海洋工程构筑物大致分为:海岸工程(钢结构、钢筋混凝土)、近海工程(海洋平台、钻井、采油、储运)、深海工程(海洋平台、钻井、采油、储运)、海水淡化、舰船(船体、压载舱、水线以上),简称为船舶与海洋工程结构。船舶与海洋工程结构的主要失效形式包括:均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀 / 磨损、海生物(宏生物)污损、微生物腐蚀、H 2 S 与CO 2 腐蚀等等。控制船舶和海洋工程结构失效的主要措施包括:涂料(涂层)、耐腐蚀材料、表面处理与改性、电化学保护(牺牲阳极、外加电流阴极保护)、缓蚀剂、结构健康监测与检测、安全评价与可靠性分析及寿命评估。
从腐蚀控制的主要类型看,涂料(涂层)是最主要的控制方法、耐腐蚀材料次之,表面处理与改性是常用的腐蚀控制方法,电化学保护(牺牲阳极与外加电流)是海洋结构腐蚀控制的常用手段,缓蚀剂在介质相对固定的内部结构上经常使用,结构健康监测与检测技术是判定腐蚀防护效果、掌握腐蚀动态以及提供进一步腐蚀控制措施决策和安全评价的重要依据,腐蚀安全评价与寿命评估是保障海洋工程结构安全可靠和最初设计时的重要环节。建立全寿命周期防护理念,结合海洋工程设施的特点及预期耐用年数,在建设初期就重视防腐蚀方法,通过维修保养实现耐用期内整体成本最小化并保障安全性,是重大海洋工程结构值得重视的问题。
一、防腐涂料(涂层)
涂料是船舶和海洋结构腐蚀控制的首要方法。海洋涂料分为海洋防腐涂料和海洋防污涂料两大类。按防腐对象材质和腐蚀机理的不同,海洋防腐涂料又可分为海洋钢结构防腐涂料和非钢结构防腐涂料。海洋钢结构防腐涂料主要包括船舶涂料、集装箱涂料、海上桥梁涂料和码头钢铁设施、输油管线、海上平台等大型设施的防腐涂料;非钢结构海洋防腐涂料则主要包括海洋混凝土构造物防腐涂料和其他防腐涂料。
海洋防腐蚀涂料包括车间底漆、防锈涂料、船底防污涂料、压载舱涂料、油舱涂料、海上采油平台涂料、滨海桥梁保护涂料以及相关工业设备保护涂料。海洋防腐涂料的用量大,每万吨船舶需要使用 4 ~ 5 万升涂料。涂料及其施工的成本在造船中占 10% ~ 15%,如果不能有效防护,整个船舶的寿命至少缩短一半,代价巨大。
海洋防腐领域应用的重防腐涂料主要有:环氧类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料、橡胶类防腐涂料、氟树脂防腐涂料、有机硅树脂涂料、聚脲弹性体防腐涂料以及富锌涂料等,其中环氧类防腐涂料所占的市场份额最大,具体见表2。实际上,从涂料使用的分类看,涂料可以分为:底漆、中间漆和面漆。其中,底漆主要包括富锌底漆(有机:环氧富锌;无机:硅酸乙酯)、热喷涂铝锌;中间漆主要有环氧云铁、环氧玻璃鳞片;面漆包括聚氨酯、丙烯酸树脂、乙烯树脂等。
我国重防腐涂料增长率较快,2012年我国涂料总产量 1270 万吨,居世界第一位,但企业数量多,单产低。
我国涂料生产企业的产量在 5000t 以上的涂料企业不足 10%。美国涂料年生产总量约 700 万吨,厂家只有 400 多个。日本是世界第 3 大涂料生产国,总产量 200 万吨,生产企业只有 167 家。我国许多涂料公司的产品质量正在不断提高,中高端市场正在逐渐扩大。我国虽有先进的纳米复合涂料技术,但其产量还需要进一步扩大。
未来海洋重防腐涂料的发展方向是:环保、节能、省资源、高性能和功能化。
① 低表面处理防锈涂料不但可以减轻表面处理的压力,避免预处理对环境造成的污染,并可节约大量维修费用;② 无铅无铬化是无公害高性能防锈颜料和填料的发展方向;③ 水性无机富锌涂料作为零 VOC的环保型水性防腐涂料被广泛应用;④ 无溶剂涂料是研究的热点,主要有无溶剂环氧涂料、无溶剂聚脲和聚氨酯涂料;⑤ 纳米粒子的引入可以改善涂料流变性,提高涂层附着力、涂膜硬度、光洁度和抗老化性能,是重要的发展方向之一;⑥ 超耐候性面漆——氟碳树脂及含氟聚氨酣等改性材料是面漆基料的极佳选择,除用于船壳漆外,还可用于接触强腐蚀介质的内舱涂料等。换句话说,高固体化、无溶剂化(包括粉末涂料化)或弱溶剂化、水性化、无重金属化、高性能化、多功能化、低表面处理化、省资源化以及智能化等是涂料发展的国际趋势。
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