水性船舶涂料的研究现状与应用

data-full-width-responsive="true"> 0 引言水分散性树脂的研制成功赋予了涂料工业新的生机和前景，使涂料生产从依赖有机溶剂、天然树脂，发展到无溶剂涂料和水性涂料。其中，以水性涂料的市场份额最大，发展速度也最快。日本、欧美国家的水性涂料市场占有率均在60% 以上，而在我国这一比例则明显偏低。希望在未来五年，我国水性涂料的市场占有率能够达到20%。1 水性船舶涂料的分类水性涂料包括水溶性涂料、水稀释性涂料和水分散性涂料（乳胶涂料）3 种。目前用于船舶防腐的水性涂料既能同水性涂料配套，也能同溶剂型体系配套。我国水性船舶涂料种类见表1。表1 我国水性船舶涂料种类水性船舶涂料的性能要求：（1） 水线、外弦、甲板。由于干湿交替作用引起的腐蚀、波浪冲击引起的损坏及紫外线照射引起的老化，涂层应具有良好的耐海水腐蚀性，优异的物理机械性能、耐磨性、耐冲击性及耐候性。（2） 上层构造物。涂层应具有良好的装饰性及耐候性。（3） 承台、干燥货架，放置杂物或粮食。涂层应具有耐高湿、高温、冷热交替、耐磨性、耐化学品性等特性。（4） 原油箱、压载舱兼用箱、废油箱等。涂层应具有耐油性、耐海水性，以及电化学防腐作用。（5） 饮水舱、清水舱。饮水性试验合格，并耐水。（6） 货舱。针对装货种类（石油产品、化学品等）不同，涂层应具有耐油性、耐化学品性、耐酸碱性等。（7） 烟囱、管道类。耐高温500 ℃，完全符合要求。2 水性船舶涂料的研究现状水性无机富锌涂料是水性涂料中最重要的防腐涂料之一。它是以无机物为主要成膜物、高含量的锌粉为防锈颜料、水为分散介质的高固体分厚膜涂料，是海洋环境防腐蚀领域中防锈性能最优异的一类涂料。水性无机富锌涂料作为一种零VOC（挥发性有机化合物）的环保型防腐涂料，已被各行各业所接受，具有广阔的发展和应用前景。近年国外还出现了水性无机磷酸盐富锌涂料，对底材处理要求相对较低，性能优异。如德国GalvatechLed 公司开发的Zinga 富锌涂料含锌95%，已使用多年，防腐性能极好。近年我国水性高模数硅酸钾、硅酸锂富锌涂料已在工程上应用，性能也在不断完善中。除了水性无机富锌涂料外，厚浆醇酸、环氧、丙烯酸改性醇酸或环氧、聚氨酯等水性涂料已达到了产业化和实际应用的阶段，在内舱和油水舱中底面配套使用时可极大地改善施工环境。但是，因为船舶所处的环境比较恶劣，水性涂料的防腐效果还达不到要求，使得水性涂料在船舶上的应用较少。我国水性船舶内舱涂料的生产厂家很少，其中海洋化工研究院青岛海建化学有限公司的配套涂料产品较为齐全，主要有水性丙烯酸内舱涂料、水性醇酸内舱涂料、水性环氧丙烯酸内舱涂料和水性环氧内舱涂料等，以上产品均已通过国内权威机构最高级别的毒性和耐延燃检测，可满足所有类型的军民用舰船的内舱涂装要求，并已在大量实船上应用，主要性能指标见表2~4。3 水性船舶涂料的应用最常见的水性防腐涂料主要有3 大体系：丙烯酸体系、环氧体系、无机硅酸富锌体系，此外，还有醇酸体系、丁苯橡胶体系、沥青体系以及氟碳树脂体系等。目前用于船舱防腐的水性涂料主要有如下几种。31 水性丙烯酸防腐涂料水性丙烯酸防腐涂料以丙烯酸树脂为基料，再用改性树脂、颜填料、助剂、溶剂等配制而成，具有耐候、保光、保色等特点。近期研究较多的水性铁红丙烯酸防锈漆属于自干型涂料，具有优良的附着力、耐腐蚀性和抗沾污性等，并能与醇酸、硝基、氨基等多种面漆配套使用，在某些方面的性能优于红丹酚醛防锈漆和红丹醇酸防锈漆。32 水性环氧防腐涂料早期用得较多的是环氧沥青防腐涂料，主要用于压载水舱、长输油管、长输天然气管等易受腐蚀的管道外壁，但是由于涂料中沥青致癌的问题，必须对其进行改性。现在流行的做法是采用含酚类石油树脂代替沥青和改性的环氧树脂，形成对钢铁腐蚀小、易于涂装、易于检修、对人体无害的彩色水性环氧防腐涂料。开发的特效水性环氧防腐涂料，被涂底材仅用超高压水冲洗后即可涂装，而且防腐效果显著。现在水性环氧防腐涂料已应用于溶剂型环氧防腐涂料所涉及的各个领域。据报道：日本在新桥梁设计中采用水性环氧防腐涂料，可减少VOC（挥发性有机化合物）98％，涂覆3 a 后现场性能测试结果与溶剂型环氧防腐涂料相当。美国的多种类型水性环氧防腐涂料已达到美国军用涂料标准，用作飞机底漆。在德国已将水性环氧防腐涂料用于核电工程和铁路车辆上。挪威研究出一种含活性颜填料的水性环氧防腐涂料，能在-30℃的低温下使用，可用于舰艇外壳。33 水性无机硅酸富锌防腐涂料水性无机硅酸富锌防腐涂料分为硅酸乙酯和硅酸盐系列，其中硅酸盐系列包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾等品种，是钢铁防腐涂料的重要组成部分。该涂料利用锌粉的强活性进行电化学阴极保护，从而阻止钢铁腐蚀；同时锌又能与无机聚合物（硅酸盐、磷酸盐、重铬酸盐等）反应，在钢铁表面形成锌铁配合物层。该涂层具有优异的防腐蚀性、耐候性、导热性、耐水性、耐多种有机溶剂性，同时具有良好的导静电性和长期的阴极保护作用，且焊接性能优良，能带漆焊接，长期耐400℃高温，长期抵抗pH 55~105 范围内的化学腐蚀，更加重要的是对环境无污染，对人体健康无影响。34 水性氟碳涂料水性氟碳涂料具有优异的耐高温性、耐候性、耐药品性、耐腐蚀性、耐沾污性和耐寒性，尤其是与食品接触，可以保证食品卫生安全，涂层的防护效果可达20 a 之久，具有广阔的市场前景。该涂料分为烘烤型和自干型，又以三氟乙烯型和四氟乙烯型性能最佳、用途最广、施工最简单。但是该类涂料在舰船上的应用还处在起步阶段。35 水性聚氨酯涂料水性聚氨酯涂料是增长速度最快的涂料品种之一，一般分为单组分水性聚氨酯涂料、双组分水性聚氨酯涂料和复合型改性水性聚氨酯涂料。水性聚氨酯涂料可与其它水性分散体混合，取长补短，可以根据需要调整配方，适应面广，某些性能甚至超过同类溶剂型涂料。此外，它还有以下特点：（1） 水性聚氨酯涂料对金属、木材、混凝土及塑料等表面具有良好的附着力，耐候性、耐冲击性和耐磨性佳，尤其水性脂肪族聚氨酯涂料的各项性能与溶剂型聚氨酯涂料相当；（2） 与其他乳胶涂料相比，低温成膜效果好，不需要成膜助剂，也不需要外加乳化剂、分散剂或增塑剂等；（3） 易于通过固化剂和交联剂进行改性来提高耐化学品性、耐溶剂性和耐水性，可提供高光泽涂膜，对各种颜料包括金属颜料有良好的适应性；（4） 聚氨酯分子具有可裁剪性，结合新的交联技术可有效控制聚氨酯涂料的组成和结构，为改进其综合性能提供更为宽广的途径。尽管水性聚氨酯涂料出现时间相对较短，但已在纸张、木器、皮革、汽车、工业维护、塑料等领域获得广泛应用。双组分水性聚氨酯涂料还可用于水泥、瓷砖、屋顶、不锈钢、高尔夫球杆等。尽管水性聚氨酯涂料已经在轻工、建筑、家装等行业得到了广泛的应用，但是这类涂料极少作为重防腐涂料用在船舶上，因此研究船舶用重防腐水性聚氨酯涂料具有显著的理论和应用价值。36 船舶水性反射隔热涂料船舶水性反射隔热涂料广泛用于船舶的住舱、机舱、原油舱、内舱等舱室，很好地解决了由于太阳光直射带来的舱室温度升高而引发的一系列问题，提高了船舶运行安全性，同时节省了能源，减少温室气体的排放和船舶运输的成本，是一种既经济又实用的产品。但该涂料只能单方面提高某些性能，而其他性能却不能兼顾，这就需要我们开发和利用现代高分子材料，提高涂料的其他性能，来满足客户的需求，即未来船舶水性反射隔热涂料要朝着多功能化、通用化、实用化、工程化方向发展。4 结语世界各国投入了大量人力物力，经过二十余年的努力才攻克水性涂料难关，我国更是将水性涂料的研制列入国家十五计划的攻关项目。随着水性涂料在技术上日臻成熟，水性无机富锌涂料、低处理表面防锈涂料等在船舶上的应用越来越广泛。我国作为全球第二大造船国，目前造船企业新承接船舶订单在载重百万吨数量级以上的就达8 家之多，未来几年，我国造船完工量将继续上升，海工装备制造业也将实现快速发展。在我国，无论是相对成熟的船用涂料市场，还是不断发展的海工装备涂料市场，都将保持良好的增长态势。十二五期间，我国应继续专注拉动内需和落实十大产业振兴规划，重点发展船舶涂料、重防腐涂料、特种涂料等高技术含量、高附加值产品。水性船舶防腐涂料节省能源，减少溶剂型涂料涂装对环境的污染，降低涂装的火灾隐患，提高修造船的工作效率，成功地解决了环境、能源和安全问题，是环境友好型涂料产品，符合国际化环保涂料的发展需求，也符合我国构建可持续发展和谐社会的方向。