船舶防腐抗污涂料

在盐水介质、土壤、潮湿大气中,金属的腐蚀无处不在,它主要集中在金属表面。据统计,每年全世界钢材产量的1/3因腐蚀而损耗,我国每年因腐蚀所造成的直接经济损失约占国民生产总值的4%,这给国家和社会带来了巨大的经济损失。目前,大多数海洋船舶的主体结构为金属材料,在远洋航行过程中,船体长时间浸泡在含盐、氧、电解质及其它有害物质的海水中,在一些亲水基团和水溶性成分或离子的作用下,船体表面极易发生电化学腐蚀。

在盐水介质、土壤、潮湿大气中,金属的腐蚀无处不在,它主要集中在金属表面。据统计,每年全世界钢材产量的1/3因腐蚀而损耗,我国每年因腐蚀所造成的直接经济损失约占国民生产总值的4%,这给国家和社会带来了巨大的经济损失。目前,大多数海洋船舶的主体结构为金属材料,在远洋航行过程中,船体长时间浸泡在含盐、氧、电解质及其它有害物质的海水中,在一些亲水基团和水溶性成分或离子的作用下,船体表面极易发生电化学腐蚀。同时,大量海洋生物分泌的粘性物质大面积附着或寄居于船体表面,使船舶自重持续增加,被海洋生物污染后的船体表面积和表面粗糙度显著增大,导致船体所受的阻力激增,不仅阻碍船舶航行,降低航行速度,还增加船舶燃料消耗,严重影响海洋船舶的航行安全和装载能力。

目前,船舶一般采用天然或合成的复合涂料、油漆来保护船体表面。但其防腐效果并不太乐观。防污类涂料则主要有氧化亚铜防污涂料、有机防污涂料(成分:有机锡丙烯酸共聚物和氧化亚铜)、无锡自抛光防污涂料(一类为丙烯酸锌或铜的共聚物、一类为硅烷化丙烯酸聚合物)和低表面能防污涂料,而单纯靠氧化亚铜防污则存在毒料渗出率不稳定、表面粗糙、广谱性差;如果船舶航速太低或者停泊时间太长,无锡自抛光防污涂料的作用将会大大降低,甚至不起作用;低表面能防污涂料存在同底层防腐涂料附着差,只适用于动态防污、对苔藓虫和藻类的附着无抑制作用。

随着国际对油漆和涂料类环保法规的制定与执行,传统的溶剂型金属重防腐抗污涂料因VOC含量超标,其使用受到很大限制。因此,人们开始逐渐转向高固分涂料、粉末涂料、水性涂料等新型环保型涂料的研制。现在市场上出现的许多冷喷锌涂料,它们具有冷镀锌涂料的一些特点,如干膜锌粉含量高达96%,但规格不一,并没有统一的标准,该涂料并没有得到广泛推广。国内现在大多数打着“冷镀锌”的牌号,但其电导率不足,无法真正达到纯镀锌涂层所具备的主动阴极保护作用。若只将锌粉基料与涂料简单配制,防腐抗污效果肯定很差。因为,与其他金属相比,锌的电极电位还不够负,自腐蚀电流相对较大,所制备的牺牲阳极材料,其防腐效果并不是最长效,加上锌粉比重较大,在涂料配制时,要想实现金属粉末的均匀、弥散,其难度较大。且涂料长时间储存时易于沉淀或结块,涂料施工时必须持续搅拌,在海洋船舶工程应用中还主要以热喷涂为主,漆膜厚度难以减薄,造成涂层制备所需的造价相对昂贵。

作为抵御海水腐蚀与污染的重要手段,涂料保护是迄今为止应用最广泛、最经济、最有效的防护手段之一。在建造大型油轮、LNG船和浮式储油船时,涂料用量往往仅次于钢铁材料,每年船舶涂料的消耗量高达15万吨以上。船用涂料品种繁多,通常分为船底涂料、舷侧涂料、上层甲板涂料和内舱涂料,其中船底涂料又包括防锈涂料和防污涂料。船壳涂料的防腐主要是利用涂层的高阻隔(屏蔽)性能将金属壳板与海水中的电解质(氧、氯离子等)隔离,通过阴阳极之间的物理隔离来阻止、减缓金属的电化学腐蚀。当涂层本身完整,无漏涂、针孔、破损等缺陷且自身不亲水、不吸收水分时,涂层可以完全避免金属腐蚀的发生。而事实上,涂层中难免存在某些“微孔”,电解质中的离子极易借助水分子穿过这些“微孔”,从而渗透、扩散到金属表面。最终,导致电化学腐蚀加剧。船舶下水后,涂层还受水流、泥沙冲蚀、机械碰撞、干湿交替、压力交变、海生物附着以及坞墩漏涂等多种因素影响,浸在海水中的船壳极有可能存在局部透水和裸露。若只是单独采用涂层保护,将无法避免船体被腐蚀。

        因此,必须对其施加阴极保护,让阴极保护的电流集中流向这些裸露部位,使船体得到充分保护。如不采取阴极保护,局部裸露部位则极易形成阳极区,当其与强阴极区偶合时,船壳表面极易形成麻坑和溃疡蚀坑,其腐蚀速率远高于钢的平均腐蚀速率。相反,若船体只有阴极保护而没有好的涂料也不行。原因是,一般涂有油漆的壳板所需的保护电流密度为5-16mA/m2,而裸露的钢材或铜螺旋桨的保护电流密度为150-300mA/m2,即其所需的保护电流密度是涂漆钢板的30倍以上,为此需要在船壳上增加大量的牺牲阳极材料,这在经济上和船舶动力上都是不允许的。大量实践表明,喷涂高性能长效船用底漆和面漆,减少阴极保护所需的电流量,再施加合适的阴极保护,可以大大减缓涂层消耗,抑制漆膜因渗水锈蚀对涂层附着力的影响。

彩果船舶防腐涂料具有优异的防腐抗污性能,而且所形成的涂层附着力和对水的屏蔽作用远比油性涂料所制备的涂层强,产生的针孔少,防腐抗污周期更长、造价更低。尤其是在河流入海口地区,针对陆海双向的腐蚀与污染,涂层表现出来的各项效果更为突出,既可作为船舶防腐抗污涂料的面漆使用,也可作为底漆使用。

    

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