重防腐陶瓷涂料新技术的特点及应用前景
李平舟
摘 要：重防腐耐磨陶瓷涂料是以环氧树脂为成膜物质，陶瓷粉作为耐磨填料的可在常温固化的双组分涂料。该涂料具有高耐磨性、优异的耐蚀性、综合物理、机械性能，越来越广泛地应用于国民经济的各个领域。本文根据重防腐陶瓷涂料主要组成的成份，介绍了重防腐陶瓷涂料的功用与适用领域，阐述了重防腐陶瓷涂料主要的性能特点，研究了重防腐陶瓷涂料的主要机理，提出了重防腐陶瓷涂料的开发应用方向。
关键词：重防腐；陶瓷涂料；开发应用
1 前言
金属的腐蚀是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属的腐蚀遍及国民经济各个领域，给国民经济带来了巨大的损失。在工业发达的国家中，每年腐蚀生锈的钢铁约占产量的20%，约有30%的设备因腐蚀而报废，腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%～4%。在中国，由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上，占国民生产总值的4%。如何减少因金属腐蚀而带来的经济损失意义重大，各国科学家正在积极寻找有效的方法。研究结果表明，目前最有效的方法是在金属易腐蚀部位涂刷重防腐蚀涂料。重防腐耐磨陶瓷涂料是以环氧树脂为成膜物质，陶瓷粉作为耐磨填料的可在常温固化的双组分涂料。该涂料具有高耐磨性、优异的耐蚀性、综合物理、机械性能。因此，越来越广泛地应用于国民经济的各个领域，越来越走近普通人的生活。
2 重防腐陶瓷涂料主要组成成份
化工行业腐蚀介质长期腐蚀随时存在，重防腐涂料能在相对苛刻腐蚀环境中长期应用，并保持很好的涂膜状态，比常规防腐涂料强的抗腐蚀性的涂料称之为重防腐涂料。
重防腐陶瓷涂料中含有三种改性陶瓷粉，将纳米、亚微米陶瓷颗粒和树脂结合在一起，起到保护作用。陶瓷颗粒被包裹上树脂，在固化过程中产生的收缩极小，固化后涂层内应力非常小。涂层具有持久、坚韧，超强的附着力，以及重防腐、强耐磨性、强润滑性、极好的柔韧性、低渗透率、涂层薄、绿色环保等性能特点。
双官能团环氧树脂不仅作为主要成膜物质参与成膜，而且它是黏度低的液态物质，起着很重要的稀释剂的作用。这样可以避免过多的有机溶剂挥发造成气孔，致使涂层不致密，形成缺陷，也可以减少环境污染以及对施工人员的损害。另一种环氧树脂选用E244型环氧树脂。其E244型环氧树脂的质量分数在95%以上。重防腐陶瓷涂料是属于高固含量、双组分涂料，所用固化剂的黏度较低，使用期较长， 固化剂为无毒的胺改性固化剂，在涂层中有良好的分散性，与漆料成膜后的涂层具有足够的强度和韧性。涂层具有抵抗外界机械磨损和化学腐蚀的良好性能。
3 重防腐陶瓷涂料主要的性能特点
重防腐陶瓷涂料主要性能特点如下：一是具有超强的附着力。它可以直接涂敷在碳钢、不锈钢、铝、钛、玻璃纤维、复合材料、塑料及混凝土的表面；二是重防腐。涂层中含有大量的超细陶瓷粉，陶瓷粉成份在固化过程中收缩小，涂层的内应力小；其细度越高，陶瓷粉之间空隙就愈小，所形成的涂层愈致密。由于涂料中采用的是三种不同种类、不同粒径超细陶瓷粉，相互之间可以互相填充，因而陶瓷粉与环氧树脂紧密结合，可形成致密涂层，有效地防止腐蚀介质的侵入。可以在自然温度下，pH值在4～11范围内，抗酸碱腐蚀。在规定的pH和温度范围内，能耐石油馏份和溶剂；三是强耐磨性。涂层中含有多种耐磨填料，耐磨性能尤其突出，抗磨损性是其它薄层涂料3～4倍；四是具有极好的柔韧性、强润滑性。动摩擦系数相当于PTFE（聚四氟乙烯）涂层；高工作温度，149 ℃以下可连续工作；低渗透率长期在3.5%氯化钠溶液中浸泡，涂层电阻可达109Ω以上且长期保持不变；五是涂层薄，一般重防腐涂料都是厚浆涂料（0.5～3.0 mm），需多次涂覆；而该涂料具有涂层薄特点，在一般腐蚀介质中，涂层固化后层厚只需0.100～0.200 mm，不仅减少施工工序，而且节约工程费。涂料有自我聚合功能，可现场修补，只需很小的表面处理。易涂敷，无需底漆，直接喷涂、涂刷，固化快，操作简便；六是该涂料为高固含量涂料，固含量高达90%以上，绿色环保，大大减少了溶剂挥发所造成对环境的污染，是对环境友好的绿色涂料。
4 陶瓷粉空间结构对重防腐陶瓷涂料性能的影响
重防腐陶瓷涂料采用亚微级的陶瓷颗粒做填料，是一种能够保护大多数金属管道表面的耐磨防腐涂料，分为甲、乙两组分。甲组分是陶瓷粉末、环氧树脂和挥发性有机物的混合物，乙组分是固化剂。当配置好的HR耐磨防腐涂料经高压空气喷涂设备喷涂到经过表面预处理的工件表面后，涂料就会在常温下逐渐固化，进而与基体粘结成具有高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化等优点的陶瓷涂层。
陶瓷粉的种类不同，它的微观结构也不同，即使同一种陶瓷粉由于生产工艺不同，其在微观结构上也是多种多样的。因此造成同一化学成份的陶瓷粉性能差异较大，为了探明陶瓷粉微观结构对涂料性能的影响，选择具有不同形状的陶瓷粉进行对比。实验表明，球型结构陶瓷粉在柔韧性、附着力、抗冲击性能方面要优于片状结构和不规则立体结构的陶瓷粉，尤其是在耐磨性方面，充分显示了球型结构的优点。为此，选用球型结构的A、B、C陶瓷粉。
球径小的陶瓷粉颗粒与环氧树脂更易形成致密的涂层。这是由于陶瓷粉的球径小，比表面积大，易吸附成膜物质而成为准交联点，陶瓷粉与环氧树脂的结合更牢固，形成的涂层的附着力、抗冲击性能及耐磨性等指标均很优良。本实验选用球型微米级或亚微米级的陶瓷粉。A、B、C三种陶瓷粉的品种对涂料的耐蚀性和综合物理机械性能具有相当大的影响。选取单一品种陶瓷粉作为填料，会使涂料的综合性能下降。陶瓷粉的加入会或多或少地影响环氧树脂成膜，同时降低成膜物质在基体上的附着力。由于环氧树脂与陶瓷粉形成的准交联点的结合力比环氧树脂本身的交联点的结合力要弱，导致漆膜的附着力和抗冲击性能、柔韧性等都有所下降。选用A、B、C三种特定的陶瓷粉按4∶4∶7混用，效果较好。
5 重防腐陶瓷涂料的适用领域及开发前景
在介质的腐蚀作用中，油田污水对设备的损坏最严重。因为油田污水成份复杂，矿化度很高，可高达5000～8000 mg/L，这种腐蚀介质对管道内壁的腐蚀性强，冲刷磨损能力强，金属管道内壁的防腐任务十分艰巨，最有效的方法，便是涂刷性能很好的涂料。金属基体防护采用陶瓷涂料，与有机涂料相比，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀和原料来自于天然矿物的优点，近几年该领域正在形成研究热点。
重防腐陶瓷涂料不需要底层涂料，可直接涂覆，能有效地隔绝酸、碱、盐类介质和海水的浸蚀。重防腐陶瓷涂料适用范围非常广泛，可对钢结构、混凝土结构、复合材料的设备和设施长期防腐，尤其适用于腐蚀恶劣、磨耗严重的场合。如：环境工程除尘脱硫设备；污水处理池、槽、罐；市政工程公路护拦、过街天桥、广告牌、桥梁；石化冶金输油、气、水管道、井架、反应、地坪、转动平台，泵壳和叶轮，阀，管束等。目前国内管道内防腐主要有不锈钢内衬，环氧粉末、纳米钛等技术。
最新重防腐涂料需要突破的技术有：防腐涂料的耐温幅度、防高温溶剂腐蚀、耐强酸强碱的腐蚀等。北京志盛威华化工历经多年、上万次的高温试验，研发生产的ZS-811耐高温防腐涂料，耐温可以达到1800 ℃，可以长期耐火烧烤，在火中防腐效果好。志盛威华开发的重防腐涂料技术水平和防腐技术延续深度已走国内前列，拥有多项核心专利。其中包括能耐氢氟酸的ZS-1033防腐涂料；能专门耐高温烟气和烟气冷凝水强腐蚀摩擦的ZS-1041烟气防腐涂料；能耐强有机溶剂的腐蚀和超高温高压气体腐蚀的ZS-822复合陶瓷高温防腐涂料、能专门耐住高温烟气和烟气冷凝水强摩擦腐蚀的ZS-1041烟气防腐涂料；能耐海水和海水湿气腐蚀的ZS-711无机防腐涂料；耐强摩擦冲击下腐蚀的ZS-1031；可以耐醚类、氟类、油类侵蚀腐蚀的ZS-821陶瓷防腐涂料等。这些重防腐涂料研发成功，科技含量高，应用前景广泛，市场前景看好，为重防腐领域铺下了厚重的积淀。
世界防腐涂料工业在不断提高涂料性能的同时，正迅速向“无机环保化”方向发展。涂料工作者以无污染、无公害、节省能源、经济高效为原则，开发无公害或少公害及防腐性能优异的涂料品种。目前提倡的防腐涂料技术整体设计的无公害化即指在研发时应考虑到涂料自身的各个组成部分（成膜物质、防腐涂料、溶剂及助剂）、原材料的合成及涂料生产过程、基材预处理过程、施工过程等的无公害化。在重防腐界，无机防腐涂料 正逐渐向不同高温环境下特殊介质腐蚀、强碱蒸汽腐蚀、高摩擦性腐蚀、交替性腐蚀等特殊防腐方向发展。无机陶瓷防腐涂料的技术研发也将成为以后重防腐科技发展的关键所在。
重防腐涂料特殊材料的应用，与常规防腐涂料的技术上的主要区别是在于其技术含量高，技术难度大，已不再过分依赖涂料的知识和经验，它取决于电子、物理、生态、机械、仪器和管理等多学科的知识和交汇，其技术来源于高耐树脂的合成，高效分散剂和流变助剂的应用，新型抗腐蚀抗渗颜料与填料的开发、先进和特种试验设备等配套措施等使用。随着社会经济的快速发展和大型建设工程的涌现，人们对防腐涂料的应用条件和使用时效要求也越来越高，重防腐涂料因此应运而生。
6 结语
作为涂料工业中发展潜力巨大的品种，重防腐涂料具有科技含量高、工程应用领域广等特点，国内外都将某个国家重防腐涂料发展水平的高低作为衡量该国家涂料工业先进程度的标志。随着重防腐涂料日益引起人们的关注，已经有越来越多的国内涂料企业意识到了这个产业的巨大魅力，同时也认识到了技术创新对于企业发展的重要意义。一些近年来在钢结构领域初尝甜头的涂料企业纷纷加大了对重防腐产品的研发力度，并在品牌建设、施工服务等方面努力练好内功。而中科院等科研院所和各大高校也纷纷加大了对防腐新技术、新材料的科研投入。国内重防腐涂料技术创新正呈现出一派欣欣向荣的新气象。
