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新型环保船舶涂料技术 摘要：本文主要介绍水性船舶涂料研制的起源、发展，以及阐述传统油漆对社会整体发展的不利影响，提出新型水性船舶涂料环保节能、安全健康，施工便利等优点，以及纳米技术的应用，开创了船舶涂装技术的新纪元。 关键词：船舶涂料；水性；防腐；环保节能；纳米技术 随着各国保护生态环境法规的不断出台、完善，船舶涂料的开发已不再像传统型涂料只注重防护性。21世纪，人类将对海洋进行空前规模的开发，也对船舶涂料技术提出了新的要求：开发高性能、节省资源及生态环境适应性涂料[1]。船舶涂料技术的迅速发展会对海洋资源的开发起到巨大的促进作用，对人类社会的可持续发展作出贡献。 一、水性船舶涂料的研制背景（一）传统油漆施工中的安全隐患油漆作业火灾危险性很大，近年来，修造船行业在使用油漆过程中发生了多起爆燃、爆炸、火灾事故。2002年9月25日，兴化市某船厂一驳船在维修过程中发生爆燃。爆燃产生的气浪将一油漆工从4 m高的船上掀落在地并摔伤，同时使一名电焊工灼伤。经调查了解，事故原因为油漆作业产生的大量油漆蒸气遇到电焊作业产生的火花，导致爆燃。2002年1月23日，某造船厂在建的4号2．7万吨散装货轮在应急消防泵舱焊接过程中发生爆燃，造成2人死亡。因油漆中毒，造成修船工人死伤事件也屡见不鲜。油漆易燃易爆，不但增加了施工难度，同时存在着巨大的安全隐患。 （二）传统油漆施工中健康隐患 目前，我国潜艇及各类舰船舱内的防腐涂料还大多采用传统溶剂型涂料，含有铬或铅等重金属化合物，毒性较大，对海洋环境及人类健康都会造成较大的危害。在很多船厂都有这样的操作规定：在狭小舱室除锈或涂漆时，必须安装通风设备，换气量每小时20一30回，操作人员穿着防护服和使用防毒面具或送风罩，新鲜空气能直接送到操作人员面部。人孔口要安装照明灯，舱外要有专人守护，不可一人单独操作，并定期轮换人员。工作完毕必须将其盖好。操作人员施工时，如感觉头痛、心悸或恶心时，应立即离开工作地点，到通风处换气；如仍不舒畅，应予以急救或治疗，这充分说明了涂料所挥发出的有毒有害的有机溶剂在全封闭的舰艇内，直接影响官兵的身体健康。（三）水性漆的诞生 水性漆最早出现在二战期间，德国由于缺少油脂首先研制成功了该产品。随后在世界各国，特别是在工业发达的国家，涂料生产开始向减少污染、节省能源、水性化、无溶剂化方向发展。《京都议定书》及《斯德哥尔摩公约》签订，引起世界各国高度重视，我国同样承担相应的义务。美、英、法、日、德等发达国家早在上个世纪50～60年代就开始研制水性漆，并以较快速度发展。这些国家水性漆的产量平均占整个涂料产量的70％[2]以上，水性漆以形成产业方向，正迅猛地向前发展，上世纪90年代初水性漆生产在中国尚属空白。徐州市水性漆厂认为，无论是从环保的角度还是节省能源的角度考虑，在不久的将来，水性漆以及无溶剂涂料将全面代替油漆。为了填补国内空白，解决水性漆全部依赖进口问题，经过无数次的试验，徐州市水性漆厂终于研制出了Gx06—5水性带锈防锈漆，开创了国内水性漆市场的先河。该产品不含苯类、甲醛、游离TDI等制癌物质及VOC，不含对人体有害的铅、汞、铬等重金属，对人体无伤害，在成膜后慢性挥发的物质少，对密闭空间的空气质量的保障提供了可能，并且水性涂料不燃不爆确保施工安全。 二、水性漆取代传统油漆消除对社会整体发展的不利影响油漆的危害有目共睹，据专家介绍，油漆中的有机溶剂“天那水”或“香蕉水”，有剧毒、易污染，可以燃烧，还含有大量甲醛、苯、铅等有毒致癌物质，是污染环境和损害人体健康的“头号杀手”。而且，油漆中的游离TDI在长达5年的时间内都会不断散发有害物质。根据建设部、中国消费者协会已公布的报告表明，全国每年由于室内污染死亡的人数已达11．1万人，平均每天约300人，相当于全国每天因车祸死亡的人数。更为痛心的是，许多孕妇和儿童惨遭“油漆毒手”，有1/3的白血病儿童的发病与家庭装修有直接关系。水性漆从生产到使用基本实现了有害物质零排放，是绿色化工的重要组成部分，它不会产生任何污染，是100％的绿色产品。据悉，为确保“绿色奥运”从理念到实践，我国相关部门联合颁布了《奥运工程环保指南》，所有用于各大体育场馆的涂料都必须符合此标准。同时，北京国家奥林匹克体育中心经过多次选择和对比，最终确定水性漆为奥运场馆使用漆，水性氟碳漆为奥运主会场鸟巢穿上了“百毒不侵”的外衣，不仅环保并可使鸟巢保持青春25年，水性漆获得奥运的认可，其根本的因素就是健康环保的特性。水性漆，顾名思义，是以水为溶剂的漆，因其不用固化剂、稀释剂，既节省能源，又安全环保，解决了油漆的污染能耗问题，所以世界各国均大力提倡使用水性漆。水性漆取代溶剂漆，是环保的需要，是健康的需要，是历史的必然，符合“资源节约、环境友好”这一战略要求。 三、新型水性船舶涂料环保节能、安全健康、施工简便、节省成本（一）环保节能 1、环保配方节省能源：该产品以自来水作为稀释剂，无公害高性能防锈颜填料。钝化型或缓蚀型海洋重防腐涂料一般要使用含铬、铅等重金属的防锈颜料。不使用含重金属的防锈颜料是防腐蚀涂料的发展方向。为此，专家们研究开发出抑制钢铁腐蚀的新型防锈颜料，如磷酸锌、磷酸钙、钼酸锌、钼酸钙以及含锌化合物等；新型的锌一硅酸盐改性的三聚磷酸铝颜料等也是替代重金属颜料的有效品种。 2、油漆调好后在几个小时内必须用完，否则就会固化造成浪费。而水性漆一次未使用完下次还可接着使用，即使放久了也不会变质，用起来既方便又节约。 （二）安全健康 传统涂料易燃易爆，船舶涂装时，焊接的工作很多，必须注意采取防火、防爆、防触电、防毒等措施，涂装施工时必须避开明火作业，或等涂装完，测爆合格后再进行其他作业，使用水性船舶防腐涂料，由于其不含挥发性溶剂，不燃不爆，并且耐高温，不影响焊接，给船厂生产安排带来安全与便利；省去了在涂装过程中污染的处理，个人防护和设备的保养维修等系列工作，还可避免因有机溶剂对施工人员造成的伤害等。 （三）施工简便 水性船舶涂料如黏度较大，直接用自来水稀释，施工前清除钢材表面油污、砂土杂物、疏松浮锈即可，刷、滚、喷、浸渍多种工法皆可；干燥时间短，在常温下，表面干燥十分钟。 （四）减少施工成本 1、由于能源危机，石油价格不断上升，传统船舶涂料的原材料价格过高，甚至高过一些水性涂料的价格。一个有力的证据就是“二甲苯”的价格，由2003年最低每千克3块多钱涨到现在的每千克7块多钱。再加上国内的法规，使用二甲苯生产要征税，这也增加了成本，而水性船舶涂料无机原料配方，以水作为稀释剂，施工工具用自来水清洗即可。 2、水性船舶涂料涂刷面积大，每千克可涂刷12m2，防腐时间是普通防腐涂料的2—3倍。 四、水性船舶涂料改善传统工艺，提升涂装质量尽管目前修船的技术不断提高，但无论是哪种工艺都必须先除锈，除锈的方法也很多，如人工除锈、风动工具除锈、高压水除锈、干喷砂除锈等。各种方法都各有其弊端。人工除锈，风动工具除简单，但效率低，质量差；高压水除锈效率高[3]，但不能“出白”，有反黄现象；干喷砂除锈质量高，但污染严重。即使采用较先进的干喷砂，以高压水除锈的工艺也是增加了修船的成本。作为船舶涂装的主要设施钢材预处理流水线[4]和喷丸涂装房，许多中、小造船企业中无法建立，只能依靠大船厂，委托大船厂对需使用的钢材进行预处理，预处理的质量好坏，取决于加工企业，作为造船企业本身却无法保证，从而增加了船舶二次除锈的工作量。有的船舶及海洋设施有许多狭小或不能搬动的部件，维修时往往难以进行彻底的表面处理，通常处理后仍带有不同程度的锈蚀物，并经常处于高度潮湿状态，这就迫切需要一种可以在低处理表面上直接进行涂装的高性能涂料，能适应低处理表面的通用底漆，这种涂料不但减轻了表面处理的压力，避免了预处理对环境造成的污染，并且节约了很多维修费用。由徐州市水性漆厂开发生产的高性能水性船舶防腐涂料可以带锈涂刷，施工于有锈、无锈，坚硬的氧化皮及旧漆膜的钢材表面，对于形状复杂除锈困难的大型构件更显其独特的优越性，既降低了施工难度，又减少修船成本。水性船舶涂料具有带锈涂装功能，部分构件可简化磷化工艺及中间涂层，省时省力，简便快捷，可提高工效3倍以上，以水为稀释剂，产品利用率100％，每千克涂刷面积12～15m2左右，单位涂装成本为国内最低，防锈性能是一般防锈底漆的2～3倍，可显著减少防腐蚀、劳动保护、消防安全及环境保护方面的投资，达到增效节能降低成本之目的。 五、水性船舶涂料适用范围 （一）水线、外弦、甲板部。由于干湿交替作用引起的腐蚀、波浪冲击引起的损坏及紫外线照射引起的老化，该产品的涂膜具有良好的耐海水腐蚀性，优异的物理机械性能、耐磨、耐冲击及优异的耐候性。 （二）上层构造物。涂层具有较佳的装饰性及耐候性。 （三）承台。干燥货架，放置杂物或粮食，涂料具有耐高湿高温、冷热交替。耐磨、耐化学药品等特性。 （四）原油箱、压载舱兼用箱、废油箱等。该产品涂膜具有耐油性、耐海水性，并与电化学防腐并用。 （五）饮水舱、清水舱。饮水性试验合格，并耐水。 （六）货舱。针对装货种类(石油产品、化学品等)不同，该产品具备耐油、耐化学品、耐酸耐碱性等。 （七）烟囱、管道类。耐高温500℃，完全符合要求。 六、水性船舶涂料发展方向 为研究水性漆，世界各国都投入了大量人力物力，经过二十余年的努力才攻克难关，我国更是将水性漆的研制列入国家“十五”计划的攻关项目。随着纳米技术的应用，水性漆在技术上日臻成熟，目前已达到或超过传统漆的质量。 （一）水性无机富锌涂料。 水性无机富锌涂料是以无机物为主要成膜物，高含量的锌粉为防锈颜料，水为分散介质的高固体分厚膜涂料，是海洋环境防腐蚀领域中防锈性能最优异的一类涂料。锌粉作为一种电化学防锈颜料在涂料中应用已久，无机富锌涂料中的锌粉含量占干漆膜总量的74％以上，保证了锌粉颗粒及锌粉与金属底材之间的紧密接触，使其能有效地对钢材起到阴极保护作用。另外，锌粉在作为牺牲阳极的同 时，还可以与外部环境中的CO2和H2O发生反应，生成不溶型碱式硅酸锌，沉积于漆膜空隙中，提高了漆膜的致密性，从而对漆膜起屏蔽保护。 （二）低处理表面防锈涂料。 船舶及海洋设施有许多狭小或不能搬动的部件，维修时往往难以进行彻底的表面处理，通常处理后仍带有不同程度的锈蚀物，并经常处于高度潮湿及带油(油舱维修时)的状况，需要一种可以在这种低处理表面上直接进行涂装的高性能涂料。 （三）纳米技术在水性船舶涂料中的应用。 纳米微粒，如纳米级Tio2、ZnO、CaCO3及SiO2用于防腐涂料具有极好的协同作用。由于纳米颗粒的表面能很高，易于同其他原子结合，纳米颗粒与涂层形成较强的氢键结合，增强了涂层的致密性及抗离子渗透性[5]。纳米粒子填充涂料用于船舶的表面具有极强的紫外线吸收、红外线反射特性，对波长400纳米以内的紫外光吸收率达70％以上，对波长400纳米以内的红外光反射率也达70％以上，因此该涂料具有较强的抗紫外线老化和防热老化能力，同时能增加涂料的隔热性能。纳米填充粒子在涂料中的分散，通过对纳米粒子进行分子设计，使其具有表面疏水性和表面两亲性，均匀地分散于涂料基质中，形成高质量纳米粒子填充涂料。此外，纳米微粒还可以改善涂料，提高涂层的附着力、硬度是重要的发展方向之一。 七、水性船舶涂料的产业化前景 20世纪八九十年代，世界造船和修船行业完成了向东亚的转移，至本世纪初东亚占世界造船市场80％以上的份额。其中韩国和日本占30％一35％，中国占8％一10％。近几年中国造船业尽管受到钢铁涨价的困扰但仍高速增长，预计2010年造船吨位将达到2000多万吨，将赶上或超过韩国、日本成为世界第一造船大国。相应的船舶涂料生产开始向东亚尤其是中国转移。我国船舶涂料进入高速成长的黄金时期，成为涂料行业发展最快，与国际接轨最早，工业涂料市场份额最大的领域之一，预计未来5—10年间我国船舶涂料将呈现快速发展趋势。涂料的无溶剂化、水性化是未来的发展方向，作为全球第二大造船国，目前中国造船企业新承接船舶订单在载重吨百万数量级以上的就达8家之多，在国内市场上能够达到该产品技术指标的产品几乎是空白。八、结束语 水性船舶防腐涂料产品配方采用无机原料，节省能源，减少溶剂涂料涂装对环境的污染，降低涂装的火灾隐患，提高修造船的工作效率，成功的解决了环境、能源和安全问题，是环境友好型产品，符合国际化环保涂料的发展需求，符合现在中国构建可持续发展和谐社会的方向。
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