防腐涂料的现状与进展

李子荣　柏雷　王和山　王厚国　王和东　张万霞

摘要：由于金属材料的特性，金属腐蚀无时无刻不在进行，这是对于人类财富和自然资源的重大损耗。使用防腐涂料是众多方法中较为经济实用的，这也使得防腐涂料快速发展。本文主要介绍了防腐涂料的特性和分类、应用和发展方向。

关键词：防腐涂料;研究进展;环境友好

一、防腐涂料的現状及发展趋势

由于金属材料的机械特性，在各个行业应用广泛。然而，在使用过程中金属材料的腐蚀是不可避免的，这对于社会发展造成了巨大的损失和危害。因而金属的防腐是材料研究中的重要研究内容。近年来，我国在防腐涂料方面的研究中取得很大进展。在这一过程中，低碳环保、节能经济将是重要发展方向。比如，环氧树脂能很好地溶解在有机溶剂中，然而有机溶剂具有易挥发、有毒等缺点，但其在水中难溶，不利于后期处理。因而，开发水溶性或无溶剂涂料是必不可少的。

二、涂料的防腐原理

（一）涂层屏蔽作用

使用涂料涂抹在需要的金属表面形成一层保护层，起到隔绝氧化性物质（水、氧、阴离子等）的作用，从而在一定程度上阻止或者减缓对于金属的电化学腐蚀，如喷漆、搪瓷等。

（二）湿附着力的作用

在水存在的前提下表现出来的更强的附着力，其使得水和氧出现汇聚，减缓在金属表面的扩散，减少电解质与金属的接触面积，达到减弱金属腐蚀的目的。在涂层制备过程中由于溶剂的挥发等多种原因使涂层中出现空隙，其构成了水和氧传输的主要通道。有研究显示，涂层中的吸水和吸氧速率远高于金属表面腐蚀消耗，这表明涂层对于金属防腐具有多重作用。

（三）牺牲阳极的阴极电保护作用

这是利用原电池的工作原理，采用活泼性金属作为阳极提供电子使金属主体材料一直处于多电子状态从而无法被氧化，一般采用的是锌粉作为阳极材料加入到涂料当中包覆在材料表面，起到双重保护的作用。

三、常见的防腐涂料种类

防腐涂料一般分为常规防腐涂料和重防腐涂料，主要包括环氧树脂、醇酸类、聚氨酯类和富锌防腐涂料。防腐涂料在各大行业中均有涉及，如石油化工、船舶水路、铁路工程等。

（一）石墨烯防腐涂料

石墨烯作为新兴的二维半导体材料具有硬度高、强度大、表现出良好的导热导电性。在涂料中直接添加石墨烯材料可以很好地提高其防腐性和导电性。石墨烯材料在改善环氧树脂涂料表面的孔隙和凹陷方面表现出良好的特性，增加其致密性从而起到提高防腐性能的作用;石墨烯在促进涂料的改性方面也有很大的作用，如在分散剂作用下，通过改变石墨烯在水性涂料中的分散可以提高其耐盐雾性能，通过减少电解质成分的进入使得其在其他类型的碳基填充材料中表现出巨大的优异性而受到人们的关注;对于采用牺牲阳极的阴极保护法进行防腐的涂料生产过程中，多采用锌粉与环氧树脂形成致密膜，而在石墨烯改性的材料中在不降低甚至提高其防腐性能的前提下可以减少锌粉的使用量。

（二）环氧树脂涂料

环氧树脂因其大分子结构上含有环氧基使其在防腐材料中具有重要的应用价值。环氧树脂被大量应用于防腐涂料的生产，约占世界总产量的40%。经研究发现，在使用极化方式时通过控制电场强度可以使环氧树脂和不锈钢颜料形成最理想的组成，达到生产需要。

（三）聚氨酯防腐涂料

聚氨酯表面具有多种类型的官能团使其在耐温、耐酸碱、耐磨等方面具有优异的特性，因此在重防腐方面可以作为面漆使用。但是还是存在一些不足，兰溪建等通过使用环氧树脂、纳米材料等材料加入水性聚氨酯中进行复合改性，极大地改善了其性能，但施工条件、经济性方面仍然存在着很大的问题。

（四）无机涂料

1.水玻璃基无机涂料

这是以水玻璃为主要材料的碱金属硅酸盐，现在国内主要销售的是钾、钠和钾钠混合的水玻璃涂料三种。因碱金属硅酸盐具有良好的粘结性、防止水渗透的特性，其是很好地环保材料，还具有耐酸碱、耐温、耐候性，但是耐水性不足。现在研究中采用酸改性和综合改性来提高其性能达到可以广泛应用的目的。

2.硅溶胶涂料

这种涂料是通过采用二氧化硅胶体在水中分散，将其分散液作为成膜物质，再加入一些颜填料和助剂然后研磨而成。其主要利用二氧化硅分子间的硅氧键形成空间网状结构，从而形成连续的涂膜。硅溶胶涂料的主要特点是具有较强的粘结性和较高活性，而且硅溶胶涂膜因二氧化硅的半导体性质，不易产生静电，性质稳定。

四、国外防腐材料研究进展

在国外的防腐材料研究中，对于绿色环保、可持续发展方面有很大的体现，国内在绿色新发展理念的倡导下也在做着积极地努力，但相对于国外还有一些差距，这里主要介绍一下国外防腐涂料在环保、可持续发展方面的创新。

（一）超支化的大豆醇酸纳米复合涂料

大豆油是来源广泛、价格低、可持续生产的材料，是符合绿色新发展理念的一种醇酸前体。席元伟课题组通过采用磁铁矿纳米粒子进行超支化醇酸的改性，形成含有纳米粒子的复合新型防腐材料。通过对复合涂料理化性质的检测，如热力学性质、结构、形态等，发现超支化醇酸具有很好的具有较大比表面积的球状结构分支。涂料中磁铁矿纳米粒子的存在在很大程度上增加了材料的承载力。通过电化学测试发现其具有较大的阻抗（107Ω），这在很大程度上对于电化学腐蚀起到阻止或延缓的作用。复合材料在机械强度、韧性方面具有很大的优异性。

（二）具有自修复能力的聚氛醋防腐涂料

聚氨酯（PU）因其具有优异的理化性质和机械稳定性被应用于防腐涂料方面。在聚氨酯的涂层合成配方中，其微胶囊结构即自修复能力以及广泛应用于多种行业，在聚氨酯的合成过程中，韩兴勇采用具有可再生性的考柬树油合成双组分防腐聚氨酯涂料，其保持自修复能力。这种来自于植物内的油脂产品在涂层的光泽度、耐温性、耐酸碱性等方面均优于防腐自修复工业涂料。

五、结语

随着我国经济的不断发展，综合国力的不断提升，节能环保已经作为我国的一项基本国策，重防腐涂料也将得到重大发展，其主要体现在技术、规模和品种等方面。在此背景下涂料市场的竞争也将持续增加，国内涂料的发展任重而道远。在此，研发单位和生产厂家应坚持绿色发展理念，实现大规模生产环保、价廉的防腐涂料。

参考文献：

[J].韩兴勇，于庆章，吴启鸿，等.我国对于防腐材料的研究现状及发展趋势[J].中国涂料，2015，2（11）：13-18.

[2].席元伟，黄伟波，白忠伟，等.金属材料的表面新型重防腐涂层的研究进展以及发展趋势[J].上海涂料，2016，3（2）：12-14.

[3].兰溪建，周福根，冯卫东，等.石墨烯基导电材料在海洋重防腐涂料中应用的探索[J].上海涂料，2015，2（11）：3-7.