海洋與腐蝕
地球表面70%是海洋，全球貿(mào)易中90%以上的貨物通過海洋運輸，海洋資源和航運業(yè)已成為世界經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。然而，海洋環(huán)境對金屬構(gòu)件造成的振動沖擊以及海水和海洋生物對金屬材料的腐蝕使得海洋環(huán)境變得極為惡劣。
腐蝕是導(dǎo)致各種基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)設(shè)備破壞和報廢的主要原因。我國每年由于腐蝕造成的損失約為GDP的5％，遠高于美國的3.4％和日本的3％。國際公認，腐蝕損失超過所有自然災(zāi)害損失的總和。在海洋環(huán)境中服役的基礎(chǔ)設(shè)施和重要工業(yè)設(shè)施的腐蝕問題嚴(yán)重，特別是船舶與海洋平臺的腐蝕問題更加突出，腐蝕已經(jīng)成為影響船舶、近海工程、遠洋設(shè)施服役安全、壽命、可靠性的最重要因素。
海洋工程構(gòu)件被腐蝕
海水作為腐蝕性電解質(zhì)的最顯著特點，是它含有很多自由離子，即含鹽量很高。另外，海水中含有復(fù)雜的無機物和有機物。除了氯化物以外，海水還含有經(jīng)常處于飽和狀態(tài)的碳酸鹽以及多量的鎂、鈣離子，它們可以在金屬表面生成保護性的覆蓋層。此外，海水中有些微量組分也會影響腐蝕，其中有些有機、無機分子能和金屬形成絡(luò)合物，這些絡(luò)合物直接影響著金屬的溶解和腐蝕產(chǎn)物的生成和沉積。
涂料是船舶和海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的首要手段。在海洋環(huán)境下的防腐涂料應(yīng)具有以下特性：良好的附著性、優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫性、耐候性等。基于這些性能要求，選用環(huán)氧樹脂這種高分子材料比較合適。
船舶表層涂料
環(huán)氧樹脂防腐涂料
環(huán)氧類防腐涂料以環(huán)氧樹脂為主體，與顏料、催干劑、助劑等調(diào)制而成。環(huán)氧樹脂涂料性能優(yōu)異：高附著力、高強度、耐化學(xué)品和耐磨性，是目前海洋重防腐領(lǐng)域應(yīng)用最早、范圍最廣的重防腐涂料種類之一。
環(huán)氧類防腐涂料具有多種類型，主要包括雙酚A環(huán)氧樹脂和酚醛環(huán)氧樹脂。雙酚A環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)含有羥基、醚鍵和環(huán)氧基團，具有優(yōu)良的基底附著力；其苯環(huán)結(jié)構(gòu)賦予樹脂較高的機械強度和耐磨性；涂膜后具有出色的耐酸堿、耐腐蝕和耐化學(xué)藥品性能；常溫下固化，施工方便，固化后收縮率低，無揮發(fā)性物質(zhì)釋放，符合綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
雙酚A環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式
酚醛環(huán)氧樹脂由于含有更多的環(huán)氧基團，具有更強的耐腐蝕性和附著力；其固化交聯(lián)度更高，致密性更強，同時還具備酚醛樹脂的耐高溫和耐腐蝕性能。然而，環(huán)氧基團增多會導(dǎo)致樹脂脆性增加，影響其應(yīng)用范圍。采用雙酚A替代苯酚合成酚醛環(huán)氧樹脂，游離酚含量低，分子量分布窄，雙酚A的引入使得樹脂的力學(xué)性能更強，收縮率更低，環(huán)氧基團增多增強了其附著力，同時提升了柔韌性、熱穩(wěn)定性、絕緣性、耐水耐腐蝕性等性能。
酚醛環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式
環(huán)氧類涂料的問題與改性方法
環(huán)氧類防腐涂料也存在缺點，如耐沖擊性能和韌性較差等。因此需要對材料進行改性。
純環(huán)氧樹脂脆性較大，一般在環(huán)氧中添加增韌劑，約使用1年后，增韌劑揮發(fā)，涂膜脆性急劇增大，在機械沖擊下會發(fā)生脫落等問題。因此，目前一般用熱塑性樹脂對環(huán)氧進行改性，主要的增韌機理包括橋聯(lián)約束效應(yīng)、裂紋釘錨、顆粒撕裂拉伸、空洞剪切屈服。當(dāng)復(fù)合材料受到外力作用時，填料在基體中起橋聯(lián)約束、鈍化和阻止裂紋擴散的作用。此外，橋聯(lián)力對橋聯(lián)點處的裂紋起釘錨作用，達到增韌的效果。常用于環(huán)氧樹脂增韌的熱塑性樹脂有聚砜、聚氨酯、聚硅氧烷、聚醚砜、聚酰胺、聚醚醚酮等。這些熱塑性樹脂通常可溶于未固化的樹脂能夠與環(huán)氧樹脂基體相互作用，從而在固化環(huán)氧樹脂后提供牢固的界面粘合，使其在提高斷裂韌性的同時不損失其他力學(xué)性能。
另外，在環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中加入氟元素也是一種很好的改性方法。以雙酚AF代替雙酚A合成酚醛樹脂，再對其進行環(huán)氧化，得到的含氟環(huán)氧樹脂，因為聚合物主鏈含有二酚基丙烷型結(jié)構(gòu)，使其具有很強的機械強度和耐磨性，涂料的固化收縮率更低，韌性遠高于普通的酚醛型環(huán)氧樹脂；含有大量的環(huán)氧基團，從而與基底形成極強的粘附力；特別是氟元素的引入使這種氟碳樹脂憎水憎油，具有特別優(yōu)異的耐腐蝕性能和耐紫外、化學(xué)品性能，并且涂料柔韌光滑，具有自清潔性能。這種涂料結(jié)合了酚醛樹脂涂料、環(huán)氧樹脂涂料和氟碳樹脂涂料共同的優(yōu)點，在海洋防腐領(lǐng)域優(yōu)勢突出。
雙酚AF結(jié)構(gòu)式
在海洋防腐領(lǐng)域中，環(huán)氧樹脂還有許多不同的改性方法以適用于不同環(huán)境，如無溶劑化或弱溶劑化、水性化、納米粒子共混、低表面處理等。這些改性方法可以使環(huán)氧涂料的生產(chǎn)更加環(huán)保節(jié)能，使涂料的性能更加優(yōu)異以及功能化。
現(xiàn)狀與前景
我國對環(huán)氧樹脂的研究起于1956年，是新中國成立后就比較重視的工業(yè)內(nèi)容之一，長期以來，環(huán)氧樹脂防腐涂料都是我國防腐涂料領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。如今，我國作為一個海上強國，在大力發(fā)展海上工業(yè)的大環(huán)境下，環(huán)氧樹脂防腐涂料在現(xiàn)代社會仍然具有良好的市場前景和應(yīng)用價值。我國的海洋防腐涂料研究雖然在近幾年來有了巨大的進步，但是在涂料防腐性能、成本控制、生產(chǎn)工藝、涂裝工藝等方面上還是和國外存在較大的差距。
