海洋工程構筑物大致分為:海岸工程(鋼結構、鋼筋混凝土)、近海工程(海洋平臺、鉆井、采油、儲運)、深海工程(海洋平臺、鉆井、采油、儲運)、海水淡化、艦船(船體、壓載艙、水線以上),簡稱為船舶與海洋工程結構。船舶與海洋工程結構的主要失效形式包括:均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕 / 磨損、海生物(宏生物)污損、微生物腐蝕、H 2 S 與CO 2 腐蝕等等。控制船舶和海洋工程結構失效的主要措施包括:涂料(涂層)、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學保護(犧牲陽極、外加電流陰極保護)、緩蝕劑、結構健康監測與檢測、安全評價與可靠性分析及壽命評估。
從腐蝕控制的主要類型看,涂料(涂層)是最主要的控制方法、耐腐蝕材料次之,表面處理與改性是常用的腐蝕控制方法,電化學保護(犧牲陽極與外加電流)是海洋結構腐蝕控制的常用手段,緩蝕劑在介質相對固定的內部結構上經常使用,結構健康監測與檢測技術是判定腐蝕防護效果、掌握腐蝕動態以及提供進一步腐蝕控制措施決策和安全評價的重要依據,腐蝕安全評價與壽命評估是保障海洋工程結構安全可靠和最初設計時的重要環節。建立全壽命周期防護理念,結合海洋工程設施的特點及預期耐用年數,在建設初期就重視防腐蝕方法,通過維修保養實現耐用期內整體成本最小化并保障安全性,是重大海洋工程結構值得重視的問題。
一、防腐涂料(涂層)
涂料是船舶和海洋結構腐蝕控制的首要方法。海洋涂料分為海洋防腐涂料和海洋防污涂料兩大類。按防腐對象材質和腐蝕機理的不同,海洋防腐涂料又可分為海洋鋼結構防腐涂料和非鋼結構防腐涂料。海洋鋼結構防腐涂料主要包括船舶涂料、集裝箱涂料、海上橋梁涂料和碼頭鋼鐵設施、輸油管線、海上平臺等大型設施的防腐涂料;非鋼結構海洋防腐涂料則主要包括海洋混凝土構造物防腐涂料和其他防腐涂料。
海洋防腐蝕涂料包括車間底漆、防銹涂料、船底防污涂料、壓載艙涂料、油艙涂料、海上采油平臺涂料、濱海橋梁保護涂料以及相關工業設備保護涂料。海洋防腐涂料的用量大,每萬噸船舶需要使用 4 ~ 5 萬升涂料。涂料及其施工的成本在造船中占 10% ~ 15%,如果不能有效防護,整個船舶的壽命至少縮短一半,代價巨大。
海洋防腐領域應用的重防腐涂料主要有:環氧類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠類防腐涂料、氟樹脂防腐涂料、有機硅樹脂涂料、聚脲彈性體防腐涂料以及富鋅涂料等,其中環氧類防腐涂料所占的市場份額最大,具體見表2。實際上,從涂料使用的分類看,涂料可以分為:底漆、中間漆和面漆。其中,底漆主要包括富鋅底漆(有機:環氧富鋅;無機:硅酸乙酯)、熱噴涂鋁鋅;中間漆主要有環氧云鐵、環氧玻璃鱗片;面漆包括聚氨酯、丙烯酸樹脂、乙烯樹脂等。
我國重防腐涂料增長率較快,2012年我國涂料總產量 1270 萬噸,居世界第一位,但企業數量多,單產低。
我國涂料生產企業的產量在 5000t 以上的涂料企業不足 10%。美國涂料年生產總量約 700 萬噸,廠家只有 400 多個。日本是世界第 3 大涂料生產國,總產量 200 萬噸,生產企業只有 167 家。我國許多涂料公司的產品質量正在不斷提高,中高端市場正在逐漸擴大。我國雖有先進的納米復合涂料技術,但其產量還需要進一步擴大。
未來海洋重防腐涂料的發展方向是:環保、節能、省資源、高性能和功能化。
① 低表面處理防銹涂料不但可以減輕表面處理的壓力,避免預處理對環境造成的污染,并可節約大量維修費用;② 無鉛無鉻化是無公害高性能防銹顏料和填料的發展方向;③ 水性無機富鋅涂料作為零 VOC的環保型水性防腐涂料被廣泛應用;④ 無溶劑涂料是研究的熱點,主要有無溶劑環氧涂料、無溶劑聚脲和聚氨酯涂料;⑤ 納米粒子的引入可以改善涂料流變性,提高涂層附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能,是重要的發展方向之一;⑥ 超耐候性面漆——氟碳樹脂及含氟聚氨酣等改性材料是面漆基料的極佳選擇,除用于船殼漆外,還可用于接觸強腐蝕介質的內艙涂料等。換句話說,高固體化、無溶劑化(包括粉末涂料化)或弱溶劑化、水性化、無重金屬化、高性能化、多功能化、低表面處理化、省資源化以及智能化等是涂料發展的國際趨勢。
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