水性聚氨酯防腐涂料应用在船舶

      船舶制造业是我国国民经济发展的重要产业。自20世纪90年代以来，我国造船完工量持续高速长。2006 年我国造船完工量达1452万载重吨，占世界造船量的19%，2007年造船完工量突破1800万载重吨，连续 14年居世界第三位；造船完工量 .60%以上为出口船舶，品种也由普通的散货船、油船发展到具有当代先进水平的大型集装箱船、大型液化石油气船、巨型油船、自卸船、滚装船等高技术、高附加值船舶，出口领域由东南亚地区扩展到包括欧美发达国家在内的 ." 多个国家和地区。预计2015年我国造船完工量将达3000万载重吨，有望赶上或超过日本和韩国，成为世界第一造船大国。涂料涂装是大气污染的主要污染源之一。近年来，随着石油资源的日益短缺以及人们环保意识的不断提高，涂料行业逐步向环保和节约资源的方向发展，高固体分涂料、无溶剂涂料、水性涂料等成为涂料发展的重要方向，其中水性涂料以其独特的环境友好性和使用安全性成为涂料研究的热点。据统计西方发达国家中，美国水性涂料占涂料生产总量的52%，德国占46&，日本占17%，而我国起步较晚，仅占涂料生产总量的8%左右。

      船舶制造过程中大量使用涂料，传统的工业涂料在施工黏度下含有大量有机溶剂，在涂料施工和干燥过程中，有机溶剂挥发出来不仅造成大量资源浪费和环境污染，而且产生火灾隐患，并危害施工人员的健康。以水性涂料代替溶剂型产品用于船舶涂装，因此，有着非常重要的现实意义。

1.水性防腐涂料的分类和发展及同溶剂型涂料的比较

1.1水性涂料的分类和发展

      根据国外的分类，水性涂料主要包括水可稀释型涂料、水乳胶型涂料和乳液型涂料3种。

（1）水可稀释型涂料

      水可稀释型涂料用树脂本身在水中是不溶解的，但分子中带有相对分子质量低、可以用胺部分中和的羧酸基团或相对分子质量低、可以用羧酸部分中和的胺基团，树脂液是水溶解的高固体溶液，颜料及其它助剂分散其中，该溶液借助于水溶性的溶剂和盐基团的亲水作用而溶于水。许多树脂如丙烯酸（酯）树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂等，通过在树脂分子链上引入特定的亲水基团都可得到水稀释涂料用的树脂。该体系中，酸值较高或亲水性基团较多的树脂主要用作电泳底漆或浸涂烘漆，很少用于气干性涂料的制备。美国Willams公司和PPG公司、荷兰AKZO公司、日本关西公司均有此类产品。

      采用核 I 壳结构可以制备酸值较低的水可稀释性树脂。首先制备预留接枝点的、符合要求的树脂（饱和聚酯、醇酸、聚氨酯等树脂），然后将预定酸值的丙烯酸酯类单体通过自由基聚合的方法接枝到目标分子链上，经胺中和后，接枝树脂能自行分散在水中。这种采用核壳结构自乳化技术合成的树脂，通常被设计成疏水的核层、亲水的壳层，亲水基团在整个树脂分子中的含量大幅减少，并且核层和壳层分属不同种类的树脂，形成优势互补的统一体，极大地提高了树脂的综合性能。这种结构的水稀释性树脂既可以用于制备自干涂料，也可以制备烘漆。

（2）水乳胶型涂料

      水乳胶型涂料用树脂是通过乳液聚合制备的，乳液聚合技术已获得巨大的发展，其应用也已渗透到建筑、工业防护等诸多领域。乳液聚合又可分为均相乳液聚合和异相乳液聚合2种。前者是指一步法乳液聚合；后者是近年发展起来的分步乳液聚合法，又称种子聚合法或核-壳结构乳液聚合法。这类涂料主要包括丙烯酸酯乳胶涂料、苯乙烯-丙烯酸酯涂料及其改性产品。

      杂化乳液聚合是20世纪90年代末发展起来的一种树脂制备和改性技术，乳液聚合和改性一步完成。其典型工艺为将改性树脂（环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂等）溶解在丙烯酸单体中，经过预乳化得微乳液，再采用乳液聚合技术得到成膜性能优良、稳定的聚合物胶乳，所得胶乳兼有丙烯酸树脂和改性树脂的优点，综合性能大幅提高。

（3）乳液型涂料

      乳液型树脂是将油溶性聚合物外加乳化剂通过机械力将其强制分散在水中得到的。早期采用的乳化剂不参与成膜，而是游离在漆膜中，因而对漆膜的耐水和防腐等各方面性能产生不良影响。近年来，乳化剂技术也取得了巨大的发展，采用可聚合型 （或称反应型）乳化剂，产品的耐水性和防腐性能大幅提高。这类涂料主要有水乳型环氧涂料、醇酸涂料等。另外，国外也有将硝化棉乳化来制备水性木器清漆的报道。

2.2水性涂料的分类及同溶剂型涂料的比较

      早期的水性涂料在性能上与溶剂型涂料差别很大，主要性能比较见表1。

3.水性防腐涂料在我国船舶涂装中的应用

3.1船舶涂料发展趋势

      党的十七大再一次强调要加强资源节约和生态环境保护，增强可持续发展能力。国家环保法规的健全将推动船舶涂料向环保和节省资源的方向发展。尽管传统的低固含量的防腐涂料在我国还占有50%以上的市场，而且在相当长的时期内难以全部退出市场；但是在高端市场，以及沿海经济发达地区，环保型船舶涂料将逐步成为主流。除了涂料体系在向高固体分涂料、无溶剂涂料和水性涂料方向发展外，涂料用颜填料也应顺应环保发展的要求，90年防污剂中将禁用有机锡，防锈颜料中的红丹、铬酸盐等也将逐步被新型磷酸盐系等环境友好型产品所取代。

3.2目前我国水性船舶涂料现状和主要品种

      20世纪90年代，世界主要船舶涂料跨国公司IP、JOTUN、HEMPLE、SIGMA、中远关西、KCC、ICC; 等纷纷登陆中国。由于欧美等发达国家对环境保护的重视，这些跨国公司非常重视环保型船舶涂料的发展，大多有水性船舶涂料产品。沪东造船厂80年代在为香港环球公司建造3600T散装货轮时，就曾采用过外资公司生产的水性醇酸面漆；除跨国公司在我国的合资厂外，国内仅有少数厂家在批量使用水性船舶防腐涂料产品，目前主要用于耐腐蚀要求不高的舰船内舱的涂装，如生活舱、机舱等部位，而耐腐蚀要求较高的压载舱等部位还未见使用。

      由于船舶内舱空间狭小、操作不便、通风不畅，施工中易发生火灾和中毒等事故，特别是绝缘层软包覆施工中，包覆布和绝缘隔热材料均为多孔材料，对涂料吸收量较大，且易于将有机溶剂封闭在多孔基材内部，造成舱室内长期存在涂料气味，严重损害在舱内工作和生活的人员的身体健康。水性涂料的使用可以使涂装施工和其它施工交叉作业，提高了造船效率。船舶内部所处的环境不是特别恶劣，所以除了环保指标外，对内舱涂料的其它要求不是那么苛刻，因此水性防腐涂料在船舶内舱中的应用前景非常广阔。

      目前用于船舶防腐的水性涂料既能同水性涂料配套，也能同溶剂型体系配套，国内主要的水性船舶涂料种类见表2。

      虽然水性涂料与溶剂型涂料相比在环保上有很大的进步，但由于市场上产品质量参差不齐，并不是每一种产品均能达到海军的使用要求。为此国内一些水性涂料生产厂家对此专门进行了研究，但由于测试标非常苛刻，比如甲醛浓度不能超过1.0×10—5因此仅有极少数厂家的产品通过了相应的毒性试验要求。毒性试验按照GJB-3881-1999《舰船用非金属材料毒性评价规程》进行，测试时将样板按照舰船的实际舱容比置于一定体积的恒温恒湿密闭箱内，定期测试样板释放物浓度是否超标，并且还要将漆膜燃烧后的烟气进行小白鼠毒性试验。通过30d毒性试验的，可以用于水面舰艇的内舱涂装；通过60d毒性试验的，可以用于常规潜艇的内舱涂装；通过90d毒性试验的，可以用于核潜艇的内舱涂装。目前，太仓兰燕涂料厂的水性丙烯酸防锈底漆和面漆可以用于水面舰艇的内舱涂装；海洋化工研究院研制生产的水性丙烯酸改性醇酸内舱涂料和水性环氧内舱涂料均已通过海军医学研究所的90d毒性试验，可以用于包括核潜艇在内的各种舰船内舱的涂装。

3.3水性船舶防腐涂料发展存在的主要问题

（1）产品品种少，配套不完善，产品性能需要进一步提高.

      我国水性船舶防腐涂料刚刚开始起步，产品品种很少，主要是几种防锈底漆和面漆。底漆性能与同类的溶剂型产品相比尚有不小差距，除水性无机硅酸锌底漆外，其它底漆主要用于水线以上部位的防腐；面漆主要是单组分体系，同溶剂型产品的差距不大。产品应用部位主要是内舱和甲板以上设施。

（2）施工性能，特别是低温施工性能有待提高

      与溶剂相比，水的蒸发潜热要高很多，而挥发速率慢很多，特别是在低温潮湿条件下，只有鼓热风才能施工；否则由于水分不挥发，容易造成涂料流淌。

（3）改善水性船舶涂料的功能性，提高其性价比

      目前，水性船舶防腐涂料的主要优势是环保和安全，而其使用功能的不全面会影响其推广应用；因此产品的功能性应该进一步提高，比如内舱涂料应该设法提高其阻燃性、抗沾污性、抗结露、防霉等，船壳涂料应具备热反射和隔热能力等。

4.结语

      水性聚氨酯涂料以水为溶剂，不仅节省了大量的石油资源大幅度降低了有机挥发物的排放量，减轻了环境污染，在石油资源日益紧缺和重视环境保护及可持续发展的今天有着非常重要的经济和社会意义；而且水性涂料不燃、不爆，使用安全、方便，消除了施工时的火灾隐患，并使涂装同焊接等工序交叉作业成为可能，有利于提高工效。因此随着水性聚氨酯涂料技术的不断进步和产品性能的不断完善和提高，水性船舶涂料必将在船舶涂装中获得更加广泛的应用。