导热防腐涂料的研究进展
陈君，黄瑾，侯雯雯，陈晓东（陕西省石油化工研究设计院，西安710054）
0 引言
钢铁材料在建筑、交通、化工、能源、电力等各个行业的使用量都比较大，而它们都不同程度地暴露在腐蚀环境中，所以钢铁材料的腐蚀是比较常见的问题。钢铁材料的防腐蚀方法较多，而常用的方法就是使用防腐涂料。防腐涂料的市场规模已经仅次于建筑涂料而位居第二，据估计，到2020 年将突破100 万t 大关。防腐涂层将被保护材料与外界的腐蚀性物质隔离开，起到保护材料的作用。防腐涂料，一般分为常规防腐涂料和重防腐涂料。常规防腐涂料是在一般条件下，对金属等起到防腐蚀的作用，延长金属使用的寿命；重防腐涂料是指相对常规防腐涂料而言，能在相对
苛刻腐蚀环境里应用，并具有比常规防腐涂料更长保护期的一类防腐涂料。
防腐涂料按基料可分为：环氧树脂防腐涂料、聚氨酯防腐涂料、鳞片树脂防腐涂料、富锌树脂防腐涂料、聚苯胺防腐涂料、高固体分防腐涂料、水性防腐涂料。这些涂料具有不同的特点，可用在不同的腐蚀环境中。富锌涂料广泛用于轮船、海上采油平台、码头、闸门、储罐、管道、桥梁等的防护。环氧树脂涂料主要用于海上、海岸、工业区等严重腐蚀环境中钢铁构筑物的涂装，尤其适用于各种储罐内表面的涂装。鳞片防腐涂料因其隔离能力强，适用于腐蚀非常严重的海中和海浪飞溅区的钢构筑物上。高固体分涂料可用于海洋设施、船舶、石油设备等的防腐，也可用于管道和化工厂储罐作防护涂层。
随着国民经济的快速发展，我国的原油消耗量日益增长，原油的开采量也不断增长。目前很多油田开采原油都采用注水开采法，这样采出的原油含水量很高，开采设备和联合站的沉降罐等原油处理设备都会受到腐蚀，而且比较严重。这些设备的防腐方法采用多的就是使用防腐涂料。传统的防腐涂料在石化行业中主要用在原油储罐上。而在原油沉降过程中需要对油水混合物进行加热，加热设备外层完全浸没在油水混合物中，内层又有水蒸气，所以会受到很严重的腐蚀，产生腐蚀穿孔现象，几乎每隔3 个月就得检修1 次，每隔半年左右就得更换一次加热设备，降低了生产效率，增大了生产成本。使用传统的防腐涂料可以对加热设备进行保护，但其缺点就是导热系数较小，导热效果较差。这种现象在很多油田中都存在。因此，导热性能好的防腐涂料在此类环境中就显得尤为重要，且需求量很大。
1 导热防腐涂料研究现状
目前防腐涂料在石油化工领域中的使用量不少，但到目前为止，主要集中在油罐和管道的外壁或内壁上，在石油化工领域内的换热器方面使用量较少。主要是因为各种防腐涂料都有其使用的局限性，有的能耐高温耐腐蚀但不导热，有的能导热但不耐油，有的使用寿命较短等。
中国船舶工业总公司第十一研究所研制开发的NOX-Ⅱ型导热防腐粉末涂料，导热系数为0.89 ~ 0.93W/（m·K），是普通防腐粉末涂料的4 ～ 5 倍，并具有优良的耐热性能和防腐性能，能耐酸、碱、盐溶液及有机溶剂的腐蚀，高工作温度可达到180 ℃。
慕宏明等以我国特有的生漆经化学改性而得到的树脂为基料，配以多种颜填料开发了LLSTD-1 防腐涂料，并以其为涂层介质对大型表面蒸发空冷器管束进行防腐处理，解决了大型管束防腐的两大难题，一是对涂层材料的性能要求（耐腐、耐温、耐油、阻垢、传热效果好），二是解决了大型管束防腐工艺。结果表明LLSTD-1 防腐涂料耐油180 ℃，导热系数为81.2 ～92.8 W/（m·K），可满足正常生产需求。这种涂料具有较高导热系数的原因是：生漆具有耐腐蚀性、耐油性和较高的耐热性，与具有较强热稳定性的导热填料适当配比可显著提高导热系数。LLSTD-1 防腐涂料主要针对水冷和空冷设备，并非长期在油水混合物中使用，涂料的施工方法也较复杂。
慕宏明等以我国特有的生漆经化学改性而得到的树脂为基料，配以多种颜填料开发了LLSTD-1 防腐涂料，并以其为涂层介质对大型表面蒸发空冷器管束进行防腐处理，解决了大型管束防腐的两大难题，一是对涂层材料的性能要求（耐腐、耐温、耐油、阻垢、传热效果好），二是解决了大型管束防腐工艺。结果表明LLSTD-1 防腐涂料耐油180 ℃，导热系数为81.2 ～92.8 W/（m·K），可满足正常生产需求。这种涂料具有较高导热系数的原因是：生漆具有耐腐蚀性、耐油性和较高的耐热性，与具有较强热稳定性的导热填料适当配比可显著提高导热系数。LLSTD-1 防腐涂料主要针对水冷和空冷设备，并非长期在油水混合物中使用，涂料的施工方法也较复杂。
李振国等采用聚全氟乙丙烯和聚苯硫醚树脂共混改性，以炭系混合物为导电填料研制了耐热、耐腐蚀和导电（导热）涂料。所得涂层导电性能为0.36 Ω·m，能在200 ℃下耐强酸、强碱和有机溶剂的侵蚀（氧化性酸除外）。这种涂料具有较强的耐腐蚀性能和一定的导热性能，但其偏重于改善涂料的导电性能（添加导电填料）。
美国太平洋西北国家实验室及奥勒冈州立大学采用纳米结构氧化锌研究成功了一种新型纳米涂料，可使被涂覆物散热速度提高到原来的4 倍。在微观和宏观的工业应用中，这种涂层可从纳米结构对材料表面进行改性，涂覆物热传导系数测量值可达到未涂覆物的10 倍。该涂层采用纳米结构氧化锌，其结构呈现花朵状，使材质表面积达到大化，实现了高速高效地散热，而应用成本并不昂贵。
王耀先用导热粉体与合成树脂发明了一种导热涂料。其中，导热粉体的质量分数为导热涂料的4％～25％，其内部包含二氧化硅、二氧化钛、硅酸锆、氮化硼，另可添加三氧化二铝及碳化硅等辅助材料，而合成树脂的质量百分比配合导热粉体的质量百分比形成100％，其由一种树脂及至少一种溶剂充分混合所构成，此树脂依据需求选用环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂及有机硅树脂。如此即可形成涂布于电子装置或机械设备的导热涂料，其可迅速将废热向外界散逸，以维持电子装置或机械设备的运作温度，或快速地将热量传递至待加热物品。
周文英等以环氧改性有机硅树脂为基体，氮化硅、氧化铝填料为导热粒子制备了导热绝缘涂料。在总填料用量为40%及氧化铝占填料用量的20%时，涂层获得大导热率1.25 W/（m·K）。与不加导热填料的环氧改性有机硅树脂涂层相比，该导热涂层因内部的低热阻显示出良好的传热能力，适合作为绝缘场合的导热涂层使用。
国外对导热涂料的研究有一些报道，主要集中在电气领域使用的导热涂料和导热胶黏剂上。Lu研究了用BN 作填料的硅树脂导热涂层的导热、吸水性及介电性，发现与别的体系（如PU/碳纤维、PU/Al）相比，BN/硅树脂体系吸水率低，因此BN/硅树脂是高散热、防潮及电绝缘场合使用的理想的电气涂层材料。
Leivo用SEM、激光散射法研究了AlN、Al2O3、BN 填充的聚酰胺粉末涂料的形态、聚合物及填料粒子大小，发现导热填料在聚合物内部均匀分布可使涂层内部结构更密实，从而使导热系数增大。Lee Chune[9]将质量分数为81%的金刚石粉和环氧树脂共混得到导热系数为2.8 W/（m·K） 的复合材料，可做电子芯片的黏合剂。Shiobara Toshio[10]将100 份环氧树脂及相应的软化剂、固化剂与475 份合成石英粉（平均直径10 μm，大直径100 μm，平均长径比1.5）进行混合，制得材料的导热系数为2.6 W/（m·K），可作为半导体装置的密封胶使用。
王铁如研制了用L-1 型填料填充的各种环氧改性树脂，用自制固化剂固化的胶黏剂。这种胶的热导率为1.14 W/（m·K）（77 ℃），工作温度（长期）为200 ～250 ℃。这种胶具有多种功能，可做导热脂、涂料、胶黏剂、电气材料灌封料。石红[12]用氮化铝作填料将环氧胶改性，其热导率为1.20 W/（m·K）。
李素等研制了2 种TM 型胶黏剂。其中TM-1 型主要成分为鳞片状石墨及硅酸盐类无机胶黏剂，导热系数为23 W/（m·K），可在-190 ～ 370 ℃范围内使用。
TM-2 型以高纯度结晶型石墨为导热材料，以有机高分子物质为黏结剂，并加入其他适量助剂而制成的一种单组分导热材料。这种导热胶黏剂的导热系数为8.7 W/（m·K），强度高，化学稳定性好，耐水性好，贮存及施工方便，可在-190 ～ 190 ℃范围内使用。
林关涛以热固性树脂（环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂）为基体材料并加以改性，添加炭黑或石墨作导热填料，添加固化剂使高分子树脂发生交联反应形成网状结构，研制成功了L-90 导热泥。
林关涛以热固性树脂（环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂）为基体材料并加以改性，添加炭黑或石墨作导热填料，添加固化剂使高分子树脂发生交联反应形成网状结构，研制成功了L-90 导热泥。
2 导热防腐涂料的发展方向
如上所述，目前改善涂料导热性能的方法主要是通过共混的方法将导热填料填充在基体材料中。随着科学技术水平的提高，导热填料的尺寸朝细微化方向发展。据报道，日本协和化学工业公司开发出高纯度微细氧化镁，其热导率大于50 W/（m·K），相当于氧化铝的3 倍、二氧化硅的4 倍。当无机填料的尺寸减小到纳米水平时，其导热性能会随原子间距和结构的变化而发生明显的变化。如常规的AlN 的导热系数为36 W/（m·K），而纳米级的AlN 的导热系数为320 W/（m·K）。将纳米级的导热填料填充于防腐涂料中，达到合适的比例时可大幅提高涂料的导热系数，可使其在防
腐涂料领域的应用范围增大，满足市场对导热防腐涂料的需求，市场前景比较可观。
