1  金属材料腐蚀的危害

  金属腐蚀的危害可归纳为四个方面：1）腐蚀造成巨大的经济损失。每年由腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的 2 %~4 %，有些发达国家甚至更高。2）腐蚀造成金属资源和能源的大量浪费。生产金属材料不仅需要消耗大量金属矿石，而且需要消耗大量能源。3）腐蚀造成设备破坏事故和环境污染问题。由于设备腐蚀穿孔、断裂等突发性事故往往导致灾难性后果，而由设备腐蚀造成的物料流失、跑冒滴漏是环境污染的一个重要原因。4）腐蚀阻碍新技术的发展。因此，金属材料防腐蚀方法的研究显得尤为必要。

  2  金属材料腐蚀的防护方法

  按腐蚀作用的性质，金属材料的腐蚀可分为电化学腐蚀、化学腐蚀、物理腐蚀等几种。与此对应的防腐方法有电化学保护、缓蚀剂缓蚀以及保护层防护。保护层防护是利用覆盖层的致密性、耐腐蚀性将金属基体与腐蚀性介质隔离，达到保护金属材料的目的。保护层分金属保护层和非金属保护层，而非金属保护层又分为无机涂层和有机涂层。相比以搪瓷、陶瓷等氧化物为主的无机涂层，有机涂层因施工方便，防腐效果好而得到广泛应用。有机涂层是有机涂料涂覆在金属表面经固化后形成的保护膜，虽然不能完全阻止腐蚀介质的侵袭，但在很大程度上将金属基体与外界环境隔离，能有效减慢腐蚀速度，保护金属材料，延长金属设备使用寿命，是迄今为止最为有效、最经济实用和应用最为普遍的方法之一。

  3  有机防腐涂料的研究现状

  有机防腐涂层可在金属材料表面形成一层保护层，对使用温度较低和腐蚀性一般的介质中使用的化工及石油化工设备有很好的保护作用。虽然有机涂层应用最广、最有效，但其也有各自缺点限制了特定条件的应用。设备要求高温（高于 120 ℃）条件下使用时，一些有机防腐涂料就不能满足要求，比如：环氧树脂防腐涂料；设备在强碱性介质下使用时，一些有机防腐涂料就被限制，比如：酚醛树脂防腐涂料。因此，近年来有机防腐涂料的发展状况是或者对传统的有机防腐涂料进行改性；或者是开发具有更好的热稳定性和优异耐腐蚀性的新型有机涂料；或者是将有机-无机结合开发复合防腐涂料。以下重点介绍了几种性能优异的有机防腐涂料：

  3.1 环氧树脂涂料

  环氧树脂涂料的树脂基体是指平均每个分子含有两个（含）以上环氧基团。环氧树脂对金属表面具有优异的附着力、较低的固化收缩率和较好的机械性能，外加交联密度可控、耐化学品突出、耐溶剂性好等特点使其具有优良的耐腐蚀性能，成为涂料工业的支柱产品之一。但是环氧树脂易被氧、水和氯离子等侵袭，也存在耐热性差、耐酸性差、耐紫外线差和涂膜脆性大等缺点。为改善环氧树脂脆性大、耐紫外线差的不足，李文凯等向环氧树脂中引入弹性链段，以聚氨酯改性环氧树脂为成膜物质，选取与金属离子有螯合作用的磷酸锌、三聚磷酸铝配合使用作为防锈颜料，当树脂与颜料充分混合时，涂层与基材粘结力强，在基材表面形成完整的保护层，具有良好的机械性能和优异的耐蚀性能，能够满足石油化工储罐外壁长期防腐蚀的要求。为了改善涂料性能，人们对环氧树脂进行添加填料，以顺应特种用途方面的要求。将纳米粒子作为填料添加到环氧树脂，可以提高其屏蔽性能，一定程度上阻碍环境介质的侵袭，提高耐腐蚀性能。宋大雷等研究了 KH-69 硅烷改性纳米 ZrO 2 的环氧树脂涂层，通过 KH-69 硅烷增强 ZrO 2 和环氧树脂之间的相容性，通过纳米 ZrO 2 填料提高环氧树脂的抗化学和微生物侵蚀的能力，发现相比纯环氧树脂，改性后环氧树脂的耐腐蚀性能有显著提高。

  3.2 聚氨酯涂料

  聚氨酯由于结构的特殊，既具有类似酰胺基的高强度、耐磨损性等特性，又具有聚酯的耐热性与耐溶剂性，使得聚氨酯涂料已成为增长速度最快的涂料品种之一。聚氨酯防腐涂料有溶剂型聚氨酯和水性聚氨酯，随着现阶段人们对涂料防腐性能及环保要求的提高，普通聚氨酯已经不能满足，因此，对聚氨酯涂料的改性成为研究热点之一。通过新的合成工艺和方法，聚氨酯分子可设计，在链段上引入具有特殊功能的分子结构，灵活调节组分，使得聚氨酯涂料具有更多防腐功能。张鸿以防腐蚀性能优异的丙烯酸对聚氨酯进行共混改性，选择环保型防腐蚀颜填料及功能助剂，进行合理的配方设计，制备出性能优异的水性防腐涂料，该涂料成本较低，施工简便，环保高效，具有广阔的市场应用前景。通过纳米材料对聚氨酯的改性可以产生叠加效应，显著影响其性能。汤晓东等 。研究了添加改性后纳米 SiO 2 的聚氨酯涂料性能，改性后的纳米 SiO 2 在聚氨酯中有较好的溶解性与分散性，因此，纳米 SiO 2 很好地填充到了钝化膜表面及其内部的孔隙中，使膜层更加致密，阻碍了腐蚀性介质对金属基体的侵蚀，结果表明改性后的聚氨酯钝化膜的耐腐蚀性有很大的提高。

  3.3 氟树脂涂料

  氟树脂涂料是采用含氟树脂作为主要成膜物制备的防腐涂料，因为其结构中含有的 C—F 键键能大，极化率小，F 原子的半径小等特征，使得以氟树脂防腐涂料具有极高的化学惰性，超强的耐候性、耐化学品的侵蚀、耐温性，在-40～200 ℃范围内可长期使用。被广泛应用于各个领域。而随着对涂料成本、防水性及环保要求的提高，人们对氟树脂涂料进行了多种改性。宁姣姣等采用乳液聚合法制备了四元无规共聚氟代聚丙烯酸酯乳液（ FSHC），通过结构表征和性能分析，发现氟树脂涂料的生产成本有所降低，成膜性能提高，含氟基团迁移至表面，氟树脂涂料表现出良好的防水性。另外，赵培艳等在氟碳树脂涂料中加入钛纳米鳞片，钛纳米鳞片补充了固化过程中的微孔，大大阻止腐蚀介质的渗透，测试结果表明涂料耐腐蚀性能得到极大地增强。

  3.4 有机硅涂料

  有机硅树脂，又称聚硅氧烷，是一种以 Si-O-Si 为主链，硅原子上连有有机基团的具有高度交联特性、分子量在 2000~4000 之间的聚合物；分子链上有机基团与无机原子结构的分布，使其具有优良的耐热、耐候、耐水性。但是有机硅涂料也存在缺点，比如纯硅氧烷涂层的厚度受到限制，比如有机硅涂层的机械性能不高，为发挥硅氧烷涂层体系的整体优势，科研人员对硅氧烷的制备工艺和改性作了深入研究。有机硅涂层的固化温度和时间会影响涂层的致密度以及与金属基体的结合力，从而影响涂层的防腐性能。董泽通过对涂层制备和固化工艺的研究发现适中的固化温度和时间下制备的图层防腐性能最佳。此外，董泽以铝溶胶为主要的纳米增强相的加入，使其与氧化硅溶胶共聚合获得有机改性硅溶胶，获得了具有高硬度、耐磨、耐热、抗冲击性好的硅氧烷复合防腐涂层。有机硅树脂存在附着力差的缺点导致防腐不能达到理想效果，祝红良等采用磷酸酯改性环氧有机硅树脂，引入磷酸酯基柔化有机硅树脂，提高其附着力，从而提高其耐腐蚀性。此外以玻璃粉和铝粉为耐高温颜料，控制合适的颜基比，提高涂层的致密性，制得的新型防腐蚀涂料，具有优异的耐高温和耐腐蚀性能。

  综上，当前有机防腐涂料的研究方向包括这几个方面：1）对树脂主体本身进行结构上设计、合成或者改性，改善某些性能缺陷；2）通过对不同树脂添加不同填料以及对填料或基体改性以增加两者间的相容性，或进行有机-无机复合等提高涂料的耐蚀性；3）对有机涂料制备的工艺和方法的探索，以找到性能最佳的制备条件。

  4  有机防腐涂料的展望

  随着环境和腐蚀介质的变化，对金属材料防腐要求越来越高，有机防腐涂料的发展趋势为：一方面，有机-无机复合型涂料也是发展方向之一，通过对耐蚀性的高分子材料进行改性，合成既具有无机涂层的高硬度、高耐磨、高耐候性、耐热性等优异性能，又具有有机涂层的初性、耐独性、疏水性等优点，使防腐涂层在更恶劣环境、更广阔领域得到应用，提高金属材料的服役年限；另一方面，随着人们环保意识的加强，有机防腐涂料的绿色化是发展趋势，采用有机溶剂的传统涂料被水性有机涂料取代就是很好的说明。此外，生物基防腐涂料是一种新型“绿色”涂料，具有广阔的应用前景，环保无污染，代表着新型重防腐涂料的发展趋势。

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