0 引言
近年来,我国船舶制造业呈现强劲的增长态势,占世界造船市场份额不断扩大。我国造船业的布局为三分天下,集中力量建设长三角、珠三角、渤海湾三大造船基地。中国造船业的飞速发展极大地促进了船舶涂料工业的发展,船舶涂料生产企业也主要分布在长三角、珠三角、环渤海湾地区。20 世纪80 年代以来,世界著名的船舶涂料生产厂商纷纷进驻中国,几乎都在中国建立了生产基地,设立销售网络。在大型、多功能船舶方面,外资船舶涂料生产企业,特别是欧洲船舶涂料公司(如、佐敦、海虹、式玛)、日本企业(如中涂、关西)等厂商垄断船舶涂料市场,占有95% 以上的市场份额[1]。我国船舶涂料制造商目前也已具备相当规模和技术实力,但整体技术水平仍落后于发达国家,再加上品牌意识不强,其主要市场为国内小渔船、内河船及国内舰艇等。在今后5~10 年,在宏观经济快速发展的推动下,我国船舶涂料和涂装仍将呈现快速发展的趋势。预计船舶涂料以约7% 的速度增长,2010 年船舶涂料产量将超过15 万t。
1 我国船舶涂料发展历程及现状
20 世纪 80 年代初,我国船舶漆总体水平处于起步阶段,主要的生产厂有上海开林造漆厂、大连油漆厂和广州造漆厂等,以生产沥青漆、醇酸漆两大类涂料为主。因此,船舶的整体防护水平低,施工性能差,涂料干性差,漆膜薄,远洋轮船一般每年需进船坞一次重新涂漆。1979 年,香港招商局海通公司引进丹麦Hempel 公司船舶漆专利技术,开始生产传统型和中档船舶漆,除了传统型醇酸漆外,还有不溶解型氯化橡胶防污漆、环氧沥青压载舱漆、船底防锈底漆、环氧车间底漆、快干丙烯酸面漆等系列,使船舶漆的配套升级到中档水平,远洋轮船进船坞周期可延长至一年半到两年。自抛光防污漆(SPC)是国外20 世纪70年代开发的新型防污漆,它在船舶航行时可以自动抛平,保持或降低船底粗糙度,保证航速,节能效果明显。80 年代中后期,国外各主要船队已有一半以上采用自抛光防污漆,而我国的远洋船队此时才开始进入试验阶段,一直到 90 年代才大量采用。80 年代我国典型的船舶漆配套体系如下:船底防锈体系采用2 道沥青防锈漆/2 道氯化橡胶防锈漆;船底防污体系采用2道沥青防污漆/2 道氯化橡胶防污漆;水线采用2 道酚醛醇酸底漆+ 醇酸水线漆/2 道氯化橡胶底漆+ 氯化橡胶水线漆;外舷采用2 道红丹醇酸底漆+ 醇酸船壳漆/2 道氯化橡胶底漆+ 氯化橡胶船壳漆;甲板采用2 道红丹醇酸底漆+ 醇酸甲板漆/2 道氯化橡胶底漆+ 氯化橡胶甲板漆;压载舱采用水泥浆+ 沥青漆/ 环氧沥青漆;散装货舱采用2 道酚醛醇酸底漆+ 油改性铝粉漆。
90 年代以来,我国的船舶漆和造修船行业有了质的飞跃,并逐步走向成熟。90 年代末,世界上各主要的船舶漆集团都到中国投资建厂,如较早的英国IP、挪威的JUTON、日本的关西涂料,再后来荷兰的SIGMA、英国的伯爵、韩国KCC 以及我国台湾的永记等。这标志着代表当代船舶漆先进水平的外国涂料厂家大量进入中国市场,对我国的船舶漆生产厂无疑是一个很大的冲击,但也促使我国船舶漆生产企业在激烈的竞争中不断进步。青岛海洋化工研究院、中船总公司725 所、上海11 所等单位,在船舶漆生产和涂装方面投入了大量研发力量,取得了许多可喜的成果。与此同时,船舶漆品种从传统型向中高档方向发展,以环氧漆为主体的船舶漆,已经占整个新造船用涂料的60% 以上。环氧漆或环氧沥青漆不仅作为船底防锈漆体系的主要品种,而且广泛应用于压载舱、淡水舱、化学品舱等作为舱用涂料。新造船的外舷区,有70%的船舶采用环氧漆作为防锈漆体系。环氧漆的耐化学品性优良、附着力强、硬度高、耐冲击性好,因此得到迅速的发展和广泛的应用,逐渐取代了传统的醇酸类涂料和因环保问题而日渐萎缩的氯化橡胶类涂料。另外,进入90 年代,世界环保呼声日益高涨,各国环保法规不断强化,推动船舶漆向高效、节能、环保、经济方向迅速发展。无毒、低毒、高固体分厚浆、无溶剂、重防腐等新一代船舶漆品种不断出现,明显的例子是无锡自抛光防污漆(TF-SPC)的出现和市场化。虽然自抛光防污漆性能优异,是防污漆的主流品种,但它采用有机锡丙烯酸共聚物,水解后有机锡基团进入海水中,严重影响海洋生物的生态环境。为此,世界各大船舶漆公司在 90 年代初就致力于无锡自抛光防污漆的开发研究,并不断推出新的替代产品。与此同时,高固体分厚浆重防腐涂料研制成功,在船舶上得到应用。该涂料一次成膜厚度可达 200 μm 以上,甚至可达500~2 000 μm,可减少施工次数,节省人工和船舶制造周期,且防腐性能优异。另外,由于它的固体分高,挥发性有机化合物(VOC)含量低,符合环保要求,也减轻了对环境和施工人员的危害。90 年代典型的船舶漆配套为:船底防锈漆体系采用2 道环氧沥青漆+ 乙烯沥青漆/2 道高固体分环氧漆+ 改性环氧漆;船底防污漆体系采用 2 道或3 道SPC+2 道或3 道TF-SPC ;水线采用环氧- 乙烯沥青漆+2 道SPC/ 环氧漆+ 改性环氧漆+2 道TF-SPC ;外舷采用2 道环氧漆+ 丙烯酸磁漆(聚氨酯面漆);甲板采用2 道高固体分环氧漆;压载舱采用2 道环氧沥青漆 /2 道改性环氧漆;散装货舱采用2 道改性环氧漆;油舱采用2 道改性环氧漆。
值得一提的是,90 年代以来我国涂装技术提高到一个新水平,各大中型造船厂纷纷成立了专门的涂装公司,对涂装设备、涂装工艺和涂装管理进行了大量改进和标准化工作。船舶漆和涂装技术的巨大进步,为我国造船业的发展作出了应有的贡献。
2 船舶各部位对涂料质量的要求
随着现代工业的高速发展,船舶的现代化、高速化、高效率运输及环境保护方面愈来愈受到人们的广泛关注,船舶涂料也在不断更新换代。根据船舶不同的部位,船舶涂料大体可分为船底涂料,水线、外舷、甲板涂料,油舱涂料,饮水舱涂料,货舱涂料,压载舱涂料等。
2.1 船底涂料的质量要求
钢材在海水中的自然腐蚀量为0.1 mm/a,附着在船底外部的海生物也会引起航行速度降低,造成燃料费、清除费的增加,所以要求船底涂料具有优异的耐海水性和防污性。防污漆是船舶漆的重要产品之一,是由漆膜中防污剂在一定时间内缓慢地溶在海水里,从而防止海生物的附着。长久以来,以有机锡为防污剂的防污漆作为一种实用、有效的防护涂料广泛应用于船舶船体水线以下部位等。但随着有机锡材料在防污涂料中的大量使用,有机锡对海洋环境的污染也逐渐引起人们的重视。海事组织(IMO)要求从2003 年1 月1 日起禁止使用有机锡基防污漆,到2008年1 月1 日完全禁止在船舶上使用该类产品,有机锡基防污涂料就此逐步退出历史舞台[2]。我国国家标准GB/T 6822—2007《船体防污防锈漆体系》自2008 年4 月1 日开始实施,该标准规定防污漆中锡总量应小于2 500 mg/kg 干油漆样品。该标准实施后,为我国目前各类船舶防污漆以及配套的船底防锈漆提供一个与先进水平接近的、切实可行的国家标准。近年来,我国船底防锈漆生产企业加大研发力量,环境友好型防污涂料得到快速发展,以氧化亚铜为主要防污剂的新型无锡防污涂料就是其中之一。
2.2 水线、外舷、甲板涂料的质量要求
水线、外舷、甲板由于干湿交替作用引起腐蚀,波浪冲击引起损坏及紫外线照射引起老化,该部位的涂膜应具有良好的耐海水腐蚀性,优异的物理机械性、耐磨性、耐冲击性和耐候性。由于四氯化碳溶剂对大气层的危害,已被列入限制或禁用之列,以此类溶剂生产的氯化橡胶涂料也逐渐被限制或禁用。开发取代氯化橡胶的高氯化聚乙烯、热塑性丙烯酸树脂用于水线漆;开发改性环氧漆、丙烯酸漆、高性能丙烯酸聚氨酯漆,用于船壳;开发耐磨性、耐候性、耐化学品性优良的甲板防腐漆是船舶漆发展的趋势。2008年新制修定的GB/T 9260—2008《船用水线漆》、GB/T6745—2008《船壳漆》、GB/T 9261—2008《甲板漆》等国家标准对相关的产品性能提出了更高的要求,涂料生产企业应调整产品配方,提高产品综合性能。
2.3 货油舱涂料的质量要求
我国货油舱漆主要采用纯环氧涂料和环氧沥青涂料,这两种涂料都具有良好的耐油性、耐化学品性和耐水性,能满足货油舱的耐油性和耐海水性要求,但由于涂装道数多,这对于通风困难的舱室施工比较麻烦。为了减少涂装道数、简化施工工序、减少环境污染及对人体的危害,有必要开发厚膜型货油舱涂料。2008 年新制修定的GB/T 6746—2008《船用油舱漆》、GB/T 9262—2008《船用货舱漆》对产品的耐盐雾性能要求有所提高。另外,海事组织(IMO)目前已成立工作组,正在起草船舶空舱和货油舱的保护涂层性能标准,其中对涂层的主要性能要求有:耐二氧化碳、二氧化硫和硫化氢气体、耐有机酸、耐热性(70℃)等;对油舱顶面涂层要求能耐热/ 冷循环。针对IMO 拟制订的新标准要求,我国船舶漆生产厂家应该早作准备。
2.4 饮水舱涂料的质量要求