水性防腐涂料在船舶涂裝中的應用探析

孔德成，魏 楊

（江南造船（集團）有限責任公司，上海 200032）

0 引言

船舶涂裝與其他鋼鐵制造業涂裝存在典型差異，主要基于其外形龐大、結構復雜且基本是露天作業，使得船舶涂裝要求更為嚴格，在涂料選擇上，必須使用生命周期長且耐腐蝕的涂料，涂料配套方案的科學設計是進行船舶涂層處理的基本。國內外經驗表明，水性環氧船舶漆在船舶涂層應用較廣，是極具代表性的水性防腐涂料，但我國水性環氧船舶漆才剛開始生產和應用，無法滿足我國船舶涂層的需要，加上國外進口價格高昂，水性環氧船舶漆在我國處于極度空缺狀態，其使用率不足1%。開發和研究水性環氧船舶漆，提高我國船舶涂層水性占比具有重要意義。

1 水性防腐涂料的分類和發展

1.1 水乳膠型涂料

水乳膠型涂料主要原料為樹脂，利用乳液聚合原理通過復雜工序制作完成。乳液聚合技術在行業中有廣泛利用，除了船舶行業，還有建筑、工業防護行業等都有不錯的作用，在其逐漸發現運用中，產生了諸多衍生產品。乳液聚合技術有均相和異相2 種表現形式，均相乳液聚合常用材料為一次性乳液聚合；異相乳液聚合通過分步乳液聚合，也稱核殼結構乳液聚合，是后續經推廣使用的全新方法。20 世紀90 年代末期發現產生了雜化乳液聚合，通過樹脂制備改良而來，環氧樹脂、聚氨酯樹脂等都是這類工藝的典型產品[1]。

1.2 水可稀釋型涂料

這類涂料需要溶解在樹脂溶劑中才能與其它材料或者助劑混合均勻，并且進行染色處理。然后利用水溶性溶劑將上述溶液通過鹽基團融入到水中，以達到涂裝的目的。這類樹脂材料種類比較有限，主要有聚氨酯樹脂、聚酯樹脂以及環氧樹脂等，通過在它們鏈狀分子結構中引入某些親水分子基團，使得處理后的聚合物可以與水很好的互溶，從而得到能夠很好融入到水中的涂料。考慮到這種可溶于水的涂料特殊性質，一般情況都將其應用到電泳底漆方面，極少在氣干性涂料設備上使用。水可稀釋型涂料大多是通過核殼結構來制備，并且其酸值非常低。這類涂料在制備時，需要將符合制備要求的樹脂利用酸值單體自由基的作用，促使接枝可以與目標分子鏈對接，然后在胺作用下，將酸單體中和，形成的聚合物可以在水中具備很好的分散能力。特別是這種核殼結構，不僅可以保證材料的穩定性，還可以大量減少材料親水基團的含量，同時內核和外層殼體之間還能相互作用，提高材料綜合性能。

1.3 乳液型涂料

這種涂料通過將油溶性聚合物進行乳化后得到，利用外加強制力將乳化劑與聚合物進行分散，促使其能夠在水中快速溶解。長期以來，這種制作方法偏于保守，乳化劑處于游離狀態，并不與聚合物一起成膜，這種制備手段會導致涂料的防腐與防水效果較差。但隨著新工藝發展，乳化技術取得新突破，制備出的涂料性能得到大幅度改良。

2 水性防腐涂料在我國船舶涂裝中的應用

2.1 船舶涂料發展趨勢

近年來，國家對環保要求越來越高，建立資源節約型社會，實現可持續發展。船舶涂料也開始向環保方面推進，涂料作為傳統化工產品，不可避免地會產生一定的環境污染，但是隨著新技術應用，船舶綠色環保涂料逐漸取代了低固含量涂料，并且我國東南沿海地區開始大量使用環保水性防腐涂料。尤其是在高端防腐涂料市場，綠色環保防腐型船舶涂料已經是主流產品，并且整個涂料體系開始向水性涂料方向發展[2]。為了順應環保要求，涂料相關的顏料也開始被一些環保型材料替代。

2.2 目前我國水性船舶涂料現狀和主要品種

國外對于環保型涂料應用要早于國內，歐美一些發達國家跨國公司已經積累大量的技術，開發出多種水性船舶防腐涂料產品。我國直到20世紀80年代開始接觸到水性防腐涂料，但主要是購買國外產品。目前來看，大量使用水性防腐船舶涂料的企業主要是一些合資廠，國內廠家很少使用水性涂料。整體來看，水性防腐船舶涂料主要在對防腐要求不太高的船舶內艙中，特別是機艙和生活區域，對耐腐蝕要求較高的部位，如壓載艙等區域，基本上不使用水性涂料?？紤]到船舶空間限制，船員在船舶中通常處于較為狹小和封閉環境中，并且操作空間較小，在涂裝施工中一旦發生火災，會導致重大損失。另外，涂料還會被船艙內的絕緣和包覆布等材料吸收，并將其封閉在孔隙中，造成船艙內長時間釋放涂料氣體，影響到船員正常生活，并且對船員身體造成威脅。而水性防腐涂料施工簡單，還能與其他施工階段同時進行，大幅度提高造船效率。并且當前水性防腐涂料產品均為環保型，對施工人員和船員工作環境有很大改善，而且內艙區域對防腐涂料要求相對其他區域要低[3]。因此，水性防腐船舶涂料具有非常好的應用前景。經過多年的發展應用，目前國內應用在船舶防腐方面的水性涂料有多種體系，根據調查分析，當前主要存在的幾種水性船舶涂料體系如表1 所示。

表1 國內主要的水性船舶涂料種類

盡管溶劑型與水性涂料相比于傳統涂料在環保上有很大的改善，然而國內市場上銷售的各類水性涂料質量千差萬別，對于海軍這種高要求，極少有產品能夠滿足應用要求。為此，多數企業開始技術攻關，對海軍需求的水性防腐涂料進行研究，但在實際測試中，總是不能達到檢測目標，特別是甲醛濃度不能高于1.0×10-5。所以，只有極少量的企業能夠制備出滿足試驗要求的水性防腐涂料[4]。

2.3 水性船舶防腐涂料發展存在的主要問題

1）產品種類少。我國水性防腐涂料目前種類不夠齊全，可選擇的余地很小，另外缺乏完善的與之配套的產品，而且產品總體來說還處于極其不穩定的狀態，不時會出現各種狀況，我國水性船舶涂料技術水平還較低，要真正最大程度發揮其作用，必須加強技術創新，以高品質為核心，生產技術過關的高性能產品[5]。目前我國水性船舶防腐涂料種類多半為防銹底漆和面漆。

2）施工性能問題。我國水性防腐涂料施工要求較高，一般只有在常溫狀態下其產品性能才能正常發揮，如遇低溫施工，防腐涂料受溫度影響難以快速揮發，影響其正常性能，使得涂料因不能快速揮發而在船舶表面流動，繼而凝固后影響表面美觀度。

3）功能性還不足。我國水性防腐涂料因其環保特性而大受歡迎，但是其他性能還處于明顯不足的狀態，譬如抗沾污性不強，表觀極易受影響；不抗結露；防霉性能差等。

3 結語

水性涂料的溶劑是水，由此改變了以往涂料需大量使用石油資源的境況，也減少了有機揮發物的排放，水溶劑低碳環保，符合當今可持續發展的要求，有利于環境、生態保護，具有非常重要的現實意義。水性涂料因其材料特性，施工較為安全，改變了以往易燃易爆的局面，使得多項施工可同步進行，提高了施工效率和質量。水性涂料的發展完善，必將為其在船舶涂裝行業贏得優勢性競爭地位。