第５０卷第５期 ２０１２年５月 上海涂料 ＳＨＡＮＧＨＡＩ Ｃ０ＡＴＩＮＧＳ Ｖ０１．５０Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１２
金属材料表面新型重防腐涂层
研究进展及发展趋势
谢远伟 黄微波伯忠维 史世凡 （青岛理工大学土木工程学院，２６６０３３）
摘要：重防腐涂层因具有良好的防腐效果而被广泛应用于金属防腐领域。概述了无溶剂玻璃鳞 片重防腐涂料、聚硅氧烷重防腐涂料和锌铝基重防腐涂料等的最新研究进展。介绍了代表新型重防腐
涂料发展方向的纯聚脲和生物基重防腐涂料的研究进展及其应用。
关键词：金属材料；腐蚀；重防腐涂料；纯聚脲
中图分类号：ＴＱ ６３０．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：
０引言
金属材料腐蚀是世界各国关注的重点，重防腐
涂料技术是最有效的解决措施之一。重防腐涂料¨
是指在苛刻腐蚀环境下应用并具有长效使用寿命的
涂料，其有两方面含义：一是指腐蚀环境恶劣；二是
指保护寿命长。一般要求：在化工、海洋环境里使用
寿命≥１Ｏ～１５ ａ；在酸、碱、溶剂介质中使用寿命≥５ ａ。
重防腐涂料用途广泛，涉及海洋、能源、交通、 石油化工等现代化工业的各个领域。传统的重防腐
材料有酚醛、环氧、聚氨酯、橡胶、塑料等品种，在
实际应用中取得了较好的效果，但仍存在防腐性能
欠佳、污染环境、接缝易渗漏、施工复杂等诸多弊病。
比如酚醛类重防腐涂料耐酸碱性能优良，但耐候性
差，涂膜易粉化，使用寿命短；又如环氧类重防腐涂
料耐酸碱性能优良，附着力好，但涂膜强度差，受撞
击易碎，使用寿命同样不长；氯化橡胶、高氯乙烯、
氯磺化聚乙烯类橡胶型涂料，耐酸碱、耐介质性能
优良，但附着力差，易老化，施工性能更差，远不能
满足现代企业对钢铁设备重防腐的要求。为此，人
们一直在研究新型重防腐涂料，并且产品向低污染、
高固体分、粉末、无溶剂、水性、厚膜和施工简便的
方向发展 １００９—１６９６ｆ ２０１２）０５—００４０—０４
一般认为涂层的防腐蚀机理包括屏蔽作用、钝
化作用、防锈颜料的抑制作用和阴极保护作用。涂层
将金属与外界环境隔绝，虽不能完全阻止腐蚀介质
的渗透，但能有效减缓腐蚀速度，延长金属服役寿
命。面对日益苛刻复杂的使用环境，以及巨大的市场
需求，需要开发出更多高效、实用的新型重防腐涂
料。对于防腐涂料来说，要提高其防腐效果有两条途
径：一是对现有的重防腐材料进行改性，二是开发
新型材料。
１现有重防腐涂料
１．１无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料
玻璃鳞片涂料是在热固性树脂中填充以经特殊
处理的鳞片状玻璃而形成的。如图１所示，由于玻
璃鳞片在涂层中是重叠排列的，一方面把涂层分割
成许多小空问而大大降低涂层的收缩应力和膨胀系
数；另一方面，能形成防止介质扩散的屏障，增加介
质通过涂膜扩散的时间，从而增大涂膜的抗渗性及
机械强度。余义丽 采用低相对分子质量的环氧树
脂和脂肪族胺类、聚酰胺树脂固化体系，加入适量玻
璃鳞片，利用玻璃鳞片优异的抗渗性，研制出无溶剂
玻璃鳞片重防腐涂料。发现玻璃鳞片的厚度、片径以
［收稿日期］２０１２—０３—２１ 【作者简介］谢远伟，男，硕士研究生，从事新型涂料和建筑材料的研究。
第５期 谢远伟，等：金属材料表面新型重防腐涂层研究进展及发展趋势 ４１
及加入的比例均对涂料的防腐效果有很大影响。万
立 模拟湿烟囱动态腐蚀环境，研究玻璃鳞片涂料
的腐蚀机理，发现腐蚀使树脂与鳞片的黏结力变弱，
进而使玻璃鳞片与树脂间发生脱离，导致各种腐蚀
介质快速渗透人涂层内部，加速了涂层老化，涂层力
学性能下降、吸湿增重，最终耐蚀性下降。
无溶剂玻璃鳞片重防腐涂料具有优异的防腐性
能，能在恶劣的腐蚀环境下长期保护基材。其缺点
是：玻璃导热系数低，不利于涂层耐热性的提高；
由于玻璃是透明的，不能有效减少紫外线对涂层的
破坏，因而不能改善涂层的耐候性；另外色彩、光泽
也有待提高。
图１玻璃鳞片防腐涂料的防腐机理 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｔｈｅ ａｎｔｉｃｏｒｒｏｓｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｇｌａｓｓ ｆｌａｋｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ
１．２聚硅氧烷重防腐涂料
以硅氧键（一Ｓｉ一０一Ｓｉ一）为骨架组成的聚硅
氧烷聚合物属半有机、半无机结构的高分子化合物，
它们兼具有机和无机的特性。张静等人 对不同的
聚硅氧烷涂料进行加速老化试验，结果显示：聚硅
氧烷涂料的保光性强于聚氨酯涂料，而丙烯酸聚硅
氧烷涂料的保光保色性优于环氧聚硅氧烷涂料。陈
月珍等人 模拟恶劣的海洋气候条件，对涂装了改
性丙烯酸聚硅氧烷涂料的金属板进行腐蚀老化试 验，４ ２００ ｈ后涂层完好，未出现起泡、生锈、开裂、
剥落、粉化等现象，保光率达８８％，附着力衰减幅度
仅为ｌ１％。
聚硅氧烷重防腐涂料为高固体分涂料，ＶＯＣ（挥
发性有机化合物）含量低，漆膜的保光保色性优异，
耐腐蚀性、耐化学品性优异，而且不用涂覆中间涂料
从而减少了涂层的施工道数，这种新型的室温固化
有机一无机杂化涂料具备作为工业防腐涂料的优异
性能，是环氧涂料和聚氨酯涂料所不能比拟的。聚硅
氧烷重防腐涂料最大的优势是环保，但是施工环境、
施工工艺条件对其涂层质量的影响较大。
１．３锌铝基重防腐涂料 锌铝基重防腐涂料是以不同形状锌铝粉为主要 填料和以改性树脂为成膜物的防腐涂料，已经在国外 金属重防腐领域得到广泛应用。。 。韩长智等人川根据
钢结构特殊部位的重防腐需要，开发出国产ＺＩＮＧＡ
（锌加）类涂料。以片状的纳米锌铝粉为基本填料，
制备出一种低成本高性能的锌铝基重防腐涂料，并
进行了性能对比试验和使用效果观察。锌铝基涂料
成膜后，其自腐蚀电位为一９８０ ｍＶ，远高于普通环氧
富锌涂层的一８００ ｍＶ，可以为基体提供良好的牺牲阳
极保护，其耐盐雾寿命为１ ９６４ ｈ。片状锌铝粉不仅
具有良好的阳极牺牲作用，同时金属粉的层叠排列 使涂层在成膜后呈现出良好的屏蔽性能 ，因此片
状锌铝粉涂料较球状锌铝粉涂料具有更为优异的防
腐性能。
锌铝基涂料是一种新型涂料，在替代传统的热 镀锌和环氧富锌涂料时，具有更好的腐蚀防护效果
和性价比。但锌铝基重防腐涂料在涂层厚度较薄时
才可得到较好的防腐效果，一般应用于金属构件的
特殊部位。
２新型重防腐涂料
２．１纯聚脲技术 ２．１．１纯聚脲定义及其技术优势
纯聚脲涂层是由异氰酸酯预聚物或半预聚物与端 氨基聚醚、端氨基扩链剂反应合成的聚合物材料¨ 。
与传统的重防腐涂料相比，纯聚脲在材料自身的性
能、防腐效果、耐蚀性、经济性和施工性等方面具有 巨大优势，主要包括¨卜Ｈ ：
（１）快速固化，聚脲反应Ｒ—ＮＣＯ＋Ｒ—ＮＨ２
一ＲＮＨＣＯＮＨ非常迅速，可以不受环境温湿度的
影响，凝胶时间以秒计算，１ ｍｉｎ之内即可达到步行
强度；可在任意曲面、斜面、垂直面及顶面连续喷涂
成型，不产生流淌现象；方便快捷，效率高，喷涂输
出量大、可连续操作；
（２）零ＶＯＣ含量，符合环保、减排、低碳的要 求，在施工和使用过程中没有气味，尤其适合通风不
良的贮罐内壁和管道内壁的防腐施工；
（３）根据Ｆｉｃｋ第二定律：腐蚀介质渗透到达涂
层／金属界面的时间与涂层厚度的平方成正比，与扩
散系数成反比，在相同的腐蚀环境中，涂层越厚则耐 ４２ 上海涂料 第５０卷
蚀性越好，防腐效果更佳。
数学表达式为： ／６Ｄ 式中，卜液体腐蚀介质渗透至涂层／金属界面
的时间（ 值越大，表明防腐寿命越长）；
三一涂层厚度； Ｊ［）一介质扩散系数（取决于涂层与介质的结构、
渗透压力、温度等参数）。 对于喷涂聚脲涂层来说，一次涂装便可达到２ ｍｍ
以上的厚度（重防腐涂料要求涂层厚度约２００～
１ ０００ ｇｍ），且涂层致密、无接缝。因此纯聚脲涂层的 耐化学介质和土壤侵蚀能力十分突出，拥有超长的
耐老化性、耐腐蚀性，使用寿命在７５ ａ以上；
（４）机械强度高，力学性能优异，抗冲击性好，
在温度交变和外力冲击作用下不易破损；
（５）附着力好，在喷砂至Ｓａ ２．５级的钢材上附
着力大于１０ ＭＰａ，长期使用不脱落；
（６）耐击穿电压高达２０ ｋＶ／ｍｍ以上，与阴极保
护配套性良好；
（７）纯聚脲化学活性极高，不需要添加任何催
化剂，涂层耐紫外光老化性能好，在户外长期使用不
粉化、不开裂。
２．１．２耐腐蚀性能研究进展
聚脲技术的出现为防腐界提供了一种全新的材
料和施工技术，代表了国际最新防腐技术的发展潮 流。王海荣等人¨ 研究了纯聚脲防腐材料在海上钢
结构中的应用，发现该材料具有极优异的耐化学介
质腐蚀、耐紫外线辐射等性能，防腐性能优异，在海
洋环境中能有效保护金属构件，延长其使用寿命。吕
平等人¨ 用聚天冬氨酸酯（ＰＡＥ）合成新型脂
肪族聚脲弹性体，并对涂层进行了加速老化行为和
海洋老化行为研究。结果显示：ＰＡＥ涂层具有良好
的抵抗盐雾老化能力，能有效保护金属不被腐蚀。紫
外线和盐雾循环人工加速老化２５周后，聚脲分子链
断裂，结构有序度降低，软段相产生微裂纹，硬段形
状发生改变，结构形貌破坏，从而导致涂层的耐蚀性 降低。此外，吕平等人¨ 还研究了腐蚀介质对聚
脲的影响，研究发现：弱酸、弱碱使涂层链段中的氨
基甲酸酯水解成小链段，造成其性能略微下降，而丙
酮、二甲苯则由于相似相溶原理，使聚脲中的扩链剂 与有机溶剂发生反应，使生成的硬链段发生断裂，从
而导致样片强度下降，耐蚀性降低。
２．１＿３工程应用
基于纯聚脲材料优异的综合性能，其在重防腐
工程领域的应用越来越多。我国发电厂烟囱排放的
烟气采用湿法脱硫后，烟气环境（低温、高湿、含有
Ｈ２ＳＯ４、ＨＣ１、ＨＮＯ３和极少量的ＨＦ）将导致腐蚀状况 进一步加剧。而纯聚脲作为烟囱整体面层的防腐内
衬，凭借其优异的耐化学品性，可以有效地防止各种
腐蚀气体、液体的侵蚀，保护结构体不受腐蚀损伤，
可以很好地满足烟囱防腐的要求。
目前，将纯聚脲喷涂于彩钢屋面上，基于其在役
修复、快速完工、连续无接缝、整体致密、原形再现、
防护优异、经久耐用等显著特点，成功解决了彩涂钢
板的渗漏和腐蚀等问题。２０１ １年，青岛海湾大桥采用
纯聚脲作为防护涂层，在大桥主桥墩的承台上喷涂聚
脲，有效防护了承台结构，保证大桥的服役寿命。
青岛海边某钢质浮码头（趸船）货物装卸频繁、
磨损严重且长期处于海洋腐蚀环境中，因此不仅要 求防腐涂层有良好的耐蚀性，还要求涂层耐磨损、
抗冲击性优异。对比同期经纯聚脲和聚氨酯类重防
腐涂料涂装后的趸船腐蚀状况，后者在服役半年后
局部失效，为此必须重新喷砂处理后再涂装，造成
趸船服役寿命大大缩短，而纯聚脲涂层性能良好，
没有损伤。
纯聚脲便捷的施工工艺、优异的力学性能及高 效防水、耐腐蚀、耐老化、抗冻融、抗冲击、抗疲劳
破坏等性能，使其在工程应用中显示出无可比拟的
优越性，该材料在化工贮罐衬里、电镀槽、隧道、管
道、海洋钢结构等防腐领域有着广阔的应用前景。
２．２生物基重防腐涂料
美国能源部布罗卡温实验室的专家研制成功一
种“生物”涂料，它是利用谷物、螃蟹壳、龙虾或小虾
壳为原料制成的。通过对比实验：将涂装了这种“生
物”涂料和其他防护涂料的金属板分别用盐水浸泡，
发现该涂料保护金属免受盐水侵蚀的时间是其他涂 料的２倍。因此这种新型涂料在金属防腐蚀方面具有
良好的效果。在适当的温度条件下，涂料成分改变了
分子结构，变得坚固光滑，能紧密附着于铝和其他金