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材料的腐蚀与防护技术现状

材料的腐蚀与防护技术现状

分类:
媒体报告
作者:
来源:
2010/04/30 14:53
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节选自《公路附属设施金属防腐材料与工艺的应用研究》

  人类很早以前就开始了对腐蚀及防护技术的研究。我们的祖先早就对腐蚀与防护科学技术的研究做出了卓越的贡献。从己经发掘出的春秋战国时期的武器以及秦始皇时代的青铜剑和大量的弓箭来看,有的至今仍未锈蚀。经鉴定,在这些物件的表面上有一层含铬的氧化物层,而金属的基体中并没有含铬,说明该层保护层很可能通过人工氧化经高温扩散处理得到的。也就是说,早在两千多年前,中华民族就创造了与现代铬酸盐钝化处理金属相类似的金属防护技术。

  在20世纪初,由于化学工业及现代科学技术突飞猛进的蓬勃发展,经过电化学、金属学等科学家的努力,通过系统而深入的研究工作,确立了腐蚀历程的基本电化学规律,形成了一门独立的金属腐蚀学科。随着经济的发展,对化工产品的需求不断增加,越来越多生产设备的运行超过设计能力,对设备的维护与管理对全球企业来讲是保障企业安全稳定运行的重要基础。而工艺设备因腐蚀发生事故并造成巨大的经济损失已经成为迫在眉睫的问题,对防腐涂料的开发与生产成为世界各国竞相争夺的巨大市场。

  据粗略估计,目前世界上防腐涂料的品种应达到2000多种,从低档的沥青、醇酸、酚醛、氯化橡胶系列涂料到中高档的环氧酷、环氧、丙烯酸、聚氨酯、聚尿、有机硅和氟碳系列涂料,以满足不同环境的需求。国外从事这个行业生产的公司众多,产品的经营也千差万别。目前,国外生产防腐涂料的公司主要有杜邦、巴斯夫、阿克苏、诺贝尔和ICI公司等。有机聚合物是这些公司主要产品之一,为满足涂料性能不断提高的要求,这些产品的性能也在不断进行改善。既重视产品的开发,在品种齐全的基础上,又关注产品的质量,同时考虑降低成本,提高产品的性价比及市场竞争能力。

  工业防腐涂料涉及的范围十分广泛,从被保护的底材可分为钢铁、混凝土、铝合金等表面用的保护和装饰涂料;按使用环境和用途又分为海洋、汽车、桥梁、石油化工、冶金、机械家电等各行业使用的防腐涂料;根据使用也可分为通用性涂料和重防腐涂料;按施工条件和方法分为常温固化、高温固化和辐射固化等涂料。近年来,随着钢铁材料的大量使用,对钢铁材料的防腐涂料的开发倍受关注。目前主要的防腐涂料体系有以下几种:

(1)环氧树脂防腐涂料

  由于环氧树脂吐露具有优异的防腐性和耐化学品性,在防护涂料中已占主导地位。其对众多底材具有极佳的附着力和良好的柔韧性,并可通过多种固化剂固化而获得不同性质的漆膜。但它在低温下固化慢,户外耐候性能不理想。采用环氧改性聚氨醋树脂涂料,其固含量高,分子量大的环氧树脂与多异氰酸酷反应速度快,但施工周期短,不适合间断施工。分子量低的环氧树脂与多异氰酸酷反应交联密度低,涂料的黏度小,涂层厚度不易满足施工要求。将环氧树脂对丙烯酸进行改性(日本关西公司开发)成功兼备环氧树脂的防腐性和丙烯酸树脂的耐候性,并具有底面合一的性能。涂料涂布量较少,挥发性有机污染物排放可减少10%,总涂装成本仅为传统涂料的75%。

(2)玻璃鳞片防腐涂料

  普通高聚物防腐吐露的涂层一般都存在结构孔隙,在成膜过程中因溶剂挥发造成针孔和收缩应力产生裂纹。这不仅给涂层造成缺陷,还难以抵御腐蚀介质的渗透,形成膜下腐蚀,无法满足长效防腐的需求。在涂料中材料玻璃鳞片等片状填料,可制备高固体份的玻璃鳞片防腐涂料,它具有优良的耐化学腐蚀性和抗老化性能,不易出现涂层的龟裂和剥落现象,具有优异的附着力和抗冲击作用。由于它多以环氧树脂作为成膜材料,在低温固化和户外使用方面的性能较差。

(3)氯化橡胶涂料

  它以天然橡胶或合成橡胶为主,具有快干性、耐化学腐蚀性,涂层的柔韧性好,防水耐磨,抗老化性能优异,但固含量低,耐紫外线性能差,不适合户外使用。

(4)丙烯酸(酯)涂料

  该涂料具有良好的保色保光性能,在装饰性能方面作用明显。在防湿热、防盐雾和防霉菌方面具有突出的性能。丙烯酸酷涂料作为一种新型涂料随着石油化工工业的迅速发展成本不断降低,质量不断提高,已经成为发展最为迅速的树脂涂料。

(5)聚氨酯防腐涂料

  聚氨醋树脂涂料的优点在于可以低温固化,它与环氧底漆的配合使用可以成为重防腐涂装体系。但对钢构架和海洋构造物的防腐常存在涂层易变色、粉化,固化时间长、涂装次数多的缺点。

(6)聚酯树脂防腐涂料

  聚脉防腐涂料是一种综合性能独特的防腐体系,如快速固化(甚至在冰点以下可以固化),在只喷涂一层就可以形成高结构的漆膜,不含有机挥发份,低温条件下韧性好。目前,大部分的聚脉涂料体系是主要为芳香族产品,由MDI预聚物、聚氧化丙烯氨和芳香胺类组成。该类产品在色泽和保色性方面仍存在缺陷,对漆膜外观要求高的外用面漆的应用存在一定的局限性。对底材的附着力不好,仍需要通过涂装低漆改善对底材的附着力。该类涂层的抗化学品的性能也存在比较大的缺陷,特别是对溶剂和强酸的浸渍应用方面受到限制。

(7)氟碳树脂防腐涂料

  氟碳树脂防腐涂料是一种新型的防腐体系,具有超耐侯性(经户外长期使用和人工加速老化试验表明,可在户外使用20年以上)、耐腐蚀和耐化学品性、耐污染性(具有自我润滑的表面,表面光滑,粘附性小,不易被污染,即使被污染也非常容易清洗)、优异的施工性能、高装饰性(可调配出实体色、金属色、珠光色、特殊色等各种色彩和低、中、高等各种光泽)和耐温性。目前由于氟碳树脂的价格原因,使其在应用方面受到一定的限制。

  近年来,利用现有的涂层技术,针对涂层的性能添加纳米材料,合成纳米复合体系防腐涂层材料。纳米涂层的实施对象既可以是传统材料的基体,也可以是粉末颗粒或是纤维材料,主要用于表面修饰、包覆、改性和添增新的特性。纳米材料涂层可以提高涂层的硬度和耐磨性能,也可提高基体的防腐能力,同时达到表面装饰、修饰的目的。在成膜基料中加入添加纳米组分还可以提高涂层的耐盐蚀和耐紫外线侵害的能力,从而实现防降解、防老化等功能。由于纳米粒子组成的粉体材料,其颗粒尺寸在1~100nm之间,这一尺度范围与物质中的许多特征长度相当,使纳米粉体材料的物理和化学特征产生了不同于原子和分子等微观结构以及宏观物体的特异性能[14]。在众多的纳米涂层复合材料中,真正较为成熟并已近产业化的是纳米510:粉末涂层复合材料,关于这方面的研究己有不少报道[15~20]。对传统涂料而言,由于固化后的涂层在微观上是一个高分子网状结构加上大颗粒颜填料构成的,存在“结构孔”的微观结构,容易产生膜下腐蚀。含有纳米粉体材料的涂层正好填充了传统有机涂层无法避免的“结构孔”,理论上讲,可以形成几乎无孔的致密涂层,这是传统涂料无论如何也不可能实现的。因为纳米填充的涂层基本上杜绝了环境中各种腐蚀介质的渗入,可以实现环境介质在涂层中的“零渗透”。从而提高涂层的综合性能这是纳米涂层实现优异防腐性能的内在原因。

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