船舶防腐污涂料的可持续发展方向

海洋环境是非常严酷的腐蚀环境，海洋船舶及海洋工程设施所用的防护涂料属于重防腐涂料，范畴非常广泛。如防锈底漆、船壳漆、甲板漆、内舱漆、集装箱涂料，海港设施及平台涂料，油罐涂料，海水冷却管道用涂料等。随着世界海洋工业的迅速发展和环境保护法对船舶工业的影响，我国船舶涂料今后可持续发展方向是重点开发高性能及环保型涂料。

　　1 ． 1 低表面处理防锈涂料

　　船舶及海洋设施有许多狭小紧密或不能搬动的部件，维修时往往难以进行彻底的表面处理，正常处理后仍带有不同程度的锈蚀物，并常处于高度潮湿及带油 ( 油舱维修中 ) 的状态，需要一种在恶劣表面可直接进行涂装的高性能低表面处理涂料，这种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。

　　1 ． 2 高性能无公害防锈颜料和填料

　　钝化型或缓蚀型船舶重防腐涂料一般使用含铅、铬等重金属的防腐颜料，这些颜料有一定的毒性。为此，研究开发了抑制钢铁腐蚀的新型活性颜料，如磷酸锌、磷酸钙、钼酸锌、钼酸钙以及其他含磷化合物等；新型的锌 — 硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料等也是替代重金属颜料的有效品种。金属锰及其他化合物如四氧化锰，作为防腐抑制性颜料在涂料中使用，无论单独效能还是综合效能与传统的钼酸盐和铬酸盐抑制性颜料几乎具有相同防腐效果；铁氧体作为防腐蚀活性颜料也有极佳的防腐效果。美国 Gerace 公司使用离子交换型防腐颜料代替重金属防腐颜料生产的防腐涂料，已用于北海油田平台防腐。 Moly—white 公司最新研制出无毒防锈颜料 —— 磷钼酸锌钙，该颜料性能优异，防锈能力超过红丹粉 8 ～ 10 倍，但价格较为昂贵。

　　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，也是重要的发展方向之一。

　　1 ． 3 超耐候性面漆

　　有机硅树脂涂料的耐候性和耐久性极好，一般可使用 10 ～ 20 年或更长的时间，可用作防腐体系的面漆，纯有机硅树脂因物理性能过于极端，难以直接用于重防腐体系。目前开发的可用于防腐体系的新型低温固化改性有机硅树脂涂料主要有：有机硅醇酸树脂涂料、有机硅橡胶改性聚氨酯涂料、丙烯酸有机硅树脂涂料等。

　　氟碳树脂是近年来广受关注的新型材料，具有极其优异的耐候性、耐水耐油性、耐沾污性、耐化学药品性、耐溶剂性等，是制造超耐候性重防腐涂料及建筑涂料的优良材料。在极其苛刻的海洋腐蚀环境下，氟碳树脂及含氟聚氨酯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。

　　1 ． 4 无溶剂涂料 —— 环氧涂料和聚氨酯涂料

　　用低黏度液体环氧树脂制成的无溶剂环氧涂料具有一次成膜、便于喷涂、可常温固化、边缘覆盖性好、防腐蚀性能优异等特点。由于施工过程中无有机溶剂挥发，不仅漆膜厚度及防腐效果得到保障，而且液舱内部施工环境和施工安全性明显改善。

　　美国 Eebron 公司生产的无溶剂聚氨酯涂料可用于海洋设施、船舶、石油设备等的防腐，具有无针孔、快干、膜厚、易施工、耐候、机械性能优良等特点

　　2 船舶防污涂料的发展方向

　　海洋生物对船体以及其他海洋设施的附着污损会带来一系列严重问题，如使船舶速度降低，油耗增加，水下结构被腐蚀破坏，浮标及航海设施质量增加，设备移动部件失灵，水下管线阻塞等。人们曾使用含砷、镉、铅、铜、锡等化合物作为防污剂防止海洋生物附着，但这些化合物有毒，除铜化合物和有机锡化合物，其他已被禁止使用。铜和锡的化合物作为防污剂用于制备防污涂料，可获得有效的防污效果。但有机锡防污剂有毒，能在水中稳定积累，引起一些生物体畸形，且可能进入食物链，已引起广泛重视，国际有关组织已禁止有机锡化合物作防污剂使用。

　　目前，新型防污涂料的研究开发主要采取 4 条路线：改变涂层表面的物理化学特性，如低表面能防污、高吸水不稳定表面防污、表面植绒防污等；采用生物化学和仿生防污方法；开发新型无毒防污剂，进一步发展自抛光防污涂料；电解海水防污涂料，离子交换树脂型防污涂料等。

　　2 ． 1 低表面能涂料

　　这种涂料基于涂层的低表面能特性发挥防污作用，亦称污损物解除型防污涂料。涂料表面具有低的表面能，海洋生物难于附着或者附着不牢，船舶航行时在水的剪切力作用下可以使附着生物解除，或利用专门的清理设备很容易地将附着生物去除，从而达到防污目的。

　　一般认为，只有涂料的表面能低，即涂料涂装体的接触角 >98° 时才具有防污效果，该类型的涂料主要有有机硅和有机氟两大类，如有机聚硅氧烷 (W001—72915) 、含氟聚氨酯、硅氧烷聚氨酯、氟有机硅等。目前随着纳米技术兴起，还出现将纳米粒子应用于低表面能涂料的研究。该种涂料不含有毒物，从环保角度讲是一种理想的选择。

　　2 ． 2 生物化学防污剂及仿生涂料

　　生物化学防污剂及仿生涂料概念源自人们对海洋生物天然的防附着特性的认识，海洋生物如海豚、海蟹等长期置身海水，但没有附着生物粘附。研究发现，海洋生物通过分泌一种对附着生物有避忌或抑制作用的特殊化学物质，或者通过特殊的表面形态，避免其他海洋生物在体表附着。依据这些机理，人们研制开发了仿生防污涂料。

　　通过对多种陆地植物 ( 如桉树、辣椒等 ) 和海洋生物 ( 主要为海洋无脊椎动物 ) 的研究，人们提取获得了一系列具防污活性的天然产物，包括有机酸、无机酸、内酯、酚类等 60 余种天然化合物，但这些化合物的防污机理尚不清楚。

　　为了解决天然防污剂产量少的问题，人们正在寻找人工合成的方法，现已出现许多相关专利及报道。

　　由于大型海洋动物、鱼类的表面有一层十分光滑且不稳定的粘膜，主要是可再生的粘液蛋白，吸水性极强，处于湿滑状态，附着生物难以粘附。受此启发人们研究了具有特定表面性能的高分子材料，对一些生物的表皮状态进行模仿，开发出高吸水不稳定表面防污涂料、表面植绒防污涂料等仿生防污涂料。

　　另外，通过对鲸的表皮结构和人体血管内壁研究发现，微相分离结构的物体表面也具有有机物附着的特性，藉此研究开发出具有微相分离结构 —— 也称海岛型结构的聚合物，这种聚合物由亲水和亲油两部分组成，不利于海洋生物附着。

　　2 ． 3 海水电解导电涂料

　　海水电解导电涂料的工作原理是以导电涂层为阳极，船壳钢板为阴极，当微小电流通过时，会使海水电解，产生次氯酸钠，藉此达到防止海洋生物在船壳表面附着的目的。为提高导电涂料的使用寿命，研究人员对导电防污涂料配制所用的树脂、导电填料和固化剂等进行了详尽的研究。国外已在 40t 、 200t 等多艘小型船舶上进行了实验，并扩大到大、中型船舶上使用。

　　2 ． 4 无毒防污和新型无锡自抛光涂料

　　铜 - 助防污剂系列：有机锡化合物作为防污剂被禁止使用后，低释放率的铜基防污涂料受到青睐。

　　铜广泛分布于动植物的组织中，毒性相对较低。通常在防污涂料中单独使用铜，对硅藻及其他藻类无防污效果，必须加入辅助毒剂，如异噻唑啉酮，三嗪类及氧化吡啶硫醇与锌、铜络合物等杂环类化合物，以铜 — 助防污剂的自抛光防污涂料，称为无锡自抛光防污涂料。

　　强酸强碱系列：海洋污损生物适宜在 pH 值为 7 ． 5 ～ 8 ． 0 的微碱性海水生长，不易在强碱或强酸环境生存。由此，开发出一类新型无毒防污涂料。以高酸值树脂或添加高酸性防污剂制得的防污涂料，涂膜表面呈酸性，形成不适合海洋生物生长的微环境，从而达到驱赶和防潮效果。

　　综上所述，船舶防腐防污涂料新品种的开发日新月异，我国船舶防腐防污涂料品种较少，今后应注意国际上船舶防腐防污涂料发展趋势，加速开发新型防腐防污涂料新品种，以满足我国船舶工业迅速发展的需要。