海洋工程構(gòu)筑物大致分為:海岸工程(鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土)、近海工程(海洋平臺、鉆井、采油、儲運(yùn))、深海工程(海洋平臺、鉆井、采油、儲運(yùn))、海水淡化、艦船(船體、壓載艙、水線以上),簡稱為船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)。船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的主要失效形式包括:均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕 / 磨損、海生物(宏生物)污損、微生物腐蝕、H 2 S 與CO 2 腐蝕等等。控制船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)失效的主要措施包括:涂料(涂層)、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學(xué)保護(hù)(犧牲陽極、外加電流陰極保護(hù))、緩蝕劑、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與檢測、安全評價與可靠性分析及壽命評估。
從腐蝕控制的主要類型看,涂料(涂層)是最主要的控制方法、耐腐蝕材料次之,表面處理與改性是常用的腐蝕控制方法,電化學(xué)保護(hù)(犧牲陽極與外加電流)是海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的常用手段,緩蝕劑在介質(zhì)相對固定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上經(jīng)常使用,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與檢測技術(shù)是判定腐蝕防護(hù)效果、掌握腐蝕動態(tài)以及提供進(jìn)一步腐蝕控制措施決策和安全評價的重要依據(jù),腐蝕安全評價與壽命評估是保障海洋工程結(jié)構(gòu)安全可靠和最初設(shè)計時的重要環(huán)節(jié)。建立全壽命周期防護(hù)理念,結(jié)合海洋工程設(shè)施的特點(diǎn)及預(yù)期耐用年數(shù),在建設(shè)初期就重視防腐蝕方法,通過維修保養(yǎng)實(shí)現(xiàn)耐用期內(nèi)整體成本最小化并保障安全性,是重大海洋工程結(jié)構(gòu)值得重視的問題。
一、防腐涂料(涂層)
涂料是船舶和海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的首要方法。海洋涂料分為海洋防腐涂料和海洋防污涂料兩大類。按防腐對象材質(zhì)和腐蝕機(jī)理的不同,海洋防腐涂料又可分為海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料和非鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料。海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料主要包括船舶涂料、集裝箱涂料、海上橋梁涂料和碼頭鋼鐵設(shè)施、輸油管線、海上平臺等大型設(shè)施的防腐涂料;非鋼結(jié)構(gòu)海洋防腐涂料則主要包括海洋混凝土構(gòu)造物防腐涂料和其他防腐涂料。
海洋防腐蝕涂料包括車間底漆、防銹涂料、船底防污涂料、壓載艙涂料、油艙涂料、海上采油平臺涂料、濱海橋梁保護(hù)涂料以及相關(guān)工業(yè)設(shè)備保護(hù)涂料。海洋防腐涂料的用量大,每萬噸船舶需要使用 4 ~ 5 萬升涂料。涂料及其施工的成本在造船中占 10% ~ 15%,如果不能有效防護(hù),整個船舶的壽命至少縮短一半,代價巨大。
海洋防腐領(lǐng)域應(yīng)用的重防腐涂料主要有:環(huán)氧類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠類防腐涂料、氟樹脂防腐涂料、有機(jī)硅樹脂涂料、聚脲彈性體防腐涂料以及富鋅涂料等,其中環(huán)氧類防腐涂料所占的市場份額最大,具體見表2。實(shí)際上,從涂料使用的分類看,涂料可以分為:底漆、中間漆和面漆。其中,底漆主要包括富鋅底漆(有機(jī):環(huán)氧富鋅;無機(jī):硅酸乙酯)、熱噴涂鋁鋅;中間漆主要有環(huán)氧云鐵、環(huán)氧玻璃鱗片;面漆包括聚氨酯、丙烯酸樹脂、乙烯樹脂等。
我國重防腐涂料增長率較快,2012年我國涂料總產(chǎn)量 1270 萬噸,居世界第一位,但企業(yè)數(shù)量多,單產(chǎn)低。
我國涂料生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量在 5000t 以上的涂料企業(yè)不足 10%。美國涂料年生產(chǎn)總量約 700 萬噸,廠家只有 400 多個。日本是世界第 3 大涂料生產(chǎn)國,總產(chǎn)量 200 萬噸,生產(chǎn)企業(yè)只有 167 家。我國許多涂料公司的產(chǎn)品質(zhì)量正在不斷提高,中高端市場正在逐漸擴(kuò)大。我國雖有先進(jìn)的納米復(fù)合涂料技術(shù),但其產(chǎn)量還需要進(jìn)一步擴(kuò)大。
未來海洋重防腐涂料的發(fā)展方向是:環(huán)保、節(jié)能、省資源、高性能和功能化。
① 低表面處理防銹涂料不但可以減輕表面處理的壓力,避免預(yù)處理對環(huán)境造成的污染,并可節(jié)約大量維修費(fèi)用;② 無鉛無鉻化是無公害高性能防銹顏料和填料的發(fā)展方向;③ 水性無機(jī)富鋅涂料作為零 VOC的環(huán)保型水性防腐涂料被廣泛應(yīng)用;④ 無溶劑涂料是研究的熱點(diǎn),主要有無溶劑環(huán)氧涂料、無溶劑聚脲和聚氨酯涂料;⑤ 納米粒子的引入可以改善涂料流變性,提高涂層附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能,是重要的發(fā)展方向之一;⑥ 超耐候性面漆——氟碳樹脂及含氟聚氨酣等改性材料是面漆基料的極佳選擇,除用于船殼漆外,還可用于接觸強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的內(nèi)艙涂料等。換句話說,高固體化、無溶劑化(包括粉末涂料化)或弱溶劑化、水性化、無重金屬化、高性能化、多功能化、低表面處理化、省資源化以及智能化等是涂料發(fā)展的國際趨勢。
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