深海防腐涂料研發(fā)進展分析
深海領(lǐng)域的發(fā)展常常依賴于材料科技的發(fā)展和突破，尤其依賴于深海專用材料的研究和進展。深海資源鉆采、深?？茖W(xué)探索、深海國防安全的基礎(chǔ)是需要深海裝備，而深海裝備的防腐蝕性是目前急需解決的問題。深海環(huán)境比較復(fù)雜,海水，海洋生物及代謝物等金屬材料的腐蝕 ，海面風(fēng)浪對金屬構(gòu)件的重復(fù)沖擊；使各種材料在海洋環(huán)境中極易發(fā)生劣化破壞。
一、深海防腐蝕的目的和意義
淺海環(huán)境相比，深海環(huán)境中存在著巨大壓力及嚴(yán)重的低溫、鹽度、溶解氧、pH、生物污損、金屬離子沉積和表面流速等問題，這給深海的研究與開發(fā)帶來很大的困難，使得海面和淺海中很多成熟的技術(shù)都不能在深海中應(yīng)用。上述設(shè)備除了要承受點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和隧道腐蝕外，還會承受強大的靜壓力所帶來的機械性能改變，而引起這些腐蝕的主要因素有以下幾種。
1.壓力
深海深度每增加10 m，相應(yīng)的壓強要隨之增加1.03×105 Pa[3]，隨著靜水壓力的增加，腐蝕速率增大，一些金屬的氧化物能轉(zhuǎn)化為水溶性氯氧化物，進而引發(fā)腐蝕。
2.含氧量
海水中的含氧量在深海設(shè)備腐蝕中起著重要的作用，隨著深度的增加，綠色植物越來越少，導(dǎo)致氧的溶解量越來越小 ，至 水 下700 m時，氧的溶解量最低。氧是在金屬電化學(xué)腐蝕過程中陰極反應(yīng)的去極化劑，深海環(huán)境下溶解氧含量可以使許多材料發(fā)生腐蝕。
3.生物腐蝕
隨著海水深度的增加，微生物的種類和數(shù)量大大減少，在深海環(huán)境下的海泥區(qū)存在大量的H2S和厭氧菌（如 硫酸鹽還原菌，SRB），在SRB大量繁殖條件下，腐蝕速率可增加6 ~7倍 ，甚 至15倍以上。
4. 溫度
海水溫度可以直接影響到材料的腐蝕行為。溫度升高會加速陰極和陽極過程的反應(yīng)速度，加快O的擴散速率 ，增大海水電導(dǎo)率，促進腐蝕過程。在上述幾種主要環(huán)境的影響下，不同深度的設(shè)備所受的腐蝕程度也是不同的，因為隨著深度的變化，幾種影響腐蝕的因素也會相應(yīng)地發(fā)生變化。因此，在研究深海材料腐蝕時，必須綜合考慮所有因素帶來的影響。
二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國在深海裝備防腐涂料設(shè)計時有嚴(yán)格的壽命控制要求 ，一般要求涂層的壽命不低于裝備15年的大修周期。但目前 ，國內(nèi)實際實層的防腐壽命僅 為5~8年 ，低于裝備的大修周期。我國應(yīng)用較多的海洋防腐涂料主要有以下幾種
1.環(huán)氧樹脂類防腐涂料
酚醛環(huán)氧樹脂和雙酚A環(huán)氧樹脂是環(huán)氧類防腐涂料的兩大主體樹脂。除環(huán)氧樹脂外，還需顏料、體質(zhì)顏料、p催干劑、助劑、有機溶劑等調(diào)制而成。環(huán)氧樹脂漆膜堅硬 、耐 磨性好、附著力強，并具有良好的耐水性。
2.橡膠類防腐涂料
橡膠類涂料以合成橡膠或天然橡膠衍生物為成膜物質(zhì)，應(yīng)用較多的有氯化橡膠防腐涂料和氯磺化聚乙烯防腐涂料。氯磺化聚乙烯防腐涂料主要成膜物質(zhì)為氯磺化聚乙烯橡膠，其具備低溫施工性能好、干燥迅速、維修方便等特點。但與基底黏附力低，需要與其他樹脂混用或者改性來提高附著力，同時需要較多溶劑溶解，環(huán)境友好性差。氯化橡膠防腐涂料的主要成分有過氯乙烯氯化橡膠樹脂、顏料、助劑等。氯化橡膠的抗介質(zhì)滲透能力非常好，如加入玻璃鱗片，搭接形成屏蔽效應(yīng)，使本涂料的防腐蝕性能大大增強。故其耐化學(xué)品性、耐水性、耐霧性和耐候性能優(yōu)異，但與基底黏附力不高，耐老化、耐紫外性能不強。
3.氟碳防腐涂料
氟碳防腐涂料由氟碳樹脂、脂肪族異氟酸酯、高級顏料、助劑和溶劑等組成，主要用于要求較高的防腐蝕涂裝體系中，作為高性能面漆和耐久性面漆。這類涂料表現(xiàn)出較強的耐候性、防腐蝕性和優(yōu)良的自潔性。但其涂料成本過高、涂料需高溫烘烤、硬度差、易漏涂等問題，是影響氟碳涂料推廣的主要因素。
4.有機硅樹脂涂料
有機硅涂料是以有機硅聚合物或有機硅改性聚合物為主要成膜物質(zhì)的涂料。有機硅樹脂中Si—O具有一定的離子性，且Si—O—Si鍵 能 、鍵角均比C—C鍵 大 ，這種價鍵結(jié)構(gòu)使其集有機材料和無機材料的綜合性于一身。有機硅涂料具有優(yōu) 良的耐熱耐寒、電絕緣、耐電暈、耐輻射、耐潮濕和憎水、耐候、耐沾污及耐化 學(xué)腐蝕等特性。但因強度低，與基底的黏附力低等缺點限制了其應(yīng)用。
5.聚氨酯類防腐涂料
常見的聚氨酯涂料分為雙組分聚氨酯涂料和單組分聚氨酯涂料。雙組分聚氨酯涂料是由羥基樹脂和多異氰酸酯預(yù)聚物兩組分組成，涂刷后，-OH與多異氰酸酯的-NCO在常溫下進行交聯(lián)固化，形成致密的膜層。單組分聚氨酯涂料不需要添加固化劑，直接將其涂覆在需要的位置，端-NCO直接與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)而固化成膜，其應(yīng)用范圍沒有雙組分聚氨酯涂料廣泛。
無論是雙組分還是單組分聚氨酯均屬于高固低VOC涂料，環(huán)境污染物排放量低，并且與基底附著力強，耐酸堿、耐腐蝕、耐油、耐高低溫和耐磨等性能優(yōu)異。但耐水性能不強 ，對施工條件要求苛刻 。
目前，我國有報道防腐涂層在深海環(huán)境下的適應(yīng)性研究。某科學(xué)院在環(huán)氧樹脂上分別接枝了酒石酸和含烷氧基硅基團的偶聯(lián)劑，并將該聚合物添加到環(huán)氧樹脂基料中，制備成涂膜。發(fā)現(xiàn)改性聚合物與鋼基材間發(fā)生了化學(xué)鍵合，鍵合后環(huán)氧涂層附著力有大幅提升。進一步利用原子力顯微鏡對環(huán)氧樹脂/鋼基材表面的鍵合概率進行了表征，發(fā)現(xiàn)隨著鍵合概率的增大，涂層附著力也隨著增加，但當(dāng)達到一定值后，附著力隨鍵合概率增大的幅度減小。
三、國外研究現(xiàn)狀
美國于1965年推出聚偏二氟乙烯，從此氟碳樹脂也開啟了在防腐領(lǐng)域的應(yīng)用。1982年 ，日本旭硝子成功開發(fā)了由氟乙烯-乙烯基醚的共聚物（FEVE），使 氟碳涂料在常溫 條 件下實現(xiàn)了固化，擴大了其應(yīng)用領(lǐng)域。國外對于氟碳涂料的研究主要從對不同氟碳樹脂的改性及不同氟碳涂料的耐蝕性兩個方面進行展開。通過物理、化學(xué)等方法對氟碳涂料進行改性，使氟碳涂料獲得更加優(yōu)異的性能。氟碳涂料從原來的熔融型到溶劑可溶型、可交聯(lián)固化型再發(fā)展到水性、高固體分和粉末類型。根據(jù)目前環(huán)境需求，今后氟碳涂料會向高固體化、無溶劑化、粉末化和水性化發(fā)展，隨著對氟碳涂料更加深入的研究，其在防腐領(lǐng)域的作用愈來愈大。
噴涂型聚脲防腐涂料主要有以下優(yōu)點 ：
（1）無催化劑，反應(yīng)活性高，固化速度快，在任意面上無流掛現(xiàn)象 。
（2）對濕氣 、溫度不敏感 ，可在-40 ~150 °C的溫度范圍內(nèi)施工。
（3）不含任何揮發(fā)性有機溶劑，環(huán)境污染小。
（5）熱穩(wěn)定性與耐低溫性能好，可在120 °C下長時間工作，可耐350 °C的瞬間熱沖擊。
（6）物理化學(xué)性能優(yōu)異，較大的拉伸強度和斷裂伸長率，耐磨防濕滑性能優(yōu)異，耐溶劑、耐酸堿鹽的性能高。硬度可以從邵A30調(diào)整到邵D65。
（7）可使用高溫高壓噴涂設(shè)備進行施工，效率高；還可通過添加橡膠顆粒等方法來達到防滑效果。
但聚脲彈性體涂料的固化速率過快，層間黏附力差，另外，該類涂料的噴涂技術(shù)相對先進，對施工人員的綜合素質(zhì)要求較高；其次，高端的噴涂設(shè)備引進成本太高。以上等因素制約了聚脲彈性體涂料的發(fā)展。