人類文化的發展就是材料的發展曆程，金屬材料的出現顯著推動了人類物(wù)質文明的進步，然而人類生(shēng)活中(zhōng)大(dà)量應用的金屬材料表面的腐蝕問題也給人類社會造成了巨大(dà)損失。腐蝕可使零件性能變壞，精度下(xià)降，表面凹凸不平，壽命縮短，甚至報廢。據統計，在工(gōng)業化國家，每年因腐蝕而造成的維修或更換産品費(fèi)用約占國民收入的5%。因此，金屬的防腐處理具有重要意義。
針對金屬腐蝕的原因采取适當的方法防止金屬腐蝕，可以采用改變金屬的内部組織結構，制造各種耐腐蝕的合金；在金屬表面覆蓋保護層，使金屬制品與周圍腐蝕介質隔離(lí)，從而防止腐蝕以及利用電(diàn)化學保護法，在金屬表面覆蓋金屬氧化層。但這些傳統的金屬表面防腐蝕方法工(gōng)藝較複雜(zá)，對環境污染較嚴重，現在，金屬表面防護主要采用有機塗層防護，即在金屬表面塗敷有機防腐塗料，經過常溫固化形成保護層，具有良好的抗腐蝕作用，在塗料中(zhōng)添加的助劑也具有電(diàn)磁屏蔽、電(diàn)化學保護等作用，有機防腐塗料因其施工(gōng)方便，防腐效果好而得到廣泛應用。有機防腐塗料中(zhōng)的應用較爲廣泛的一(yī)種類型爲環氧樹(shù)脂塗料，它具有附着力強，塗層的硬度高，耐水和耐化學性穩定，耐磨性較好等優點，廣泛應用到地面鋪裝、金屬防鏽、管道防護以及船舶表面防鏽等領域。但目前絕大(dà)多數環氧樹(shù)脂塗料都爲溶劑型塗料，溶劑多爲甲醇、丙酮等高揮發性有機物(wù)，有毒、易燃，對環境和人體(tǐ)造成非常嚴重的危害。因此，開(kāi)發更有效、環境友好的耐腐蝕塗料，一(yī)直是人們孜孜以求的目标。近年來水性環氧塗料的迅速發展，給這一(yī)問題的解決帶來了新的轉機。現在多采用水溶劑型，與傳統溶劑型塗料相比，水性環氧塗料是一(yī)種新型、綠色環保産品，符合國家綠色環保的發展理念，塗裝中(zhōng)沒有有機溶劑揮發産生(shēng)的二次污染、對塗裝表面處理要求大(dà)大(dà)降低，并且耐水、耐潮濕、長效防腐，由于水性環氧塗料“在惡劣的低表面狀态下(xià)，塗層與金屬或混凝土産生(shēng)化學反應”全新塗層成膜機理，突破了國内外(wài)傳統塗料的防腐理念，塗層與金屬之間産生(shēng)化學結合、形成超強的附着力。
水性環氧塗料克服了傳統溶劑型系列塗料對表面處理的苛刻标準，尤其解決了直接在水下(xià)、或100%潮濕表面帶鏽塗裝的難關，新型、綠色環保、環氧系列防腐塗料與水除鏽的新工(gōng)藝、新方法結合給現代塗料生(shēng)産和塗裝工(gōng)程的各行業都帶來了新的革命。新型、綠色環保、環氧系列防腐塗料是一(yī)種技術含量高、技術超前、可持續發展的創新産品，可廣泛應用在海洋工(gōng)程、船舶海運業、海軍艦艇、石油化工(gōng)、地下(xià)工(gōng)程、水力電(diàn)力、跨海大(dà)橋、港口碼頭以及環境污染嚴重、不宜施工(gōng)的水下(xià)鋼結構與混凝土的防腐領域。
1 水性環氧防腐蝕塗料的研發現狀
爲了适應綠色、環保發展要求，水性塗料——主要是以環氧樹(shù)脂爲基料的耐油防腐塗料是世界各國塗料界主要研究的方向之一(yī)，市場數據顯示，國内防腐塗料年需求量在100萬噸以上，市場規模約爲800億元人民币；國際上的年需求量則爲500萬噸，規模在3000億美元。根據資(zī)料顯示，目前中(zhōng)國市場防腐塗料的需求量每年大(dà)約100萬噸，該市場将以每年20%-30%的速度上升。作爲傳統溶劑型防腐塗料的新型升級、替代産品，水性環氧塗料必将爲提高我(wǒ)國工(gōng)業防腐水平，降低成本，保護環境，延長設備使用壽命将會作出巨大(dà)的貢獻。
國外(wài)對環氧樹(shù)脂的水性化技術的研究起步較早，在20世紀70年代就開(kāi)始研究開(kāi)發環氧樹(shù)脂水乳液，早期的水性環氧系統采用陽離(lí)子和非離(lí)子型表面活性劑作爲乳化劑配制環氧樹(shù)脂乳液，采用外(wài)加乳化劑配制的水性環氧體(tǐ)系由于存在較多的乳化劑，其耐水性和耐溶劑性等性能比溶劑型的差，而且适用期短。後來研究人員(yuán)在環氧樹(shù)脂分(fēn)子上采用接枝技術接上胺（或氨）中(zhōng)和的梭基等陰離(lí)子基團，改變環氧樹(shù)脂表面極性，使環氧樹(shù)脂能夠溶解在水溶液中(zhōng)，具有自乳化能力，但這種工(gōng)藝方法較複雜(zá)，生(shēng)産成本較高，且環氧樹(shù)脂表面的化學接枝反應控制較嚴格，反應效率較低。1981年Robinosn在其文章中(zhōng)提出，通過對環氧樹(shù)脂采用相反轉乳化技術，對其表面進行接枝改性，獲得好的環氧樹(shù)脂水基分(fēn)散體(tǐ)系，後相繼發表了采用相反轉法制備環氧樹(shù)脂水基乳狀液的專利，極大(dà)的推動了環氧樹(shù)脂水乳液的發展。到八十年代末期，國外(wài)的環氧樹(shù)脂水性體(tǐ)系的制備已經比較成熟，并己實現商(shāng)品化，美國Hexion Specialty Chemicals開(kāi)發的環氧樹(shù)脂水性體(tǐ)系，通過在水溶液中(zhōng)引入聚二醇類，促進雙酚環氧樹(shù)脂和固化劑在水溶液中(zhōng)的反應，提高其水乳化性能。環氧樹(shù)脂水乳液技術的進步，推動了水性環氧防腐塗料的發展，歐美Anchor公司發布的第1代可行的水性環氧塗料，基于液體(tǐ)雙酚A/F環氧樹(shù)脂，采用改性的脂肪族聚酰胺固化。十多年後，市場上才出現固體(tǐ)環氧樹(shù)脂分(fēn)散體(tǐ)（Epi-Rez3520），之後，市場上出現了采用聚胺加成物(wù)的環氧樹(shù)脂分(fēn)散體(tǐ)，20世紀90年代美國Sherwin Williams公司開(kāi)發了一(yī)種新型水性環氧塗料，其主要原理是采用一(yī)種新型雙酚A型固體(tǐ)環氧樹(shù)脂和一(yī)種新型改性胺固化劑，通過高速分(fēn)散技術，将雙酚A型固體(tǐ)環氧樹(shù)脂和改性胺固化劑在水溶液中(zhōng)乳化，就可制成防腐塗料，具有使用期長，貯存穩定性好，塗層表面光澤高，固化時間短等優異性能，具有非常好的耐濕性、耐水性、耐化學品性以及抗混凝土腐蝕性等特點，在國外(wài)，水性環氧防腐塗料己經應用到溶劑型環氧防腐蝕塗料所涉及到的領域。
我(wǒ)國關于水性環氧塗料的研究起步較晚，也相對較爲落後，國内的許多科研院所對水性環氧防腐塗料也進行了深入研究，20世紀80年代，上海市塗料研究所經過多年不懈努力研發成功了水性環氧塗料，應用地坪等表面防護等領域。現在，我(wǒ)國很多企業均能生(shēng)産出性能優異的水性環氧重防腐蝕塗料。武漢現代工(gōng)業技術研究院的新型防腐塗料，由環氧樹(shù)脂、聚氨酯、聚酯、烯烴聚合物(wù)等組成塗料的主要組分(fēn)，具備非常優異的性能如耐濕性、耐水性、耐化學品性，且在常溫下(xià)能夠自固化，極大(dà)的提高了防腐塗料的應用領域。天津燈塔塗料有限公司開(kāi)發的自乳化聚合乳液制造技術，制備出高性能水性環氧丙烯酸氨基微膠乳防腐塗料，已經開(kāi)始用于石油化工(gōng)、冶金、五金交電(diàn)、汽車(chē)、船舶等領域。
2 水性環氧系列防腐塗料市場需求分(fēn)析
2.1 新興海洋工(gōng)程的市場分(fēn)析（每年需求量5～10萬噸，約20億～50億元）
在國外(wài)，新型、綠色環保、無溶劑環氧系列重防腐塗料塗料已爲巴西、美國、墨西哥、馬來西亞的國家的200多座海洋鑽井平台進行了長效重防腐塗裝，其中(zhōng)40多座爲浮動式大(dà)型深海鑽井平台（集采、鑽、加工(gōng)、儲備于一(yī)體(tǐ)的綜合大(dà)型浮動式海洋平台），該大(dà)型海洋鑽井平台每座平台防腐面積大(dà)約爲60～80萬平方米，并且海洋防腐年限可達到25年時間。
中(zhōng)國“十二五規劃中(zhōng)”提出了藍(lán)海戰略，海洋工(gōng)程建設和維修有巨大(dà)的市場需求。
2.2 船舶工(gōng)業的市場分(fēn)析（每年需求量約20～30萬噸，約40億～100億元）
中(zhōng)國2012年已成爲世界第一(yī)造船大(dà)國，需要大(dà)量的優質船用塗料。例如，中(zhōng)國遠洋運輸公司擁有800多艘遠洋巨輪，平均每艘巨輪的塗裝面積爲10萬平方米左右；中(zhōng)國交通部下(xià)屬船運公司有約幾千艘輪船，平均每條船的塗裝面積爲1-2萬平方米左右；中(zhōng)國漁機公司擁有90萬艘漁船，平均每條漁船的塗裝面積爲1000平方米左右。從上述來看，每年的塗料使用量是非常大(dà)的。過去(qù)，中(zhōng)國的漁船所用防腐塗料大(dà)多是不環保的低檔次塗料，急待選用環保型重防腐塗料。
遠洋船舶工(gōng)業曆來是受腐蝕最爲嚴重的行業之一(yī)，也是主要受益者。無論是在造船或修船領域，都有廣泛的應用，其環保性和低表面處理特性，作爲船舶壓載艙、油艙、污水艙、化學品艙以及艙底防污保護的特塗新工(gōng)藝，爲廣大(dà)用戶提供了最佳的重防腐解決方案。
2.3 國防軍事裝備和設施的市場分(fēn)析（每年需求量約3～5萬噸，約30億～50億元）
國防工(gōng)業，尤其中(zhōng)國海軍航母艦船、潛艇等均需要高技術、高性能的新型、綠色環保、無溶劑環氧系列重防腐塗料。項目研制和生(shēng)産的産品2011年已通過中(zhōng)國海軍塗料檢測中(zhōng)心的檢測和認證，已爲中(zhōng)國海軍所認可，并批量使用于南(nán)海艦隊的艦船維修。在國防地下(xià)坑道、豎井、隧道、儲水池等地下(xià)工(gōng)程終日潮濕，急需混凝土防水防潮的防腐塗料。國内的地下(xià)工(gōng)程需要做防水防潮防腐的工(gōng)程大(dà)約有數千萬平方米，市場前景極好。
2.4 化工(gōng)石化醫藥行業防腐市場分(fēn)析（每年需求量約10～20萬噸，約40億～80億元）
化工(gōng)石化醫藥行業儲罐和管道裝備對環境和安全性的要求很高。産品的無揮發溶劑的生(shēng)态環保特性，充分(fēn)滿足了化工(gōng)行業設備管道防腐工(gōng)程作業的需要。由于表面處理工(gōng)藝采用了高壓水沖洗，并且表面處理過程中(zhōng)無粉塵，無須專門準備通風設施，且無濕度要求，爲化工(gōng)石化醫藥行業的防腐保護帶來安全可靠的施工(gōng)，無污染和可觀的經濟效益。全球最大(dà)的殼牌石油公司采用國際公司提供的生(shēng)态環保重防腐塗料進行儲油大(dà)罐的維修與防腐，目前已完成了200多個原油儲罐的罐底與罐頂維修與長效防腐。維修施工(gōng)時間短，僅僅15天左右，工(gōng)期短，節省了開(kāi)支，修複後的儲罐比新建儲罐使用壽命還要長。
2.5 水利、橋梁等水下(xià)金屬和混凝土重防腐的市場分(fēn)析（每年需求量10～15萬噸，約20億～30億元）
水下(xià)重防腐塗料，是可以在海洋中(zhōng)水下(xià)施工(gōng)的特殊防腐塗料。産品在水下(xià)對金屬、混凝土或玻璃鋼表面，坑窪不平都可以進行補平、塗裝和防腐。對水下(xià)混凝土裂縫可以注射修複，例如，水庫大(dà)壩水下(xià)發生(shēng)裂紋在水下(xià)即可注射密封修複。
綜上所述，水性防腐塗料有效的解決了造船、修船、海洋工(gōng)程、石油化工(gōng)、國防軍事裝備和水電(diàn)設施等防腐工(gōng)程中(zhōng)的許多技術難題，使各種惡劣環境條件下(xià)的防腐施工(gōng)方便易行，在大(dà)量節省工(gōng)時、大(dà)幅降低防腐造價的同時，更能确保塗層的長效防護功能，減少停産及設備維護次數，有效的保護延長設備的使用壽命，從而大(dà)幅度節省防腐治理的投資(zī)費(fèi)用，大(dà)幅減少因金屬腐蝕所造成的巨大(dà)經濟損失及社會危害。
3 水性環氧防腐蝕塗料的發展
傳統的水性環氧塗料主要是水性環氧樹(shù)脂乳液與填料顆粒分(fēn)散體(tǐ)混合物(wù)，在通過添加各種性能的助劑，如增稠劑、分(fēn)散劑、成膜助劑、防黴劑、緩蝕劑、流平劑等助劑，以達到要求的施工(gōng)性能、成膜質量和穩定的貯存期。塗料的研究方向主要通過對環氧合金化、環氧結構改性、膨脹單體(tǐ)改性、填充無機填料等方式改善環氧樹(shù)脂的性能，提高其對金屬的附着力，以及耐化學藥品性和耐油性，但由于環氧樹(shù)脂戶外(wài)耐候性差，漆膜易粉化、失光，豐滿度不好，因此傳統水性環氧塗料經常用作底漆，限制其大(dà)範圍應用。
現代水性環氧塗料的工(gōng)藝原理主要采用新型稀釋劑如丙酮等有機溶液對環氧樹(shù)脂進行充分(fēn)稀釋，通過微米級陶瓷粉的加入對稀釋後的環氧樹(shù)脂進行耐蝕耐磨改性，采用環氧樹(shù)脂水乳液作爲環氧基組份，通過将環氧樹(shù)脂與具有表面活性的聚醚二元醇在路易斯酸催化劑存在下(xià)反應生(shēng)成的、端基分(fēn)别爲環氧基和羟基的聚合物(wù)型乳經劑，水溶性胺類作爲固化劑，由多乙烯多胺經封端、加成、成鹽工(gōng)藝改性制得，配制成雙組份水性環氧樹(shù)脂防腐底漆。
爲了适應綠色、環保發展要求，國内外(wài)關于水性環氧防腐塗料的研究方向主要緻力于助劑和防鏽填料的研究，研究人員(yuán)利用高效分(fēn)散技術，将少量矽酮樹(shù)脂與環氧樹(shù)脂混合起來，利用矽酮優異的耐熱性制成新的耐熱防腐塗料。另外(wài)，研究人員(yuán)利用酮亞胺水解後生(shēng)成的胺可以與環氧樹(shù)脂作用，通過添加酮亞胺代替常見的聚酰胺、聚胺，提高塗料的耐水防腐性能，研究利用橡膠對水蒸氣等腐蝕介質的阻隔性和矽酮的耐高溫性，在塗料中(zhōng)添加氯化橡膠、矽酮樹(shù)脂，其與環氧樹(shù)脂共混生(shēng)成聚合物(wù)—聚合物(wù)類型塗料，可以用單層塗膜來實現普通多層薄膜的防護功能。另外(wài)在環氧樹(shù)脂上塗覆一(yī)層充有靜電(diàn)的極短的密集纖維，用于船體(tǐ)，可防止海生(shēng)物(wù)附着和增強船體(tǐ)抗腐蝕能力。對于防鏽填料進行研究，研發無公害高性能的防鏽填料，淘汰含Hg、Cr、Pb等重金屬化合物(wù)的防鏽漆，推廣無毒的磷酸鋅、磷酸鋁等防鏽顔料，目前研究人員(yuán)開(kāi)發了一(yī)種鋅鋁合金鱗片，可通過其鱗片狀表面的“迷宮效應”來延緩腐蝕，同時還具有陰極保護作用，具有良好的延展性，耐熱性好，表面反射率高，美國Moly-White公司開(kāi)發了一(yī)種無毒防鏽顔料——磷钼酸鋅鈣，其防鏽能力超過普通的防鏽填料8～10倍。美國Sherwin-Williams公司采用三聚磷酸鋁，其能離(lí)解産生(shēng)三聚磷酸根離(lí)子，具有極強的絡合能力，能與鋼鐵表面的鐵離(lí)子反應生(shēng)成緻密的鈍化膜而阻止腐蝕繼續，研究人員(yuán)新開(kāi)發的鋅-矽酸鹽改性三聚磷酸鋁則使用效果更好。另外(wài)，發現金屬錳及其化合物(wù)，如四氧化錳、鐵氧體(tǐ)等均是水性重防腐蝕塗料用的很好的防鏽顔料。
4 結論
金屬表面腐蝕造成巨大(dà)的損失，防腐塗料由于其具備的性能優異、制造方便、價格低廉等一(yī)些其他材料無法比拟的優點，因此在選擇防腐措施時成爲優先考慮的對象。在環境保護日益受到重視的今天，國外(wài)防腐蝕塗料的發展以無污染、無公害、節省能源、經濟高效爲原則。總之，厚膜化、高耐久性、無污染或低污染、低成本、易施工(gōng)是水性環氧防腐蝕塗料發展的方向。