船舶涂料的技术现状与发展趋势
2021-06-10 13:01 浏览:262
0 引言
船舶因其表面积庞大和结构复杂，使用涂料品种繁多，建造周期长并且又是在室外露天作业等特点，决定了船舶涂装作业与一般钢铁制造业产品的涂装有许多不同之处。故为了获得质量好的涂层，有效地保护船舶，延长船舶的维修周期、航速和使用寿命，科学、正确、合理地使用涂料及涂装配套设计方案，是保证船舶涂装质量的基础和应遵循的原则。
1 船舶涂料基本现状
船舶涂料是用于船舶及海洋工程结构物各部位，满足防止海水、海洋大气腐蚀和海洋生物附着及其他特殊要求的涂料的统称，用来保护船只、舰艇、海上石油钻采平台、航标、码头钢桩及海上钢铁结构等设施不受海水腐蚀。单纯涂料品种难以适应各种不同的要求，因此船舶不同部位需采用不同涂料品种。
1．1 无机富锌涂料
无机富锌涂料在船舶涂装中主要是作为防锈底漆，广泛应用于钢材预处理以及船壳内、外表面的防锈涂装，在这类场合的应用充分体现了无机富锌涂料的优异防腐蚀性能。
1．2 滑油舱、燃油舱涂料
长期以来，船舶的滑油舱和燃油舱涂料，一直是使用“清油”，清油带来的弊病很多，由于其不溶于滑油或燃料油，当脱落而混入滑油或燃料油中，造成管道及油泵喷嘴堵塞。因此这些部位采用的涂料要既能起临时性保护效果，又要能溶解于滑油和燃料油中，而对这2种油的质量无影响。目前这一部位较适合的涂料是石油树脂在溶剂汽油中的溶液，固体含量一般在50％。石油树脂在烃类溶剂中很容易溶解，和许多树脂的混溶性良好，由于结构中不含极性基团，因此具有良好的抗水性和耐酸碱性。
1．3 压载水舱涂料
压载水舱涂料目前使用的多为厚浆型环氧煤沥青涂料、环氧树脂涂料及氯化橡胶煤沥青涂料。环氧煤沥青厚浆型涂料施工一次干漆膜就达到250 um，在配方中适当提高超细云母粉或滑石粉及触变剂用量，制成超厚浆型，这样即使喷涂到湿漆膜500 um以上亦不致流挂，由于漆膜厚，内部溶剂不易逸去，溶剂应采用甲苯等低沸点溶剂。船舶与石油钻采平台的压载水舱、边水舱双层底这一类舱室都较狭窄，通风条件差。这种舱室或长期处在海水的浸泡下，或有时装燃料油，用空后又灌入海水，这样交替使用，条件十分苛刻，是船舶防腐蚀工作中复杂和困难的部位。因此只有在采用喷丸或喷砂处理，再涂装长效防锈涂料等一系歹措施后，才能取得很好的防锈和保护效果。在船造好后，该部位所用涂料的保护性能要求其寿命接近船舶使用期限。
1．4 货舱涂料
货舱涂料系用于船舶货舱内，须具有良好的附着力和一定的耐磨性。长期以来货舱涂料多采用一般性的涂料，如醇酸漆。但近年来船舶货舱装载货物内容有了变化，如散装化肥、粮食和饲料等。化肥对常规漆膜有破坏性，导致漆膜脱落、钢板锈蚀。在装谷物、儡料时谷物与漆膜直接接触，因此必须通过卫生部门鉴定、认可，保证漆膜无毒。大型散装货物，往返途中单向装运货物，难免有空船或装货不足的现象，因此必需在中间1只货舱内灌入海水来压舱，这样货舱上涂的涂料就必须像压载水舱一样要经受海水的浸渍。目前在货舱内用的较多的是氯化橡胶涂料。但若兼作装运谷物，其涂料中的颜料必须是无毒性的，如铝粉、钛白、氧化铁红、滑石粉等。冷匿化环氧涂料主要用于无毒货舱或饮水舱。环氧沥青涂料虽有优良的耐水性和耐油性，但由于煤焦沥青的渗出而产生污染和含有致癌物质， 此不能用于装载有食品的舱室内。又因煤焦沥青系黑色，环氧沥青涂料只能制得黑色或棕色而不能制造浅色涂料。近年来，已有企业用古马隆树脂代替煤焦沥青生产改性环氧系涂料而用于船舶货舱内。但应注意的是这类涂料的耐海水性要比焦油环氧系差，但其可以制得各种浅色涂料，可在装载砂糖、谷物的货舱 使用。
1。5 饮水舱涂料
饮水舱是船上装载生活用水的舱，水舱钢板上所用的涂料除了要有良好附着力、机械性能、耐水性外，还要求其漆膜无毒性，对其贮存的清水没有污染，其水质必须符合国家饮用水的标准。目前，大部分船舶的饮水舱是采用涂料进行保护的，饮水舱涂料品种目前主要是环氧涂料和漆酚涂料。
1．6 甲板漆
甲板防滑漆一般采用黄砂、水泥作为防滑耐磨材料。黄砂用清水洗净后晒干，过筛，取2O～6O目的砂粒与400# 水泥按生产厂指定的比侧，调至不见夹心为止。施工一般采用橡皮刮刀，刮l～3层，其厚度为1～2 mm。另一方法是先将水泥用粗筛过筛，调入防滑漆内，进行涂装。在漆膜未干前，将黄砂洒于漆膜表面，干后扫除未黏结的黄砂，然后再在上面涂防滑漆1道。甲板漆用于船舶甲板上，要求耐水、耐晒，对底漆有良好的附着力。船舶的甲板部位人员走动较为频繁，装卸货物时容易碰撞，因此甲板漆还必须有良好的耐磨性及耐洗刷性。在石油钻采平台的甲板上要求更高，还要耐石油、机油和钻井用的泥浆等。甲板漆和水线漆在船上有时是通用的。水线漆主要品种有酚醛漆料型、醇酸树脂型、氯化橡胶型，这些皆可用于甲板上，所用底漆可用醇酸或酚醛红丹漆或醇酸磷酸锌底漆等。甲板防滑漆是用醇酸树脂、过氯乙烯树脂或氯化橡胶作为漆基，亦有用环氧树脂加入苯基苯酚甲醛树脂或桐油漆料作为漆基，并加入耐磨颜填料配制丽成。甲板防滑漆由于涂层厚，因此使用寿命较一般甲板漆长。
1．7 船壳、上层建筑用漆
船壳漆涂刷于船壳及船舰或海上石油平台上层建筑。这些部位受到强烈变化的海洋气候，如日光、风雨、盐雾等，并常受海水中浪花溅泼和海水中蒸发出来水汽的腐蚀作用。
1．8 水线漆
船舶盼水线部位及海上工程如石漓钻采台、深水码头钢桩等，处于空气与水交替接触部位，该部位钢板基材有更多机会形成氧浓差电池而使钢板造成腐蚀，且时而露出水面受到烈日的曝晒又要受到缆绳和船舶的擦伤及碰撞，因此水线部位是船体中窝蚀严重的区域。目前水线部位应用较多的是氯化橡胶水线漆，它是以氯化橡胶树脂为基料，具有干燥快、附着力好、坚韧耐磨、耐干湿交替、重涂性好、维修方便等特点。
1．9 船底防污漆
防污漆是涂装于船底和海洋水下设施的一种特殊涂料。它的主要作用是防止海洋生物附着于船底或海洋水下设施。附着生物对船舶危害性严重，它会使航行阻力增大，从而增加燃料消耗。除造成经济上损失外，对军事上造成的威胁会更大。如何有效地消除海生物污损，是一项具有经济和军事意义的工作。
1．1O 船底防锈漆
船舶漆中重要的是船底漆。船底漆就是涂刷在船舰水线以下长期浸在水下船底部位的一种涂料。由于船舰在航行期间对船底无法进行保养维修，必须在船舰进坞或上排时才能进行，因此要求船底漆在一定时间内(至少为1年)，具有既能防止海水对船底钢板的腐蚀，又能防止海洋附着生物在船底附着。船底漆由船底防锈漆和船底防污漆2种性质不同的涂料配套而成。船底防锈漆是用来防止海水对钢板的腐蚀，延长船舰寿命；船底防污漆是用来防止船舰不受海洋附着生物的附着，在一定时间内能保持船底清洁。
2 新型船舶涂料的研发
2．1 挪威AMC公司的“碳纳米管”涂料
挪威Advanced Marine Coatings(AMC)公司于2010年推出了含有“碳纳米管”的新涂料系列。这种Green Ocean Coating Heavy Duty系列涂料是一种由二环环氧树脂构成的产品，据称有极高的耐磨性。纳米管分布在液态树脂中，用以降低黏度和强化熟化涂料。
2．2 美国Sher n—Williams公司硅涂料
美国Sherwin—Williams公司2009年推出了Sher—Release硅涂料。这种涂料包括3层，据称具有非凡性能的高弹性成分，有助于提高黏附力和寿命，提高了环氧树脂和硅层的韧性。在航速1O kn以上时，这种涂料具有自清洁能力，能有效使用60个月，并能降低燃料消耗6％～10％。
2．3 PPG公司Sigma Shield 1200环氧涂料
PPG公司推出了可在寒冷条件下使用的具有良好耐磨性和耐冲击性能的Sigma Shield 1200环氧涂料，并已广泛应用于阿拉斯加、加拿大和波罗的海。英国劳氏船级社认可这种涂料为耐磨产品，适于冰区使用。PPG公司也已经得到了AkerArctic耐磨证书。这种涂料也得到了俄罗斯船级社的型式认可。
2．4 比利时Hydrex公司Ecospeed涂料
比利时Hydrex公司于2009年完成了Ecospeed产品为期3年的研究。结果表明，这种新颖的船体涂料具有在水中涂装的特点，可以降低摩擦阻力5％以上。该涂料以聚氯乙烯树脂为主，用玻璃细片加强，实际寿命可达25年，因此进坞检修的时间主要取决于船舶本身的技术状态而不是船体的重新涂装。这种涂料能在早期将水中生物清除，并将涂料的光滑性恢复到佳状态。
2．5 Hempel公司基于水凝胶的除污涂料
Hempel公司推出了基于水凝胶的除污涂料Hempasil X3。这种产品在2009年获得了3项产品奖，并在Eurocoat 2009会议上获得了佳技术论文奖。水凝胶由聚合物组成，它不溶于水，且具有很高的吸收性，能够容纳99％以上的水。这种涂层保持了除污和降阻的特性，并且有皮肤一样的弹性。
2．6 油漆Intersleek 900氟聚合物不沾污涂料
油漆公司(Internatio
nal Paint)推出了Inter—sleek 900氟聚合物不沾污涂料。这种涂料在2008年和2009年获得多项奖励，并从2006年起应用在300多艘船舶上。这种涂料用一种综合亲水性和疏水性双重特性的表面防止海洋生物的黏附，从而降低了船体表面和污底生物之间的化学和静电黏着力，使这些有机黏附物不易黏附在涂膜的表面。油漆公司还推出了新系列的通用底漆，以便满足限制VOC排放的IMO标准和地区规则。船厂可将Intershield和Intergard产品灵活应用于各种场合。这些产品具有高容积比的固化物和低VOC含量，可全年作业，快速干燥，低温熟化并有较长的再涂覆周期。
2．7 飞鲸漆业新型船舶涂料
由浙江飞鲸漆业公司承担的省级重大科技专项“水性环氧重防腐涂料关键技术研究与开发”2010年已通过验收。该涂料以水替代有机溶剂，以新型无毒防锈颜料磷酸锌代替传统的含铅、铬颜料作为防腐涂层，并应用了新消泡技术和防闪锈技术等。因此，该新型涂料具有稳定性高、易着色、环境友好等特点，且成膜后附着力强，柔性好，耐候，耐盐雾腐蚀。对解决船舶修造表层涂料毒性大、施工过程易燃易爆等突出问题，减少船舶修造业对海洋环境的污染具有重要意义。
2．8 英国研制出可清除藤壶的船舶涂料
有报道称英国科学家用碳纳米技术研制出了一种特殊船舶涂料可成功将船舶上附着的海洋生物清除掉。能有效解决船舶上附着藤壶和其他藻类的问题。研究发现将一种比人类头发细1 000倍的碳纳米管融进油漆中，可阻止藻类和藤壶附着物。碳纳米管可在分子层面改变油漆表面特性，当船舶移动时，附着生物可轻易地被海水冲走。该产品研制成功意义重大。因船舶上附着生物的问题一直在困扰着全球的船主们，每年为清除此类生物大约要花费数十亿英镑。而且不仅是船运业，就连私人游艇、海水淡化厂也深受其害。船舶因附着藻类会消耗更多的燃油，增加碳的排放；海水淡化厂的管道经常被细菌及藻类堵塞。
3 船舶防腐蚀涂料的研究发展方向
船舶涂料又分为船底防腐和防污漆、船壳漆、甲板漆、内舱漆以及阻尼降噪等特种涂料。由于船舱的特殊性，人们除了关注船舱涂料的耐蚀性夕}、，还特别关注其毒性问题。因为涂层的耐蚀性影响到船舶的秀醴役时间和服役性能，而涂层的毒性问题则关系到船员的人身健康与安全。
3。1 重防腐涂料
重防腐涂料是指在严酷环境中比常规涂料有更长保护期的防腐涂料，具有厚膜、高固体分、双组分等特征。重防腐是一个系统工程，涉及使用环境评估、材料选择、配套设计、施工质量控制等各方面，并且根据使用环境和维修的难易程度，对不同的使用对象有不同的使用年限要求，对于船舶涂料来说，要求有5～l0年的防护期。
3。I。I 重防腐底漆
重防腐涂料通常由底漆、中间漆和面漆组成。由于普通面漆的寿命远不及防锈漆，所以底漆的性能尤其重要，无枕富锌涂料是公认的重防腐涂料通用底漆。目前重防腐涂料体系的阊题是缺乏长效的实际使用数据支持，没有有效的加速测试方法。
3。1。2 玻璃鳞片涂料
在涂层上通常存在两大类微孔：分子空隙产生的
10-5～
10-7cm孔隙，溶剂挥发产生的
10-2~
10-4cm孔隙。溶剂挥发产生的孔隙是水汽、盐雾等腐蚀产物渗入的主要通道，在这方面，鳞片涂料有很好的阻挡效果，从而成为重防腐涂料底漆的重要选择。涂料中的鳞片材料主要有片状的云母、云母氧化铁、石墨、锌粉、不锈钢和玻璃鳞片。片状云母、云母氧化铁、石墨等由于价格便宜，在船舶防锈涂料中得到大量应用，而玻璃鳞片的价格较贵，只在桥梁等建筑的涂装中较为常用。随着对舰船涂料更长效的要求，玻璃鳞片类的重防腐涂料将会得到广泛的应用。
3。1。3 超耐候性面漆
氟碳树脂是近年来广受关注的新型材料，它具有极优异的耐候性、耐沽污性、耐化学品性、耐溶剂性等，是超耐侯性建筑涂料及重防腐涂料的优良材料。在海洋气候这种极苛刻的腐蚀环境下，以氟碳树月旨及含氟聚氨酯等改性材料作为面漆的基料是极佳的选择，除用于船壳漆以外，还可用于接触强腐蚀介质的内舱涂料等。另外，有效期3～5年的脂肪族聚氨酯、5～8年的有机硅改性涂料等超耐候性面漆也有一定的市场。国内在树脂、制漆工艺、可重涂性和层间附着力等性能方面正在缩小与国外产品的差距
3．1．4 长效防腐配套涂料
目前就船舶涂料而言，无机富锌底漆+环氧中间层+脂肪族聚氨醣面漆性能好，其次为无视富锌底漆÷环氧中间层÷乙烯类面漆，双组分环氧底漆÷有机硅改性醇酸也可用于一般防腐场合。由于无机富锌涂料有更为严格的表面处理要求，所以采用有机富锌涂料作底漆或直接使用双组分环氧底漆，同样可以取得很好的效果。
3．2 环保涂料
3．2．1 无公害高性能防锈颜填料
随着环境保护呼声的日益高涨，健康环保的海洋涂料的开发应用必将成为船舶涂料发展的趋势，防腐颜料的无铅无铬化是防腐蚀涂料的发展方向。为此专家们研究开发出抑制钢铁腐蚀的新型防锈颜料，如磷酸锌、磷酸钙、铝酸锌、铝酸钙以及含锌化合物等；新型的锌一硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料等也是替代重金属颜料的有效品种。金属锰和其化合物在防腐涂料中作为防腐蚀作用的抑制性颜料使用无论是单独效能还是综合效能，与传统的铝酸盐和铬酸盐抑制性颜料几乎具有相同的效果；铁氧体作为防腐蚀活性颜料也具有极佳的防腐效能。美国Gerace公司用离子交换型防锈颜料代替含重金属的防锈颜料，配制的涂料已用于北海油田平台的防腐；发达国家已经禁止使用红丹防锈漆，所生产涂料中的颜料也都采用无毒的铝粉、锌粉、铁红等。纳米微粒，如纳米级TiO2 、ZnO、CaCO3 及SiO 2，用于防腐涂料具有极好的协同作用。纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合，增强了涂层的致密性及抗离子渗透性。此外，纳米微粒还可以改善涂料的流变性，提高涂层的附着力、硬度、光洁度和耐老化性，是重要的发展方向之一。
3．2．2 水性涂料
水性涂料中重要的防腐涂料就是水性无机富锌涂料，它是以无机物为主要成膜物、高含量的锌粉为防锈颜料、水为分散介质的高固体分厚膜涂料，是海洋环境防腐蚀领域中防锈性能优异的一类涂料，并且很有推广价值。水性无机富锌涂料作为一种零VOC的环保型防腐涂料，已被各行各业所接受，具有广阔的发展和应用前景。近年国外还出现了无机磷酸盐水性富锌涂料，对底材处理要求相对较低，性能优异。如德国GalvatechLed公司开发的Zinga富锌涂料，含锌95％，已使用多年，防腐性能极好。近年国内水性高模数硅酸钾、硅酸锂富锌涂料已在工程上应用，性能也在不断改进完善中。除了水性无机富锌涂料外，厚浆醇酸、水性环氧、丙烯酸改性醇酸或环氧、水性聚氨酯等水性涂料已达到了产业化和实际应用的阶段，在内舱和油水舱中底面配套使用时可极大地改善施工环境。但是，因为船舶所处的环境比较恶劣，水性涂料的防腐蚀性能还达不到要求，使得水性涂料在船舶上的应用较少。
3．2．3 低处理表面防锈涂料
船舶及海洋设施有许多狭小或不能搬动的部件，维修时往往难以进行的表面处理，通常处理后仍带有不同程度的锈蚀物，并经常处于高度潮湿及带油(油舱维修时)的状态，需要一种可以在这种低处理表面上直接进行涂装的高性能涂料。这种涂料不但减轻了表面处理的压力，避免了预处理对环境造成的污染，并且节约了很多维修费用，目前国内外各公司均试图开发出能适应低处理表面的通用底漆。
3．2．4 无溶剂涂料
1)无溶剂环氧涂料
用低黏度液体环氧树脂制成的无溶剂环氧涂料具有一次成膜厚、便于喷涂、可常温固化、边缘覆盖性好、防腐性能优异等特点。由于该涂料在施工过程中无有机溶剂挥发，明显改善了船舱内的施工环境和施工安全性，提高了施工效率，并使漆膜厚度及防腐效果得到了保证。该涂料在大型船舶的淡水舱和压载舱得到应用并取得了良好的使用效果。预计无溶剂环氧涂料在压载舱防腐涂装中的普及应用将可大大降低由压载舱严重腐蚀造成的海损事故。目前，上海中华、沪东、大连船厂已成功地使用单组分无气喷涂对船舱进行无溶剂环氧涂料的防腐涂装，并解决了表面处理、施工间隔、冬季涂装等工艺问题。
2)无溶剂聚脲、聚氨酯涂料
