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引言
近年來(lái)，船舶安全、綠色和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行得到了國(guó)際海事界的廣泛關(guān)注。腐蝕和污損防護(hù)的成本在整個(gè)船舶維護(hù)成本中占近三分之一，是船舶建造、營(yíng)運(yùn)、維護(hù)等過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。涂料是船舶和海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的重要手段，隨著新材料技術(shù)的快速發(fā)展，新型防腐材料及防腐技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為船舶防腐效能的提升提出了新的解決方案。目前，除環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯類防腐涂料外，石墨烯防腐涂料、超疏水涂料以及自修復(fù)防腐涂料等新材料的研究也在不斷突破，并逐步加快產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐，對(duì)于制定完善配套標(biāo)準(zhǔn)也提出新的發(fā)展需求。
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船用防腐新材料技術(shù)進(jìn)展
1.1 環(huán)氧樹(shù)脂防腐涂料
環(huán)氧樹(shù)脂是在涂層腐蝕防腐領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種材料，目前，以環(huán)氧樹(shù)脂為基體的船舶防腐新材料主要包括高固含量涂料和水性涂料兩種類型。
1.高固含量涂料
高固含量涂料是指在施工條件下，固體含量在70%以上的涂料體系。高固含量涂料體系中的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)含量較低，固化后涂層的致密性更高，具有優(yōu)異的耐候性、機(jī)械強(qiáng)度等。同時(shí)，較低的VOC使用也符合日前涂層領(lǐng)域綠色環(huán)保的要求，因而具有較廣闊的使用前景。
2.水性涂料
水性化是涂料研發(fā)的另一個(gè)重要方向，采用水代替有機(jī)溶劑可以進(jìn)一步降低VOC排放，實(shí)現(xiàn)涂料的無(wú)溶劑化。對(duì)節(jié)能減排以及保護(hù)環(huán)境等具有重要的研究意義。目前，國(guó)內(nèi)外不斷有關(guān)于水性環(huán)氧的新合成技術(shù)以及防腐產(chǎn)品推出。
1.2 聚氨酯防腐涂料
聚氨酯防腐涂料是一類高固含量、低VOC的涂料體系，涂料的耐磨性、低溫柔順性等性能優(yōu)良。隨著對(duì)聚氨酯涂料的研究不斷深入，改性后的聚氨酯防腐涂料耐腐蝕性能已逐步提高，已成為除環(huán)氧樹(shù)脂之外，應(yīng)用最為廣泛的腐蝕防護(hù)材料之一。與環(huán)氧樹(shù)脂類似，聚氨酯類腐蝕防護(hù)新材料也在朝著無(wú)溶劑化的方向發(fā)展。
1.3 石墨烯防腐涂料
石墨烯享有21世紀(jì)“材料之王”的美譽(yù)，作為填料添加到涂層體系中，可以極大地提升涂料的耐腐蝕性。石墨烯本身是一種疏水材料，在涂料中層層疊加的二維的石墨烯片層結(jié)構(gòu)可以形成致密的物理隔絕層，從而有效地抑制水分子透過(guò)涂料到達(dá)金屬表面，降低腐蝕發(fā)生的幾率和程度。
1.4 超疏水涂料
超疏水表面膜層中的空氣可有效抑制金屬基底與腐蝕介質(zhì)的直接接觸，從而降低腐蝕速率，起到腐蝕防護(hù)的作用，同時(shí)，超疏水表面以其特有的“自清潔”效應(yīng)，使附著在金屬表面的鹽粒潮解滑移，因此，在腐蝕防護(hù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
1.5 自修復(fù)防腐涂料
2012年，NanoSonic公司在美國(guó)海軍小企業(yè)創(chuàng)新研究計(jì)劃的資助下，開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種自修復(fù)防腐涂層HybridSil，該涂層在破損后能快速自我修復(fù)。該防腐涂層是一種單組分的環(huán)保涂層，在經(jīng)受5個(gè)多月的鹽霧環(huán)境而不發(fā)生任何腐蝕跡象。在海洋環(huán)境下使用期效超過(guò)12個(gè)月。截至2014年，這種自修復(fù)防腐涂層通過(guò)了腐蝕認(rèn)證（ASTM G44，GM9540P，ASTM B117），并進(jìn)行了海上試驗(yàn)，未來(lái)可成為船舶防腐涂層新的應(yīng)用方向。
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船用防腐涂料標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
2.1 國(guó)際國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)
在國(guó)際國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)方面，防腐涂料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要涉及腐蝕防護(hù)表面處理、防護(hù)涂層及檢驗(yàn)方法、涂層性能及試驗(yàn)方法等領(lǐng)域，例如，表面處理和保護(hù)涂料相關(guān)的NORSOKM-501標(biāo)準(zhǔn)，涂層體系性能相關(guān)的ISO 20340標(biāo)準(zhǔn)以及評(píng)價(jià)涂層對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)效果的ISO 12944標(biāo)準(zhǔn)等。
2.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)
在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)方面，船舶涂裝腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括船用涂料類標(biāo)準(zhǔn)、涂裝表面處理標(biāo)準(zhǔn)、涂裝施工標(biāo)準(zhǔn)、涂裝質(zhì)量及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等，涵蓋了船舶涂裝腐蝕防護(hù)的各個(gè)階段，其中，船用涂料按使用部位不同分為船殼涂料標(biāo)準(zhǔn)、船艙涂料類標(biāo)準(zhǔn)和甲板涂料標(biāo)準(zhǔn)等，均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
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新型船用防腐涂料標(biāo)準(zhǔn)需求研究
3.1 滿足綠色、環(huán)保需求的標(biāo)準(zhǔn)
隨著環(huán)境保護(hù)法規(guī)日趨嚴(yán)格，對(duì)防腐涂層中有害污染物的使用量限制將不斷提高。目前，對(duì)海洋生物有污染的瀝青基環(huán)氧樹(shù)脂使用量已逐步下降，未來(lái)對(duì)涂料體系中其他污染的用量的限制也會(huì)進(jìn)一步增加。2009年，美國(guó)海軍修訂MIL-PRF-23236D《艦船結(jié)構(gòu)防腐涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，應(yīng)用于內(nèi)艙的涂料VOC含量小于250g/L，而用于飲水艙的涂料VOC含量應(yīng)小于150g/L，對(duì)于綠色環(huán)保提出了進(jìn)一步要求。
順應(yīng)綠色發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于新型船舶防腐標(biāo)準(zhǔn)研制，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注綠色、環(huán)保要求，特別是涂料中VOC含量要求，同時(shí)評(píng)估涂層體系中材料組分用量對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，為船舶防腐的綠色化提供新的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。
3.2 提升工藝性能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
涂裝質(zhì)量與最終的工程質(zhì)量密切相關(guān)，在新的船舶防腐材料中，無(wú)論是高固含量涂料還是水性涂料，涂層的組分改變都會(huì)對(duì)涂料的施涂性能造成影響。因此，新型涂料應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)研制應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注涂層的涂敷工藝性能。
對(duì)于高固含量涂料體系，隨著VOC含量的降低，涂料的粘度也會(huì)相應(yīng)增大。粘度增大時(shí)，涂料的涂層的施涂性能也會(huì)相應(yīng)下降，施工難度增加會(huì)對(duì)涂層的涂裝質(zhì)量造成影響。因此，在高固含量涂料標(biāo)準(zhǔn)研究中，除規(guī)定涂料應(yīng)該達(dá)到的VOC含量之外，還應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)涂料的粘度、流變形、觸變性、涂料的固化速率、施涂時(shí)間、涂層的表干時(shí)間等加以研究，以保證高固含量涂層的涂裝質(zhì)量。
對(duì)于水性化的涂料體系，由于油性的高分子材料在水溶液中的分散狀態(tài)并不穩(wěn)定，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生油水分離，造成涂料的失效。因此，針對(duì)水性涂料標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)涂料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存環(huán)境、乳液中涂料液滴的平均粒徑、涂料允許的最短施工時(shí)間等加以研究，以保證涂料擁有較好的施涂性能。
3.3 新型防腐涂料制備及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
通過(guò)添加填料的方式對(duì)材料進(jìn)行改性，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的防腐涂料制備方法之一。隨著防腐新材料研究的不斷深入，填料的種類會(huì)不斷復(fù)雜，因此，對(duì)防腐新材料標(biāo)準(zhǔn)的研究，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注材料性能指標(biāo)要求下的材料制備和檢測(cè)要求。例如，石墨烯材料在涂料中的分散性極大程度上決定了涂料的防腐性能，制定出有關(guān)石墨烯填料在涂層中分散情況的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，可以很大程度上保證涂層的防腐性能。與石墨烯類似，對(duì)涂料中各種填料在涂層中的分散均勻程度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，對(duì)節(jié)省填料用量，避免能源浪費(fèi)，保證涂層質(zhì)量等方面都有重要的研究意義。
結(jié)語(yǔ)
船舶涂料作為抵御腐蝕的“防彈衣”，是保障船舶建造質(zhì)量、延長(zhǎng)船舶使用壽命、實(shí)現(xiàn)高效安全運(yùn)營(yíng)的重要環(huán)節(jié)對(duì)于具有重要作用。
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