金屬腐蝕導(dǎo)致大量的銹蝕，使得金屬材料過早失效，容易造成嚴(yán)重的安全隱患、環(huán)境污染和大量的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)估計(jì)，全球每年因金屬腐蝕造成的損失超過2．0萬億美元。金屬腐蝕問題遍及國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，比如能源、環(huán)境、交通、建筑、化工、海洋工程等。因此，有效保護(hù)金屬具有重要意義。目前金屬基體常見的保護(hù)方法主要有4種，分別是添加緩蝕劑、表面改性、基體表面貼合防腐涂層以及電化學(xué)等手段。其中，選用基體表面貼合的環(huán)氧樹脂防腐涂層是最經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、應(yīng)用最廣泛的方法。
1環(huán)氧樹脂概述
環(huán)氧樹脂是指分子中含有兩個以上環(huán)氧基團(tuán)的聚合物。由于分子結(jié)構(gòu)含有環(huán)氧基和仲羥基活潑基團(tuán)，其中環(huán)氧基可與氨基、羥基、羧基等發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，固化形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物；而仲羥基可與羥基、羧基、異氰酸酯、烷氧基等發(fā)生縮合反應(yīng)進(jìn)行環(huán)氧樹脂功能改性。結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性使得基于環(huán)氧樹脂的多功能材料被廣泛研究。環(huán)氧樹脂通常在液體環(huán)境下使用，經(jīng)過常溫固化或加熱固化后才能夠達(dá)到最終的使用要求。固化后的環(huán)氧樹脂由于具備尺寸穩(wěn)定、力學(xué)性能良好、電絕緣性能較高以及耐受性極強(qiáng)等特性，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)功能涂料、電氣絕緣材料、金屬膠黏材料、建筑材料等相關(guān)領(lǐng)域。
2通過添加防腐填料來提高環(huán)氧樹脂防腐蝕性能
2.1物理型防腐顏填料在水性環(huán)氧樹脂涂料防腐蝕性中的應(yīng)用
氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一種衍生物，具有典型的準(zhǔn)二維空間結(jié)構(gòu)，以及較高的比表面能、良好的親水性和機(jī)械性能，在大多數(shù)有機(jī)溶劑中具有很好的分散穩(wěn)定性。以水性環(huán)氧樹脂E44和石墨烯為基體和納米填料，分別制備了增強(qiáng)防腐性能的復(fù)合涂層。SEM觀察表明，石墨烯/環(huán)氧涂層表面無缺陷和微裂紋，內(nèi)部微孔和微裂紋被石墨烯填充。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯的加入可以增強(qiáng)涂料的防腐性。將氧化石墨烯和磷酸鹽類物質(zhì)協(xié)同作用于WEP中，結(jié)果表明，復(fù)合填料的加入對改善涂層的耐蝕性和自愈性有積極的作用。2019年，以四氫呋喃為分散劑，2－甲基咪唑?yàn)榇呋袒瘎不熘频醚趸┓稚Ⅲw系。將其與有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂共混得到新型防腐涂料，復(fù)合涂料的防腐性能優(yōu)于單一環(huán)氧樹脂涂料。為了得到價(jià)廉質(zhì)好的水性涂料，通過對顏填料與WEP的制備與防腐性能研究，發(fā)現(xiàn)向涂料中添加帶有防腐性的顏填料，不僅能有效地提高涂層的防腐性能，而且能夠很大程度上降低涂料的成本。
2.2反應(yīng)型防腐顏填料在水性環(huán)氧樹脂涂料防腐蝕性中的應(yīng)用
工業(yè)中化學(xué)反應(yīng)型防腐顏填料種類繁多，其中以三聚磷酸鋁(ATP)為代表的磷酸鹽在市場上占比較大。使用卡拉膠(KC)對ATP進(jìn)行化學(xué)改性，得到具有良好水溶性的KC－ATP功能型填料，再將其應(yīng)用到WEP中，研究表明所制備的復(fù)合防腐涂層性能良好。導(dǎo)電聚合物作為一種新型的高分子材料，具有可逆的氧化還原特性，在金屬腐蝕防護(hù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。聚苯胺(PANI)具有良好的導(dǎo)電性、獨(dú)特的摻雜工藝、耐點(diǎn)蝕性和良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在金屬防腐領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。大量研究表明，PANI能在鋼表面形成鈍化層，降低腐蝕速率，使腐蝕電位發(fā)生正移。聚苯胺在防腐中的應(yīng)用包括單獨(dú)的涂層和作為涂層系統(tǒng)中的底漆層。聚苯胺在腐蝕防護(hù)和實(shí)現(xiàn)“綠色”防腐方面具有替代鉻酸鹽等有毒金屬的巨大潛力。以PANI為防腐填料，成功制備了綠色無污染的水性環(huán)氧復(fù)合防腐涂料，待其固化后，采用掃描電子顯微鏡、電化學(xué)阻抗譜等進(jìn)行表征，試驗(yàn)結(jié)果表明，涂層表面均勻致密，附著力好，防腐性能明顯提高。
3環(huán)氧樹脂防腐涂料的發(fā)展方向
3.1水溶性環(huán)氧樹脂防腐涂料
水溶性環(huán)氧樹脂防腐涂料由于具有無毒無味、低VOC以及施工操作方便等優(yōu)勢，被稱作“綠色涂料”。目前，制備方法主要包含機(jī)械法、相反轉(zhuǎn)法、化學(xué)乳化法和固化劑乳化法等。水溶性環(huán)氧樹脂防腐涂料具有無污染、安全無毒的優(yōu)點(diǎn)，可以替代目前廣泛使用的溶劑型涂料。通過三乙烯四胺與液體環(huán)氧樹脂的加成反應(yīng)、封端反應(yīng)和成鹽反應(yīng)，合成一種新型的基于縮水甘油叔羧酸酯的環(huán)氧樹脂自乳化固化劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩者質(zhì)量比為3∶1時(shí)，固化后的環(huán)氧樹脂膜的綜合力學(xué)性能最佳。最佳質(zhì)量比下，利用自乳化固化劑和環(huán)氧樹脂制備的固化膜具有良好的熱性能、韌性、附著力、硬度和耐腐蝕性。目前國內(nèi)外對環(huán)氧樹脂的水性化已經(jīng)趨于成熟，特別是化學(xué)乳化法。因此尋找新型的固化劑或者采用先進(jìn)的固化技術(shù)，如光固化等，從而改善水溶性環(huán)氧涂料的交聯(lián)度，縮短固化時(shí)間，將是今后研究攻克的難題。
3.2溶劑型環(huán)氧樹脂防腐涂料
無溶劑型環(huán)氧樹脂防腐涂料是有機(jī)溶劑含量趨于零的一類新型環(huán)保材料，在管道領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。由于涂層無溶劑殘留，使得涂層的針孔顯著減少，耐腐蝕性能大幅度提高。此外無溶劑型環(huán)氧樹脂防腐涂料既能夠減少生產(chǎn)施工過程中對環(huán)境和人員的損害，又可以保證施工運(yùn)輸過程的安全。采用環(huán)氧樹脂、固化劑、活性稀釋劑、粉體與助劑制備電鍍底材用無溶劑環(huán)氧樹脂保護(hù)漆，并探究不同種類的原材料及其含量對環(huán)氧樹脂保護(hù)漆性能的影響。
3.3水性丙烯酸防腐蝕涂料
水性丙烯酸涂料主要是以水為分散介質(zhì)，由丙烯酸樹脂以及其他填料和助劑混合而成。一系列的丙烯酸酯類單體可由烷基替代丙烯酸中羧基H原子而衍生出來，丙烯酸酯的單體不同，其性能也不同。水性丙烯酸防腐蝕涂料具有成膜性好、優(yōu)異的耐候性、耐堿性和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是4種防腐蝕涂料中發(fā)展最迅速、應(yīng)用最廣泛的涂料。但由于其結(jié)構(gòu)中存在親水基團(tuán)，導(dǎo)致涂料的吸水性高且易失光，因此需要進(jìn)行改性以制備防腐蝕性能較優(yōu)的涂料。水性丙烯酸防腐蝕涂料的改性研究集中于對丙烯酸樹脂的改性、防腐蝕顏填料和助劑的應(yīng)用以及水性丙烯酸乳液生產(chǎn)工藝改進(jìn)等方面。
3.4高固體分涂料
固體分是指用來存留涂料的固化涂抹中組成成分。在大部分的溶劑型涂料中都含30%-40%的固體分，而在一些有機(jī)溶劑中體積固體分的含量甚至能達(dá)到60%以上。而高固體分涂料主要指的是在涂料中固體分的體積含量超過了60%或者固體分中的能夠量含量超過了80%。富鋅防腐涂料就是一種典型的高固體分涂料，該類型的防腐蝕涂料具有較強(qiáng)的耐高溫性能。高固體分材料本身含有的揮發(fā)性成分非常少，而在高壓工況下能夠保持較好的滲透性，能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固化，涂層固化活表面致密性較好，表面比較光滑，而且能過承受較大的沖擊，同時(shí)其抗流掛的性能也非常突出，該類型的防腐蝕涂料實(shí)際的施工工藝性能也比較優(yōu)越。在汽車、石化儲罐等行業(yè)的防腐蝕領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。
結(jié)束語
近年來，防腐涂料的研究應(yīng)用在節(jié)能環(huán)保方面的成績顯著，尤其是水性環(huán)氧樹脂的防腐蝕性能得到了極大改善。在未來的研究中，水性環(huán)氧樹脂防腐涂料可進(jìn)一步通過添加功能性填料來提高其防腐蝕性，并朝著綠色、節(jié)約資源和高品質(zhì)化方向發(fā)展，提高涂料水性化技術(shù)，并擴(kuò)展新型防腐涂料的應(yīng)用領(lǐng)域。