2船舶腐蚀的防护 (7)

2.4环氧和橡胶防腐涂料 (8)

2.5海洋环境防腐蚀玻璃鳞片涂料 (9)

2.6富锌底漆防腐涂料 (10)

2.6.1富锌底漆的组成 (10)

2.6.2富锌底漆的防腐机理 (10)

三、总结与展望 (10)

四、参考文献 (11)

关于海洋防腐涂料的研究综述

周宗锐A09化工1班090702103

【摘要】本文对近几年来，在海洋防腐涂料方面的研究做了一个简单的总结和评述，从防腐涂料的种类、作用机理、用途、效果以及缺陷三个方面展开，着重分析海洋防腐涂料的种类、防腐机理和用途。同时也会提出一些问题，以便在以后的深入研究中提供借鉴。

【关键词】海洋防腐涂料种类作用机理

一、引言

海洋约占地球表面积的71％，蕴藏着极其丰富的海底资源，包括石油、天然气、各种矿物质等等…。海底资源的开发与利用在未来海洋经济发展中占有举足轻重的地位。然而，众所周知，海洋又是一种苛刻的腐蚀环境，钢铁等金属材料如果不采取有效的防腐蚀措施，往往在较短的时间内就会出现非常严重的腐蚀。海洋船舶、石油平台、深潜器、海底管道、港口设施等金属构件在设计和使用过程中都必须考虑在海洋环境中的防腐蚀问题。带着这个问题，我们对近几年来在海洋防腐涂料中的研究工作做一个简单的汇总，以便经后的资料查询和深入研究。

二、正文

1、海洋腐蚀的定义和海洋腐蚀的机理

1.1海洋腐蚀的定义

金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。此外，还有低频腐蚀疲劳、应力腐蚀及微生物腐蚀等。通常，金属构件在海洋飞溅区（指风浪、潮汐等激起的海浪、飞沫溅散到的区域）的全面腐蚀速率最高。防止海洋腐蚀的措施除正确设计金属构件、合理选材外，通常有以下几种：①采用厚浆型重防式涂料。②对重点部件采用耐腐蚀材料包套。③设计构件时要考虑到足够的腐蚀裕量。④根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极。

1.2海洋腐蚀的机理

海洋海水腐蚀主要是氯离子腐蚀，海洋氯离子可破坏金属氧化膜保护层，形成点蚀或坑蚀，对金属会出现晶间腐蚀。金属在拉伸应力的作用下，钝化膜被破坏的区域就会产生裂纹，成为腐蚀电池的阳极区，连续不断的电化学腐蚀最终可能导致金属的断裂。

钢铁是铁元素和渗碳体的混合物，铁元素的电位较低，渗碳体的电位较高，

电位不等的两种元素在电解质溶液的作用下，构成了以铁元素为阳极，渗碳体为阴极的微电池网络，产生电流。在阳极区，由于极性水分子的作用，铁素体被析出，呈自由状态的铁离子因而进入溶液，这就是金属的活性溶解过程。在阴极区，由于电位差的作用，阳极区的电子经钢铁本体流到阴极，被溶液中的某些物质所吸收。在通常情况下，即溶液的PH值大于4 时，表现为氧的还原；当溶液的PH值小于4 时，则表现为氢的析出：阳极产物铁离子与阴极产物氢氧根离子相结合，生成初步的腐蚀产物氢氧化亚铁而沉淀，氢氧化亚铁进一步为溶液中的氧所氧化，转变为氢氧化铁( 即铁锈)。氢氧化铁的溶解度较小，呈疏松的薄膜状包裹于钢铁的表面，有一定的保护作用，但抗渗能力很弱，性质不稳定，当溶液中有充足的氧气供应时，则腐蚀过程一直进行，直至钢铁成为铁锈为止。[1]

2、海洋防腐涂料的研究

2.1聚氨酯防腐涂料及其应用

聚氨酯涂料具有耐侯好、保光性好、色泽稳定性好、耐腐蚀、耐酸雨、低温施工性好、涂层可覆涂性能好、易修复、涂层柔韧性好并具有优良的延展性、耐冲击性和抗震动效果好的性能优势，可以低温固化，它与环氧底漆的配合使用可以成为重防腐涂装体系。其卓越的综合性能使其在防腐工程中得到广泛的应用。与其他涂料相比，聚氨酯涂层系统的生命周期成本最低，并能达到欧美关于有机挥发物高要求的排放标准。其优秀的化学性能、较好的经济效益及低有机挥发物标准赢得越来越多的专业人士和用户的认可。聚氨醋已成功应用于桥梁、近海平台、港口机械、工厂设备、贮罐管道及机场、体育场馆等建筑设施。在全球范

围内。随着对工程涂层保护功能及表观要求的不断提高，聚氨醋在钢结构防腐蚀领域的应用也在不断发展中。

改性聚氨酯涂料重防腐效果甚佳。据介绍，其中环氧改性聚氨酯涂料方面，高弹性环氧一聚氨酯重防腐蚀涂料为双组分。A组分是由含羟基的弹性聚酯和环氧树脂为基料，加入消泡剂及有关助剂组成。B组分为多异氰酸酯和多元醇的加成物。施工时把A组分和B组分按一定的比例混合后放置30 mint]P可施工。其成膜机理是有机溶剂挥发后，A组分和B组分之间发生反应，相互交联成网状结构而固化。其中，弹性聚酯树脂是高弹性环氧一聚氨酯重防腐涂料的重要组成部分，既要使它的各项性能达到最好，又要使它的成本不太高，可使用脂肪族长链二元酸来调整韧性和弹性；以支链的三元醇来增加溶解性、混容性；以二元醇调节官能团来制备弹性聚醋树脂。

聚氨酯、聚苯乙烯和聚丙烯腈三种聚合物互穿网络结构重防腐蚀涂料。以蓖麻油、甲苯二异氰酸酯、苯乙烯与丙烯腈单体为主要原料，合成了含有聚氨酯、聚苯乙烯和聚丙烯腈三种聚合物互穿网络结构的FT一01重防腐蚀涂料。该涂料附着力强，可带锈涂装，耐磨性及防腐蚀性能优异。在酸、碱、水、油、化工大气等环境中应用，具有良好的耐腐蚀性能。[2]

2.2海洋管道腐蚀与防护

2.2.1海洋管道存在的问题

管道防腐工程的投资虽然不及整个海洋管道工程的5％，一旦没有选用适当的材料就会给整个海洋管道造成巨大的损失。资料表明国际防腐涂层标准为2501xm，抛丸除锈最深度701．Lm的3倍，但是我国在这一方面的标准仅为

1501xm，远未达到国际标准；海洋管道防腐工程对环氧粉涂层的温度要求也比较高，至少要达到200％，但是一般的防腐加工企业只是将温度控制在100％左右，降低了环氧粉末的凝结强度：PE是用普通热熔胶或是EVA胶来代替聚乙烯接枝胶来使用的．这种胶使用寿命较短，一旦遇上螺旋焊管，无法将焊缝两侧造成的沟槽完全覆盖，会使空气存留在管内，在加上接口泄露，极易造成安全隐患。

2.2.2海洋管道的防护

海洋供排水管道以及石油管道维修费用是极大的，一旦海洋排水管道或是排污管道泄露，就会污染临近海域，后果不堪设想。为了防止这种现象出现，在选用防腐材料的时候，必须考虑管道使用寿命问题，要想延长使用寿命就应该选用吸水率和耐电冲击力好的防腐新材料。选用聚脲做海洋管道外防腐是比较好的方案，聚脲自身有其他防腐材料无法具备的优势，吸水率、耐电冲击力好、整体性好，耐腐蚀性强、全线无接口，操作起来也比较方便，在施工中发现问题可以及时补救，并且其独自承受力也比较好，应用的领域比较广，是高端防腐材料的首选；海洋管道的内防腐和外防腐都比较重要，只有选用高端的材料才能有效的延长管道寿命。高质量的钢塑复合管是内管的首选。其可以按照管道的介质、温度需求进行设计，满足海洋管道的内部需求。除此以外，还可以选用氯黄化聚乙稀和氟碳类聚乙稀等材料，他们本身具有耐温、耐油性能，可将其应用在海洋输油管道上。钢塑复合管单面焊接、双面成型技术的出现，为钢塑复合管焊接带来了新的动力，使钢塑复合管得到广泛的应用。[3]

2.3海洋船体防腐涂料的选用

2.3.1船舶腐蚀的类型及产生原因

①船体在水下部分及水线区的腐蚀

船体水下部分，可分为艏部、艉部、船舷和船底四部分。在船体的艏部，是泡沫翻滚的波浪区，海水对壳体产生较大的流体动力作用，涂层首先遭到破坏；船体中部的船舷外壳表面的涂层在船靠码头时特别容易遭到破坏；由于船艉是由铜合金制成，特别是在端部，所发生的阳极极化是引起腐蚀破坏的重要因素，氧向桨叶（阴极）的增加了腐蚀；水线区的船体外壳涂层破损的可能性最大，除了漂浮物和破坏涂层之外，在水面存在的石油产物层也会促使涂层破坏。水线区所用的涂料都对石油产物不稳定，在干湿交替条件下，增加了腐蚀介质的侵蚀性；焊缝部位是船体结构的水下易发生腐蚀的部分。大量的调查数据表明，腐蚀最大值通常在最大损耗区——交变水线区。船体外壳水下部分最大腐蚀损耗和最严重的溃疡状腐蚀，往往是电腐蚀。

②船体水上结构的腐蚀

船体水上结构，包括干舷、甲板和上层建筑。主要受到海洋大气、海水飞沫、雨雪，是船体水上结构局部腐蚀破坏的重要原因。海洋大气存在的氯化物，加剧了凝结水对结构的侵蚀性。甲板上的机舱、锅炉的面，温度较高，加大了这些区域水的侵蚀性。试验表明，火工校正部位的金属组织结构发生了变化，其耐蚀性比其他部位要大大降低，因此，火工校正部位的涂膜比一般部位早破坏，腐蚀速率快。

③船体内部结构的腐蚀

根据使用条件不同，船舶内部舱室的腐蚀有很大差异；工作舱和居住舱，一般看不到船体有明显腐蚀。卫生舱，包括浴室、洗漱室，厕所，这里的侵蚀条件比较严重。货舱中，由于所装载的货物的作用，加上冷凝水和积水的作用，涂层往往受到破坏，从而造成货舱壁和内底板的腐蚀；从抗蚀性的观点来看，最不安全的是难于维护保养得船体内部结构，如艏尖舱、艉尖舱、压载水舱、锚链舱、污水井和机舱、泵舱的双层底部位；在艏尖舱、艉尖舱和其他压载水舱中，早期的防腐措施是刷涂水泥浆。产生电腐蚀的主要原因在于传播在码头安装或漂浮中修理时，用电时供电线路接线不正确，或在船停泊的水域内有杂散电流的作用。

2.3.2船舶腐蚀的防护

采用合适的船舶涂料，以正确的工艺覆盖船舶的部位，隔离船舶各部位钢铁表面与外界腐蚀环境。涂层保护对于船舶来说是最为经济、有效的方法。船舶涂层保护的合理性、科学性、有效性、经济性是极为重要的，其关键在于合理的涂层配套系统；正确的施工工艺技术；科学的管理方法。

由于船舶各个部位接触的腐蚀介质，环境条件的不同，受到的腐蚀程度也不同，因此选用的防腐涂料也不同。

船底在船体压载线以下的部位的，要求防锈漆有很好的防锈性能，附着力强等特点。用于船底防锈漆和防污漆的有：沥青漆，环氧漆，氯化橡胶漆，乙烯系和丙酸酸系防锈漆和防污漆。

水线指压载水线和满载水线之间的部位。要求所用涂料耐干湿交替性好，附着力强，耐摩擦。可用氯化橡胶漆，环氧漆，防污漆。

船壳指满载线以上部位。要求涂料耐候性好，可用的防锈漆有：油基系，

酚醛系，环氧漆，氯化橡胶漆，丙酸酸系防锈漆和防污漆。

甲板要求所用涂料耐磨，耐候性好，耐海浪冲击，和防滑。可用环氧漆，氯化橡胶漆，酚醛系，无机锌系等防锈防滑漆。

水舱水舱要求涂料既要有防锈性能，又不污染饮用水。可用冷固化环氧酯，去溶剂环氧，漆酚等。

液货舱包括原油舱，成品舱，液体化学制品舱。要求耐海水交替侵蚀，耐油类，溶剂和化学品侵蚀。可用环氧漆，聚氨酯系等。[4]

2.4环氧和橡胶防腐涂料

环氧树脂涂料具有高附着力、高强度、耐化学品、好的耐磨性和优异的防腐性能，是目前应用数量最多、范围最广的重防腐涂料。目前，二酚基丙烷型环氧树脂是环氧树脂中最主要且产量最大的品种。它固化方便，可以在5 ～180℃温度范围内固化，粘附力强，固化时收缩率低，有助于形成一种强韧的、内应力较小的粘合键。由于固化反应没有挥发性副产物放出，其可以满足施工过程中的环保要求，固化后的环氧树脂体系同时具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。酚醛多环氧树脂是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成，与二酚基丙烷型环氧树脂相比，在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。三聚氰酸环氧树脂是由三聚氰酸和环氧氯丙烷在催化剂存在下进行缩合，再以氢氧化钠进行闭环反应制得。由于三聚氰酸存在酮-烯醇互变异构现象，得到的是三聚氰酸三缩水甘油胺和异三聚氰酸三缩水甘油酯的混合物。分子中含有三个环氧基，固化后结构紧密，具有优异的耐高温性能。分子结构中的三氮杂苯环，使该树脂具有良

好的化学稳定性、优良的耐紫外光性、耐气候性和耐油性。由于分子中含14 ％的氮，遇火有自熄性，并有良好的耐电弧性。[5]

橡胶涂料是以天然橡胶衍生物或合成橡胶为主要成膜物的涂料。橡胶涂料具有快干、耐碱、耐化学腐蚀、柔韧、耐水、耐磨、抗老化等优点，但其固体成分低，不耐晒。主要用于船舶、水闸、化工防腐涂装[6]。现在常用的橡胶涂料主要有氯磺化聚乙烯防腐蚀涂料和氯化橡胶涂料[7]。

2.5海洋环境防腐蚀玻璃鳞片涂料

玻璃鳞片于1953—1955年间由美国欧文斯-康宁玻璃纤维公司开发制造, 并应用于涂料领域。1967年日本板硝子公司引进了此项技术, 1971年日本富士树脂公司开发的树脂基玻璃鳞片涂料成功应用于火力发电厂的脱硫装置, 在以后的几十年里玻璃鳞片在日本的电力、石油化工、海洋工程等领域得到了广泛的开发应用。我国从1983年开始研发玻璃鳞片防腐涂料,已在重防腐领域获得广泛应用。

玻璃鳞片涂料是一种新型、高效防腐涂料[8],由于涂料中添加了片状玻璃鳞片, 在涂层中片状玻璃鳞片彼此平行或重叠排列,形成一道道鳞片保护屏障,延缓腐蚀介质透过涂层到达基材表面的时间,从而大大延长了基材的使用寿命。海洋是一个严酷的腐蚀环境[9], 以钢铁为主要结构材料的采油平台、油轮和管道, 时时刻刻都面临各种海洋环境腐蚀介质的侵蚀;因此在腐蚀防护设计中, 海上平台、油轮、海底管道等应用重防腐涂料,或防腐涂层与阴极保护等协同防护,达到长期保护的目的。玻璃鳞片涂料由于其高效的阻隔、屏蔽效应, 在海洋重防腐领域得到了广泛的应用。