船体重防腐涂料的使用现状和银圭纳米陶瓷材料的优势分析

1船体重防腐涂料的使用现状和银圭纳米陶瓷材料的优势分析北京银合汇新材料科技有限公司技术工程部主管徐萌1引言从20世纪80年代开始，我国造船业得到了迅猛的发展，占世界造船市场的份额不断扩大，造船业的飞速发展极大的存进了船舶涂料工业的发展，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（如国际、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。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。预计船舶涂料以约7%的速度增长，2013年船舶涂料产量将超过18万t。2船舶涂料的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，随着新技术、新材料的出现，环保法规的日趋严厉，对一些原材料的限制使用，以及船东为减少维修费用、提高船舶的利用率，对防腐涂料的防腐期效要求更长。因此，需要不断推出新型重防腐涂料来满足实际应用需要。下面对船体不同部位使用的涂料种类进行分析。2.1车间底漆当前以环氧富锌车间底漆、环氧铁红车间底漆和无机富锌车间底漆为主，其中无机富锌车间底漆更以其快干、长效、与其他涂料配套好的特点，在大型造船厂得到普遍应用；但此类富锌涂料在进行火工作业时，涂层烧损范围大，高温时易产生锌雾，损害作业人员的身体健康；目前国外开始采用低锌、高耐热的车间底漆，以减少锌雾，降低火工作业时车间底漆的烧损范围，从而降低二次除锈的工作量。2.2船底及水线防腐涂料由于船底及水线区域涂层长期受海水的浸泡、流水的冲击、干湿交替、阴极剥离作用，并且要求与防污涂料之间有良好的层间附着力，所以传统的单组分氯化橡胶铝粉厚涂底漆、沥青防腐铝粉底漆因防腐效果差，逐渐被双组分环氧防腐涂料所取代，目前以环氧铝粉厚浆涂料、环氧厚浆沥青防腐涂料为主，如国内的HZ-1、HZ-2环氧煤沥青等船底防腐涂料产品，但随着船东要求涂料的防腐期效越来越长，涂料应有良好的通用性，2以及煤焦沥青的致癌嫌疑等原因，环氧煤沥青涂料逐步被纯环氧涂料所取代。环保法规的日趋严格，美国海军对防腐涂料的VOC要求低于400g/L，一些高溶剂含量涂料也将被高固体分环氧涂料取代，另外船厂和船东也要求减少施工程序、减少涂料品种、降低前处理费用、减少施工道数，因此目前船底防腐涂料的发展方向是低表面处理适应性、高固体、通用性、长效防腐、快干。目前国内的船底及水线防腐漆配套体系见表1。表1船底及水线防腐漆配套体系品种涂料名称涂装道数总干膜厚度/𝛍𝐦使用年限/a车间底漆环氧富锌、环氧铁红或无机富锌1200.5防锈漆厚浆型环氧沥青底漆、环氧铝粉防锈漆22505中间层氯化橡胶铁红防锈漆、乙烯改性环氧防锈漆120-1005防污漆自抛光船底防污漆32003-5水线、外弦、甲板由于干湿交替，该部位要求涂膜具有良好的耐海水腐蚀性、优异的物理机械性、耐磨性，耐候性等，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。2.3船壳重防腐涂料该区域涂料主要受海水、雾、海风的侵蚀，气温变化、日光照射的影响，从而加速漆膜的失光、粉化，甚至开裂脱落，目前主要以三涂层体系为主，底漆有环氧富锌底漆、无机富锌底漆、水性无机富锌底漆、环氧磷化底漆、磷化底漆；中间层为环氧云铁防腐涂料、无涂装间隔的改性环氧涂料；耐候面漆有有机硅改性醇酸、氯化橡胶、单组分丙烯酸、可复涂丙烯酸聚氨酯、氟碳涂料。依据不同的防腐年限，采用不同的配套涂料体系，一些配套涂料体系经实船试验有10a以上的防腐期效。目前国外的发展趋势为长效、环保、施工道数少、采用二涂层体系代替传统的三涂层体系，如美国PSX系列杂化硅环氧、杂化硅丙烯酸系列，目前各大型舰船涂料制备公司都开始推出相应的产品。此类涂料可减少施工道数、降低施工过程中的溶剂挥发、有更高的耐候性，涂料的综合性价比较三涂层丙烯酸聚氨酯体系有较大的优势。目前的传统三涂层配套体系见表2。表2常用船壳防腐涂料配套体系品种涂料名称涂装道数总干膜厚度/𝛍𝐦使用年限/a车间底漆环氧富锌、环氧铁红或无机富锌1200.5防锈漆环氧铝粉厚涂底漆或环氧带锈防腐底漆21005中间层环氧云铁中间层15033船壳漆氯化橡胶船壳漆高氯乙烯船壳漆有机硅改性醇酸船壳漆丙烯酸船壳漆氟树脂船壳漆聚氨酯船壳漆22-3222270807070707022332-43-52.4液舱涂料液舱包括压载舱、饮水舱、燃油舱、液体货舱。对于压载舱，2004年11月由波罗的海和国际海事理事会、国际船级社协会、国际航运工会、国际干货船船东协会联合向国际海事组织提出（压载舱的保护涂层的性能标准草案）要求：1、保护涂层系统的目标使用寿命为15a；2、环氧涂料的干膜厚度不小于300μm，建议使用无或低VOC的涂料，目前国际大涂料公司推出多种压载舱涂料，具有高固体分、长寿命、高边角保持率的特点，国内仍以环氧煤沥青为主，与国外在涂料品种和施工应用方面差距较大。常用的压载舱涂料配套体系见表3。表3压载舱涂料配套体系品种涂料名称涂装道数总干膜厚度/𝛍𝐦使用年限/a车间底漆环氧富锌、环氧铁红或无机富锌1200.5底面合一环氧带湿带锈涂料或环氧防腐涂料42005目前船舶的压载水舱较多的使用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，环氧煤沥青涂料虽然具有良好的耐水性和耐油性，但由于煤焦沥青的渗出而产生的污染和含有致癌物质，同时有机涂料在使用中会持续的释放有机污染物，船舶的舱室通常都比较狭窄，通风条件差，这些因素都会对船上人员的健康造成威胁。国内饮水舱涂料主要采用HTL92、841环氧聚酰胺涂料，国外涂料公司大多使用无溶剂环氧涂料，如IP的interline925。但因双酚A的环境因素作用，环氧涂料在欧洲被禁止在与食品接触的包装上应用，研制新的饮水舱涂料取代环氧体系饮水舱涂料迫在眉睫。油舱涂料要求耐船用柴油、机油、航空油，大多采用环氧或聚氨酯涂料，有些要求采用防静电涂料，但相应地降低了涂料的防腐性能。国外有许多采用加热固化的油舱防腐涂料，大大提高涂料的防腐效能，能耐多种油品和化学溶剂，国内限于工艺和造船成本等因素，目前尚未得到推广。饮水舱涂料要求涂料饮水性试验合格，并耐水。国产饮水舱涂料以纯环氧涂料为主，具有较好的耐水性、耐油性和耐化学品性，毒性较低。国产饮水舱涂料执行的标准为GB5369—2008《船用饮水舱涂料通用技术条件》，该标准系强制性国家标准，2008年12月发布，2009年12月1日实施。原标准理化指标基本满足使用要求，但其卫生要求已不满足日趋严格的环保及卫生防护的要求，诸如停靠美国的船舶要求饮水舱涂料取得FDA认证，有的船东提出应对饮水舱涂料作更详尽的毒理学试验等，修订后的标准在基本保留原标准中特性理化指标的基础上，参照卫生部的卫法监发［2001］161号文件对卫生要求作了较大的改动和增补。修订后的标准不仅规定要进行生活饮用水水质卫生检测，还规定应进行浸泡水的LD50、Ames和哺乳动物细胞染色体畸变的毒理学试验。因此涂料生产企业应进一步关注产品的安全性，开发无溶剂和水性饮水舱涂料是今后发展的方向。43银圭纳米陶瓷材料在船舶中的应用优势银圭系列陶瓷材料是北京银合汇新材料科技有限公司在陶瓷材料基础上自主研发的纯无机水溶性纳米涂料，产品保持了陶瓷涂料固有的各项优异特性的同时，实现了喷涂简便、常温固化、易修复等传统陶瓷难以企及的梦想，堪称防护涂料行业的一次技术革命。银圭系列产品可广泛应用于船舶、军工、桥梁建筑、石化、风电、太阳能、机车、家电等各个行业。3.1银圭纳米陶瓷材料的绿色环保性银圭纳米陶瓷材料是一种水性无机涂料，主要成分为SiO2、TiO2等无机物，是一种完全不同于传统涂料的新型涂料，在其制备过程中没有有机成分的添加，所以是一种完全绿色环保、无毒健康的涂料。银圭材料产品为纯无机、不含重金属和挥发性有机化合物的纯绿色、环境友好型陶瓷材料，施工时不会产生有害物质释放，对施工工人的健康没有不利影响，同时银圭材料在服役过程中在高温时也不会发生烧损或者释放毒害物质，对环境没有损害。银圭纳米陶瓷材料所具有的无毒、无VOC释放特性，即使在高温烘烤过程中也不会产生任何毒害气体和有机气体释放，其在船舶液舱的使用具有安全、可靠性，在饮水舱的涂护服役中可以保证饮水的零污染，具有食品使用级别的安全级别，其在压载舱的使用中也做到了污染物零释放、使用年限可达30年、无机材质不产生静电的特点，完全符合国际社会提出的对船舶涂料提出的低污染、长寿命、防静电、高防腐性等较高的要求。3.2银圭纳米陶瓷材料的高硬度、耐磨性银圭纳米陶瓷材料，硬度高达9H，远高于传统的氟碳和有机硅涂料，因此涂膜更为耐磨、耐刮擦，从而使涂有该涂层的产品获得了更长的使用寿命。甲板、外弦、船舱等部位经常遭受海浪的冲击，处于干湿频繁交替的严重腐蚀环境中，同时这些部位的表面也经常接触外力和摩擦，很容易在较短时间内发生裂纹、脱落和失效发生，一旦发生表面的破损，海水接触到金属材料，极容易发生电化学腐蚀，并呈加速状态，由于这些部位的结构特点，其周期性的维护非常困难，损耗大量的人力成本和经济成本，这就要求这些部位的涂层具有高的硬度、耐磨性和长的寿命。采用韩国标准KSD6711测试其硬度为9H，经过专业测试，其使用寿命可达30年以上。3.3银圭纳米陶瓷材料具有优良的自洁性银圭纳米陶瓷材料在生产过程中采用了纳米材料，以及先进的纳米合成技术，合成出来的陶瓷材料具有似荷叶的双微结构（微米乳突+纳米结构表面）；通过这种纳米结构，陶瓷材料达到优良的不粘效果，而传统的不粘涂料主要是以靠PTFE的低表面能实现的。所谓的纳米结构所达到的不粘效果其实与自然界中的荷叶所表现出来的不粘效果有异曲同工之妙，是5一种纯粹的物理效果，或称莲花效应，具有疏水、疏油、易洁（或自洁）等功能。船舶在海中航行过程中，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。国际海事组织（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。银圭纳米陶瓷材料表面均匀光滑，不易吸附灰尘，雨水即可清洗，起到自洁的作用，在船底部使用银圭纳米陶瓷材料，海洋生物就很难附着到船底板上，船舶在海水中可以长时间的保持清洁的表面，银圭涂料不仅起到了防腐的作用，而且可以作为高效的防腐漆，阻止了海生生物在船底的生长，大大的降低了船底清污带来的人力和财力的费用支出，银圭涂料增加了船底和海水之间的润滑，保持船舶在海中低阻力的航行，减少了阻力带来的燃料费浪费，同时绿色环保的银圭陶瓷材料不会对海水造成污染，是一种环境清洁与环境友好型的新型环保涂护材料。3.4银圭纳米陶瓷材料具有优越的耐腐蚀性船舶船体,尤其是水线以上部位因受到海水冲刷、阳光曝晒以及冲撞和磨擦等机械因素的破坏作用,其外保护涂层破坏很快,保养的周期很短,一年内需要涂装几次,有时在一个航次回港后,就发生船壳漆严重剥落的现象。因此,研制和开发具有长寿命的船体防腐蚀涂料是船舶防腐蚀工作的主要内容之一。银圭纳米陶瓷材料具有优越的耐腐蚀性能。经过实验证明银圭材料系列产品在强酸和强碱环境中仍然保持良好的外观和性能，对比实验结果如下：涂料品种耐酸性（98%H2SO4）耐碱性（20%Na2CO3）环氧树脂2到5秒涂料表面变色涂料脱落氟碳漆2到5秒涂料表面变色表面光泽消失银圭材料长时间放