重防腐陶瓷涂料新技術的特點及應用前景

李平舟

摘 要：重防腐耐磨陶瓷涂料是以環氧樹脂為成膜物質，陶瓷粉作為耐磨填料的可在常溫固化的雙組分涂料。該涂料具有高耐磨性、優異的耐蝕性、綜合物理、機械性能，越來越廣泛地應用于國民經濟的各個領域。本文根據重防腐陶瓷涂料主要組成的成份，介紹了重防腐陶瓷涂料的功用與適用領域，闡述了重防腐陶瓷涂料主要的性能特點，研究了重防腐陶瓷涂料的主要機理，提出了重防腐陶瓷涂料的開發應用方向。

關鍵詞：重防腐；陶瓷涂料；開發應用

1 前言

金屬的腐蝕是金屬受環境介質的化學或電化學作用而被破壞的現象。金屬的腐蝕遍及國民經濟各個領域，給國民經濟帶來了巨大的損失。在工業發達的國家中，每年腐蝕生銹的鋼鐵約占產量的20%，約有30%的設備因腐蝕而報廢，腐蝕造成的直接經濟損失占國民經濟總產值的1%～4%。在中國，由于金屬腐蝕造成的經濟損失每年高達300億元以上，占國民生產總值的4%。如何減少因金屬腐蝕而帶來的經濟損失意義重大，各國科學家正在積極尋找有效的方法。研究結果表明，目前最有效的方法是在金屬易腐蝕部位涂刷重防腐蝕涂料。重防腐耐磨陶瓷涂料是以環氧樹脂為成膜物質，陶瓷粉作為耐磨填料的可在常溫固化的雙組分涂料。該涂料具有高耐磨性、優異的耐蝕性、綜合物理、機械性能。因此，越來越廣泛地應用于國民經濟的各個領域，越來越走近普通人的生活。

2 重防腐陶瓷涂料主要組成成份

化工行業腐蝕介質長期腐蝕隨時存在，重防腐涂料能在相對苛刻腐蝕環境中長期應用，并保持很好的涂膜狀態，比常規防腐涂料強的抗腐蝕性的涂料稱之為重防腐涂料。

重防腐陶瓷涂料中含有三種改性陶瓷粉，將納米、亞微米陶瓷顆粒和樹脂結合在一起，起到保護作用。陶瓷顆粒被包裹上樹脂，在固化過程中產生的收縮極小，固化后涂層內應力非常小。涂層具有持久、堅韌，超強的附著力，以及重防腐、強耐磨性、強潤滑性、極好的柔韌性、低滲透率、涂層薄、綠色環保等性能特點。

雙官能團環氧樹脂不僅作為主要成膜物質參與成膜，而且它是黏度低的液態物質，起著很重要的稀釋劑的作用。這樣可以避免過多的有機溶劑揮發造成氣孔，致使涂層不致密，形成缺陷，也可以減少環境污染以及對施工人員的損害。另一種環氧樹脂選用E244型環氧樹脂。其E244型環氧樹脂的質量分數在95%以上。重防腐陶瓷涂料是屬于高固含量、雙組分涂料，所用固化劑的黏度較低，使用期較長， 固化劑為無毒的胺改性固化劑，在涂層中有良好的分散性，與漆料成膜后的涂層具有足夠的強度和韌性。涂層具有抵抗外界機械磨損和化學腐蝕的良好性能。

3 重防腐陶瓷涂料主要的性能特點

重防腐陶瓷涂料主要性能特點如下：一是具有超強的附著力。它可以直接涂敷在碳鋼、不銹鋼、鋁、鈦、玻璃纖維、復合材料、塑料及混凝土的表面；二是重防腐。涂層中含有大量的超細陶瓷粉，陶瓷粉成份在固化過程中收縮小，涂層的內應力小；其細度越高，陶瓷粉之間空隙就愈小，所形成的涂層愈致密。由于涂料中采用的是三種不同種類、不同粒徑超細陶瓷粉，相互之間可以互相填充，因而陶瓷粉與環氧樹脂緊密結合，可形成致密涂層，有效地防止腐蝕介質的侵入。可以在自然溫度下，pH值在4～11范圍內，抗酸堿腐蝕。在規定的pH和溫度范圍內，能耐石油餾份和溶劑；三是強耐磨性。涂層中含有多種耐磨填料，耐磨性能尤其突出，抗磨損性是其它薄層涂料3～4倍；四是具有極好的柔韌性、強潤滑性。動摩擦系數相當于PTFE（聚四氟乙烯）涂層；高工作溫度，149 ℃以下可連續工作；低滲透率長期在3.5%氯化鈉溶液中浸泡，涂層電阻可達109Ω以上且長期保持不變；五是涂層薄，一般重防腐涂料都是厚漿涂料（0.5～3.0 mm），需多次涂覆；而該涂料具有涂層薄特點，在一般腐蝕介質中，涂層固化后層厚只需0.100～0.200 mm，不僅減少施工工序，而且節約工程費。涂料有自我聚合功能，可現場修補，只需很小的表面處理。易涂敷，無需底漆，直接噴涂、涂刷，固化快，操作簡便；六是該涂料為高固含量涂料，固含量高達90%以上，綠色環保，大大減少了溶劑揮發所造成對環境的污染，是對環境友好的綠色涂料。

4 陶瓷粉空間結構對重防腐陶瓷涂料性能的影響

重防腐陶瓷涂料采用亞微級的陶瓷顆粒做填料，是一種能夠保護大多數金屬管道表面的耐磨防腐涂料，分為甲、乙兩組分。甲組分是陶瓷粉末、環氧樹脂和揮發性有機物的混合物，乙組分是固化劑。當配置好的HR耐磨防腐涂料經高壓空氣噴涂設備噴涂到經過表面預處理的工件表面后，涂料就會在常溫下逐漸固化，進而與基體粘結成具有高硬度、耐磨、耐腐蝕、抗高溫氧化等優點的陶瓷涂層。

陶瓷粉的種類不同，它的微觀結構也不同，即使同一種陶瓷粉由于生產工藝不同，其在微觀結構上也是多種多樣的。因此造成同一化學成份的陶瓷粉性能差異較大，為了探明陶瓷粉微觀結構對涂料性能的影響，選擇具有不同形狀的陶瓷粉進行對比。實驗表明，球型結構陶瓷粉在柔韌性、附著力、抗沖擊性能方面要優于片狀結構和不規則立體結構的陶瓷粉，尤其是在耐磨性方面，充分顯示了球型結構的優點。為此，選用球型結構的A、B、C陶瓷粉。

球徑小的陶瓷粉顆粒與環氧樹脂更易形成致密的涂層。這是由于陶瓷粉的球徑小，比表面積大，易吸附成膜物質而成為準交聯點，陶瓷粉與環氧樹脂的結合更牢固，形成的涂層的附著力、抗沖擊性能及耐磨性等指標均很優良。本實驗選用球型微米級或亞微米級的陶瓷粉。A、B、C三種陶瓷粉的品種對涂料的耐蝕性和綜合物理機械性能具有相當大的影響。選取單一品種陶瓷粉作為填料，會使涂料的綜合性能下降。陶瓷粉的加入會或多或少地影響環氧樹脂成膜，同時降低成膜物質在基體上的附著力。由于環氧樹脂與陶瓷粉形成的準交聯點的結合力比環氧樹脂本身的交聯點的結合力要弱，導致漆膜的附著力和抗沖擊性能、柔韌性等都有所下降。選用A、B、C三種特定的陶瓷粉按4∶4∶7混用，效果較好。

5 重防腐陶瓷涂料的適用領域及開發前景

在介質的腐蝕作用中，油田污水對設備的損壞最嚴重。因為油田污水成份復雜，礦化度很高，可高達5000～8000 mg/L，這種腐蝕介質對管道內壁的腐蝕性強，沖刷磨損能力強，金屬管道內壁的防腐任務十分艱巨，最有效的方法，便是涂刷性能很好的涂料。金屬基體防護采用陶瓷涂料，與有機涂料相比，具有耐高溫、耐磨、耐腐蝕和原料來自于天然礦物的優點，近幾年該領域正在形成研究熱點。

重防腐陶瓷涂料不需要底層涂料，可直接涂覆，能有效地隔絕酸、堿、鹽類介質和海水的浸蝕。重防腐陶瓷涂料適用范圍非常廣泛，可對鋼結構、混凝土結構、復合材料的設備和設施長期防腐，尤其適用于腐蝕惡劣、磨耗嚴重的場合。如：環境工程除塵脫硫設備；污水處理池、槽、罐；市政工程公路護攔、過街天橋、廣告牌、橋梁；石化冶金輸油、氣、水管道、井架、反應、地坪、轉動平臺，泵殼和葉輪，閥，管束等。目前國內管道內防腐主要有不銹鋼內襯，環氧粉末、納米鈦等技術。

最新重防腐涂料需要突破的技術有：防腐涂料的耐溫幅度、防高溫溶劑腐蝕、耐強酸強堿的腐蝕等。北京志盛威華化工歷經多年、上萬次的高溫試驗，研發生產的ZS-811耐高溫防腐涂料，耐溫可以達到1800 ℃，可以長期耐火燒烤，在火中防腐效果好。志盛威華開發的重防腐涂料技術水平和防腐技術延續深度已走國內前列，擁有多項核心專利。其中包括能耐氫氟酸的ZS-1033防腐涂料；能專門耐高溫煙氣和煙氣冷凝水強腐蝕摩擦的ZS-1041煙氣防腐涂料；能耐強有機溶劑的腐蝕和超高溫高壓氣體腐蝕的ZS-822復合陶瓷高溫防腐涂料、能專門耐住高溫煙氣和煙氣冷凝水強摩擦腐蝕的ZS-1041煙氣防腐涂料；能耐海水和海水濕氣腐蝕的ZS-711無機防腐涂料；耐強摩擦沖擊下腐蝕的ZS-1031；可以耐醚類、氟類、油類侵蝕腐蝕的ZS-821陶瓷防腐涂料等。這些重防腐涂料研發成功，科技含量高，應用前景廣泛，市場前景看好，為重防腐領域鋪下了厚重的積淀。

世界防腐涂料工業在不斷提高涂料性能的同時，正迅速向“無機環保化”方向發展。涂料工作者以無污染、無公害、節省能源、經濟高效為原則，開發無公害或少公害及防腐性能優異的涂料品種。目前提倡的防腐涂料技術整體設計的無公害化即指在研發時應考慮到涂料自身的各個組成部分（成膜物質、防腐涂料、溶劑及助劑）、原材料的合成及涂料生產過程、基材預處理過程、施工過程等的無公害化。在重防腐界，無機防腐涂料 正逐漸向不同高溫環境下特殊介質腐蝕、強堿蒸汽腐蝕、高摩擦性腐蝕、交替性腐蝕等特殊防腐方向發展。無機陶瓷防腐涂料的技術研發也將成為以后重防腐科技發展的關鍵所在。

重防腐涂料特殊材料的應用，與常規防腐涂料的技術上的主要區別是在于其技術含量高，技術難度大，已不再過分依賴涂料的知識和經驗，它取決于電子、物理、生態、機械、儀器和管理等多學科的知識和交匯，其技術來源于高耐樹脂的合成，高效分散劑和流變助劑的應用，新型抗腐蝕抗滲顏料與填料的開發、先進和特種試驗設備等配套措施等使用。隨著社會經濟的快速發展和大型建設工程的涌現，人們對防腐涂料的應用條件和使用時效要求也越來越高，重防腐涂料因此應運而生。

6 結語

作為涂料工業中發展潛力巨大的品種，重防腐涂料具有科技含量高、工程應用領域廣等特點，國內外都將某個國家重防腐涂料發展水平的高低作為衡量該國家涂料工業先進程度的標志。隨著重防腐涂料日益引起人們的關注，已經有越來越多的國內涂料企業意識到了這個產業的巨大魅力，同時也認識到了技術創新對于企業發展的重要意義。一些近年來在鋼結構領域初嘗甜頭的涂料企業紛紛加大了對重防腐產品的研發力度，并在品牌建設、施工服務等方面努力練好內功。而中科院等科研院所和各大高校也紛紛加大了對防腐新技術、新材料的科研投入。國內重防腐涂料技術創新正呈現出一派欣欣向榮的新氣象。