近年來國內(nèi)外對海洋腐蝕與防護日趨重視，雖然各種耐海水腐蝕材料不斷推出，各種防腐蝕施工技術(shù)也大有發(fā)展，但仍遠不能滿足實際需求。我國對海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)施的防腐蝕研究與國外發(fā)達國家有明顯的差距，一些關(guān)鍵技術(shù)尚未解決，沒有形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，而且缺少相應(yīng)的防腐規(guī)范和標準，這些都嚴重影響了海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計、建造和安全運行。因此，針對我國重點海域和重大海洋工程所面臨的共性和關(guān)鍵防腐蝕問題，開展海洋工程結(jié)構(gòu)設(shè)施的長效防腐蝕關(guān)鍵技術(shù)研究，不但可以防止腐蝕發(fā)生，避免或減少后期服役的維修、維護費用和因維修造成的經(jīng)濟損失，減少重大惡性事故的發(fā)生，而且能夠使海工設(shè)施的安全性大大提高，具有重大意義。
1、海洋防腐涂料的要求海洋防腐涂料是指在海洋環(huán)境中使用的防腐蝕涂料。由于海洋環(huán)境非常嚴酷且具有強腐蝕性，因此，海洋防腐蝕是我國海洋工程發(fā)展中急需認真研究的課題。
按防腐對象材質(zhì)和腐蝕機理，海洋防腐涂料可分為海洋鋼結(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)防腐涂料主要指運輸船舶、集裝箱、海上橋梁、港口機械、輸油管線、海上采油平臺等大型設(shè)施的防腐涂料，非鋼結(jié)構(gòu)海洋防腐涂料主要指海洋混凝土構(gòu)造物防腐涂料。
海洋防腐涂料主要有無機富鋅、有機富鋅、有機硅、環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷類涂料，可根據(jù)不同海洋環(huán)境腐蝕特點和防腐年限選用不同的涂料和涂層體系。海洋防腐涂料一般要求具有如下性能：
?、倬哂辛己玫奈锢硇阅?。對腐蝕介質(zhì)抗?jié)B性好，對鋼材表面附著力好;
?、诰哂辛己玫牧W(xué)性能。耐海水沖刷、耐海冰碰撞、耐船舶停靠的磨損;
?、劬哂袃?yōu)異的化學(xué)性能。耐海水、耐鹽霧、耐油、耐化學(xué)品、耐紫外線等的侵蝕;
?、芘c電化學(xué)保護系統(tǒng)相容性好。飛濺區(qū)和全浸區(qū)涂料要具有耐陰極剝離性;
?、菥哂辛己檬┕ば阅?。可在各種環(huán)境條件下對不同結(jié)構(gòu)進行高質(zhì)量涂裝施工;
?、薹辖】怠h(huán)保、安全的要求。要求涂料固含量高，揮發(fā)性有機化合物(VOC)含量符合國家或國際標準要求;
?、咂渌厥庖?。如：淡水艙涂料要求無毒性并符合國家衛(wèi)生認證要求;用于不銹鋼表面的涂層中可濾去氯含量不能超過200mg/kg，涂層中不含鋅;船舶壓載艙涂料要符合國際海事局(IMO)《船舶壓載艙保護涂層性能標準》的要求;船舶水線以下部位涂料要求防止海生物附著等。
常用的海洋重防腐涂料主要相關(guān)國際標準有：
?、買SO12944防護涂料體系對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護;
②NORSOKM501表面處理和保護涂料;
?、跧SO20340近海及相關(guān)結(jié)構(gòu)防護涂層體系的性能要求;
④NACESPO108防護涂層對近海結(jié)構(gòu)的腐蝕控制;
?、軮MO船舶壓載艙保護涂層性能標準(PSPC)。
海洋防腐涂料及其涂層配套通常要滿足ISO12944、NORSOKM501、NACESPO108和ISO20340相關(guān)防腐標準的要求。一般都要預(yù)先通過嚴格的腐蝕試驗和認證，試驗項目主要有：
?、倌望}霧(鹽水)試驗4000h;
②耐陰極剝離試驗;
?、勰蜐駸嵩囼?000h;
④循環(huán)腐蝕試驗4200h。
2、海洋防腐涂料研發(fā)重點海洋防腐涂料的研發(fā)具有科技含量高、研制周期長、投資大、技術(shù)難度高且風險大，國外海洋防腐涂料研發(fā)主要集中在實力雄厚的大公司或靠政府支持的部門。例如英國的IP、美國的PPG、丹麥的Hemple、挪威的Jotun及日本的關(guān)西涂料等幾家大公司均有上百年的相關(guān)涂料開發(fā)歷史，在涂料生產(chǎn)供應(yīng)、質(zhì)量監(jiān)督、涂裝規(guī)范及涂裝現(xiàn)場管理等方面形成了一整套十分嚴格和嚴密的體系，目前這些公司的產(chǎn)品占據(jù)了我國海洋防腐涂料的主要市場。
我國海洋防腐涂料的生產(chǎn)主要集中在青島、上海、大連、天津、常州、廣州及廈門等幾家涂料企業(yè)，研究工作主要集中在中科院海洋研究所、中科院金屬腐蝕研究所、海洋化工研究院、中海油常州涂料研究院、中船725所等研究機構(gòu)。近年來，雖然建立了“中國船舶工業(yè)船舶涂料廈門檢測站”、“海洋涂料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督中心”等質(zhì)量管理監(jiān)督機構(gòu)，但整體技術(shù)水平仍落后于先進國家。
目前，國外海洋重防腐涂料的研發(fā)主要側(cè)重以下幾個方面。
2.1長壽命由于越來越多的超大型鋼結(jié)構(gòu)及所處海域特點不具備直接重涂或返岸施工的條件，因此要求開發(fā)具有超長使用壽命的海洋防腐涂料，最理想的是涂層使用壽命包括現(xiàn)場直接涂裝維修后的延續(xù)使用壽命等同于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備的使用壽命，即涂層與設(shè)備同壽命設(shè)計，使用中只需進行少量維修，免重涂。
比利時的涂膜鍍鋅屬于有機類高富鋅涂料，干膜中的金屬鋅含量達96%，在挪威奧斯陸的沿海海洋大氣環(huán)境中，涂覆在鋼橋上120μm膜厚的單一鋅加涂層15a后實測每年的涂層平均損耗僅為1μm。
無機富鋅涂料應(yīng)用最為典型的成功案例是澳大利亞Morganwyalla長達250km的油管工程，其防腐采用了單層水性無機富鋅涂層，涂層歷經(jīng)50余年仍保持著良好狀態(tài)，無腐蝕發(fā)生。美國埃克森(EXXON)公司在硫球島建的煉油廠采用單層硅酸鋅防腐涂層，歷經(jīng)15a后僅需小部分涂層修補，補后又經(jīng)4a完好無銹。
作為面漆，目前開發(fā)的氟碳涂料和聚硅氧烷涂料耐侯性已可達到15a以上，如日本旭硝子公司生產(chǎn)的三氟氯乙烯FEVE氟碳漆、大金公司生產(chǎn)的四氟乙烯FEVE氟碳漆、國際油漆公司生產(chǎn)的丙烯酸聚硅氧烷涂料interfine979及美國亞美隆公司生產(chǎn)的環(huán)氧聚硅氧烷涂料PSX700等等。
2.2低表面處理由于涂裝前處理費用會占到總涂裝成本的60%，因此低表面處理涂料已成為防腐涂料的重要研究方向之一。主要包括可帶銹、帶濕涂裝的涂料，以及可直接涂覆在其他種類舊涂層表面的涂料。這類涂料主要是環(huán)氧類，它們具有在潮濕帶銹鋼材表面上直接涂裝的功能，有超強的附著力，VOC含量<340g/L，一次無氣噴涂膜厚可達200μm以上，施工性能優(yōu)良。
2.3高固體分、無溶劑體積固含量在70%以上為高固體分涂料，固含量為100%的為無溶劑涂料。由于少用甚至不用有機溶劑，從而使高固體分涂料可減少VOC的排放，符合環(huán)保要求，且一次施工即可獲得所需膜厚，因此減少了施工道數(shù)，節(jié)省了重涂時間，提高了工作效率。由于無溶劑揮發(fā)降低了涂層的孔隙率，從而提高了涂層的抗?jié)B能力和耐腐蝕能力。
2.4水性化涂料水性化是涂料研發(fā)的另一個重要方面。其VOC含量低，對節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟、保護環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展都有重要意義。目前，水性涂料的研發(fā)主要在水性無機富鋅、水性環(huán)氧、水性丙烯酸、水性氟碳體系等領(lǐng)域。其中水性丙烯酸、水性環(huán)氧、水性無機富鋅涂料品種的工業(yè)化應(yīng)用在一定程度上已取得成功。日本旭硝子公司研究出新型低VOC水性FEVE共聚物，以其制備的涂料的耐候性、耐水性、耐溶劑性及光澤均可與溶劑型氟碳漆媲美。
2008年3月，在由美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)舉辦的防腐研討會上，挪威Hydro石油能源公司對水性涂料按照NORSKOKM-501進行了測試和評估，其結(jié)果顯示了水性涂料在遠洋環(huán)境下對新建設(shè)施的涂裝和修補領(lǐng)域具有令人鼓舞的應(yīng)用前景。
2.5環(huán)保新材料環(huán)保型新材料主要是采用低毒、無毒的材料，如以復(fù)合磷酸鹽防銹顏料代替有毒、有污染的紅丹、鉻酸鹽等防銹顏料，嚴格控制顏料中鉛、鎘、鉻、汞、砷等重金屬的含量。
美國能源部布羅卡溫實驗室以谷物、螃蟹殼、龍蝦殼為原料研制出一種生物重防腐涂料，在適當?shù)臏囟葪l件下，該涂料變得堅固、光滑，能緊密粘附在鋁或其他金屬表面防止金屬的腐蝕。
2.6聚脲彈性體聚脲涂層是近年來興起的無溶劑、無污染的高性能重防腐涂料，簡稱SPUA。SPUA為雙組分、100%固含量、對環(huán)境友好，其固化速度快，對濕度、溫度不敏感，且施工時不受環(huán)境濕度影響;固化后涂膜彈性及強度、耐侯性、熱穩(wěn)定性優(yōu)異，戶外長期使用不開裂、不脫落，對鋼鐵附著力好，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。但SPUA對被涂基材的表面處理要求極為嚴格，鋼材要進行徹底的噴砂，處理后必須馬上涂裝。
美國和我國臺灣地區(qū)已將其應(yīng)用在海工結(jié)構(gòu)物的防腐蝕中，尤其是海上平臺鋼結(jié)構(gòu)在飛濺區(qū)的涂裝。聚脲主要有芳香族聚脲、脂肪族聚脲和聚天門冬氨酸酯脂肪族聚脲。
3、海洋防腐涂料涂裝分析與建議
3.1涂料應(yīng)用現(xiàn)狀及問題目前，海洋工程上使用的防腐涂料大部分為國外跨國公司品牌的產(chǎn)品，國內(nèi)涂料產(chǎn)品很少使用。不論在涂料產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是其質(zhì)量控制機制方面，國內(nèi)涂料產(chǎn)品與國外產(chǎn)品都有很大差距。究其原因主要是我國海洋防腐涂料發(fā)展時間短，不掌握核心技術(shù)，缺乏研究資金，研究人員的水平不高等因素所致，這些不足極大地制約了國產(chǎn)涂料進入國際海工市場，也削弱了國產(chǎn)品牌的競爭力。
基于海工產(chǎn)品的使用環(huán)境，對其必須采取防腐蝕保護措施，對離岸的海工產(chǎn)品防腐涂層而言，服役期內(nèi)很難在海上進行修復(fù)或重涂，延長防腐涂層的耐久年限以及防腐涂層與海工產(chǎn)品使用壽命同步是海工防腐研究的最終目標。因此，研發(fā)在海洋環(huán)境中具有15a以上耐久年限的海洋重防腐涂料和涂裝技術(shù)，設(shè)計可在海洋環(huán)境中達到15～30a耐久年限的金屬涂層+有機涂層配套體系、多層有機或無機涂層配套體系，不僅是國家海洋開發(fā)戰(zhàn)略海工防腐蝕需要研究的重點，也是國家“十二·五”規(guī)劃中海工防腐涂裝技術(shù)工作的研究方向，而研制陰極保護效率高的底漆、屏蔽效果好的中涂漆和耐候性好的面漆，以及與之適宜的涂層配套設(shè)計則是防腐蝕涂層配套體系的技術(shù)關(guān)鍵。
海洋防腐涂料目前主要用于防止暴露在海洋大氣中的構(gòu)筑物腐蝕，浸在海水中特別是深水區(qū)的海工構(gòu)造物(如船舶和鉆井平臺)的水下部位、海底鋼管等也需要采用涂料防腐蝕。由于此區(qū)域的含氧量低，腐蝕程度相對較低，目前主要采用環(huán)氧涂料、環(huán)氧瀝青涂料、環(huán)氧玻璃鱗片涂料等，如需防止海生物附著，則采用環(huán)氧涂料+防污涂料組合體系。對海底區(qū)而言，由于此區(qū)域的腐蝕程度最低，因此涂層主要采用環(huán)氧瀝青涂料。鋼質(zhì)管道除采用液態(tài)環(huán)氧涂料外，還大量使用熔融環(huán)氧粉末涂料，由于檢修極其困難，通常要求其在不維修的條件下能正常使用20a以上。
應(yīng)用于海水中的防腐涂料通常要求具有良好的耐海生物作用和化學(xué)穩(wěn)定性，以保證涂層能夠防污損和防腐蝕;具有良好的機械強度，以保證涂層能承受一定壓力和碰撞，保持涂層的完整性使其不開裂或脫落;對鋼管表面和混凝土應(yīng)有良好的附著力;對外加陰極保護系統(tǒng)有良好的相容性，在使用陰極保護時涂層不剝離。
涂料防腐和涂料+電化學(xué)防腐蝕是目前海洋防腐的主要方法。相對于涂料的防腐性能而言，涂料在海水中的施工性能和可修復(fù)性更加重要，因此在涂層配套設(shè)計時通常建議設(shè)計成涂層壽命與被涂結(jié)構(gòu)主體同壽命或可免維修。此外采用可在水中施工的防腐涂料也是目前努力發(fā)展的方向，國外已有多個公司開發(fā)出此類產(chǎn)品，它們通常是液態(tài)高固含量環(huán)氧類涂料。
船舶制造是海洋工程中使用海洋防腐涂料較多的行業(yè)，與此聯(lián)系緊密的我國船舶防腐涂料涂裝技術(shù)也獲得了較快的發(fā)展，并達到了一定的水平，例如：涂裝工序已被列為船舶設(shè)計的重要內(nèi)容之一;鋼材預(yù)處理工藝在船舶制造企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，建立了分段除銹、噴涂車間，并配備了相應(yīng)的自動、半自動除銹和噴涂設(shè)備，制定了一系列除銹和涂裝的技術(shù)標準;從業(yè)人員已經(jīng)掌握了高性能涂料施工工藝和化學(xué)品/成品油船特種涂裝技術(shù);計算機輔助涂裝設(shè)計和治理技術(shù)、區(qū)域涂裝技術(shù)已在大型船廠推廣。
涂裝新技術(shù)的應(yīng)用使我國的涂裝技術(shù)水平、生產(chǎn)效率和涂裝質(zhì)量大幅度提高，明顯縮短了與國外涂裝技術(shù)的差距，涂裝質(zhì)量受到國內(nèi)外船東的好評。但是，我國船舶涂裝技術(shù)與國外相比仍存在較大的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
?、俅巴垦b出產(chǎn)設(shè)計深度不夠，殼舾涂一體化的概念不強;
?、诖巴垦b技術(shù)裝備的機械化、自動化程度不高，致使除銹、涂裝指標偏高執(zhí)行的現(xiàn)象較多;
?、垲A(yù)處理質(zhì)量和車間底漆性能有待改進;
④因其他工種施工造成涂膜損壞而進行多次涂裝問題十分突出，其中技術(shù)和人才缺乏則是阻礙涂料涂裝行業(yè)整體水平進步的重要原因之一。
3.2解決問題的思路海洋工程防腐蝕涉及到國家海洋開發(fā)的戰(zhàn)略，因此希望能從國家層面由國家相關(guān)部門或行業(yè)組織牽頭組織有關(guān)單位、整合社會資源，就海洋防腐涂料和涂裝技術(shù)需要解決的關(guān)鍵難題開展協(xié)作攻關(guān)，并提供雄厚的資金支持。建議加強以下方面的研究工作：
(1)加強基礎(chǔ)研究，提高防腐涂料產(chǎn)品水平。我國海洋防腐涂料要想上一個新臺階，則各相關(guān)機構(gòu)、涂料生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強新產(chǎn)品的研制，關(guān)注高耐候性配套涂料體系的開發(fā)、高效低毒防腐涂料的開發(fā)及海洋防腐涂料環(huán)保化等。
(2)加強涂料涂裝工藝的研究。從涂料涂裝一體化出發(fā)重視涂料施工性能的研究，不斷優(yōu)化和提升涂料產(chǎn)品的綜合性能，開發(fā)施工性能好適應(yīng)性強的涂料，提高配套涂料體系的科學(xué)性與合理性，以適應(yīng)不同海工產(chǎn)品的不同涂裝要求。通常涂料涂裝一體化由第三方來實施，即海工建造商將其所有涂裝生產(chǎn)全部外包給專業(yè)的涂裝工程企業(yè)——第三方，自己只負責監(jiān)督和檢驗。目前，一些有實力的涂料公司和涂裝設(shè)備公司推出了BOT服務(wù)模式，即海工建造商的涂裝車間由涂料公司或涂裝設(shè)備公司投資建設(shè)，并負責生產(chǎn)管理，根據(jù)海工建造商的生產(chǎn)計劃進行涂裝生產(chǎn)，實現(xiàn)涂料涂裝一體化，最終提供的是合格的涂層而不是液態(tài)或粉狀的涂料，而海工建造商只需制定技術(shù)標準和驗收監(jiān)督涂裝產(chǎn)品質(zhì)量，依據(jù)涂裝質(zhì)量和涂層面積進行結(jié)算。此模式這將成為涂料涂裝一體化的發(fā)展趨勢。
(3)改進海洋防腐涂料的防腐性能和施工性能，加強研制耐高溫燒蝕(>800℃)的車間底漆，具有高固含量、低黏度特性且施工方便的無溶劑防腐涂料，性能更好的自干或低溫烘干水性無機富鋅底漆、水性丙烯酸、環(huán)氧防腐涂料和可一次性涂覆300～500μm的環(huán)氧厚漿涂料，可在水下進行涂裝施工的重防腐涂料，防腐蝕性能更好的單組分富鋅底漆和濕固化聚氨酯防腐涂料，防腐蝕性能和耐老化性能更好的無機或無機改性防腐涂料等。
(4)海工結(jié)構(gòu)多數(shù)外形尺寸很大，目前涂裝施工大多在露天進行，手工噴涂是主要的涂裝方式，涂裝效率低、質(zhì)量難以保證，因此機械化涂裝是其發(fā)展的主要方向。對港機、平臺、專用船舶等海工產(chǎn)品中數(shù)量較大、外形規(guī)范的管件、桿件、型鋼、箱梁可以采用拋丸、涂裝機械化生產(chǎn)線實施涂裝，可以極大提高生產(chǎn)效率、保證涂裝質(zhì)量、縮短工期、保護環(huán)境。對外形相對簡單、數(shù)量較大的配套部件，可采用線上機器人涂裝或采用靜電噴涂。對涂裝效率較低的人工刷涂和輥涂，應(yīng)研制能夠自動供漆的漆刷或漆輥來提高效率，國外已有類似的產(chǎn)品。
(5)加強專業(yè)人才培養(yǎng)。市場競爭歸根到底是人才的競爭和管理水平的競爭，我國防腐涂料及涂裝企業(yè)與國外同類企業(yè)相比較，最薄弱的環(huán)節(jié)就在于此。目前從事涂料涂裝技術(shù)工作的人員多數(shù)是從化工或機械專業(yè)轉(zhuǎn)換過來的，由于專業(yè)設(shè)置原因，專業(yè)從事金屬蝕防護的人員很少，因此知其然者多，知其所以然者少，缺乏既能夠進行涂料防腐研究又精通涂裝施工技術(shù)這樣知識結(jié)構(gòu)全面的工程研究人員。國內(nèi)培養(yǎng)金屬防腐蝕專業(yè)人才的院校屈指可數(shù)，不能滿足行業(yè)需求，需擴大人才培養(yǎng)規(guī)模。同時，涂裝施工人員為涂裝工藝的最終實施者，其技術(shù)素質(zhì)的高低將直接影響到涂裝質(zhì)量，甚至涂膜的防腐性能。目前在一線進行涂裝施工的人員大多是未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)的農(nóng)民工，專業(yè)知識欠缺，因此培養(yǎng)合格的涂裝工人尤其是噴涂操作工，也是涂裝行業(yè)急待解決的問題。建議開展系統(tǒng)的社會和內(nèi)部專業(yè)教育培訓(xùn)，例如按涂裝工培訓(xùn)大綱進行培訓(xùn)，使其達到中級或高級涂裝工資質(zhì)。此外，實行持證上崗也是提高施工人員素質(zhì)和涂裝質(zhì)量的重要途徑之一。
(6)涂裝檢驗是保證涂裝質(zhì)量的最終環(huán)節(jié)，也是非常重要的環(huán)節(jié)，必須由具有專業(yè)資質(zhì)的檢驗人員來實施。海工產(chǎn)品使用環(huán)境惡劣，對防腐蝕要求很高，通常海工產(chǎn)品和國際標準都要求實施涂層檢驗的人員必須受過NACE、SSPC、FROSIO涂層檢驗的相關(guān)培訓(xùn)并取得相應(yīng)職業(yè)資質(zhì)，需要達到二級或三級才能進行此項工作。我國在此環(huán)節(jié)應(yīng)引進國外相關(guān)培訓(xùn)教材，按照國外標準培養(yǎng)專職涂裝檢驗人員，在海工防腐涂裝項目中實施涂裝檢驗資格認證制度，改進國內(nèi)涂裝檢驗水平，提高海洋工程的涂裝質(zhì)量。