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聚四氟乙烯抗化学品的腐蚀与聚氨酯和γ线辐照的聚四氟乙烯组成的耐磨防腐涂层详解
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在根据化学流程工业标准认为“低温”状态下（例如400℃以下）的各种防腐应用场合，耐高温塑料起着越来越重要的作用。各种含氟聚合物，特别是聚四氟乙烯（ptfe），实际上可以抵抗任何化学品的腐蚀。当用玻璃纤维和石墨纤维增强后，聚四氟乙烯甚至可以耐500℃以上的高温。但是，当用作抗压密封垫、阀门密封圈和阀座时，聚四氟乙烯和其他含氟聚合物有着致命的弱点，即低温流动等问题。能防止低温流动的一种热塑性塑料是PEK，它虽然不如含氟聚合物那样耐化学腐蚀，但它是与之性能最为接近的一种材料。另外，环氧树脂也可以提供广泛的抗腐性能，特别是在海洋和有氯的环境中。
具有更佳的抗腐性能和强度的新材料近年来不断涌入市场。如用于管道和热交换器的不锈钢，用钒增强的制造反应器的材料，高温下使用的高强度钢等。生产这些材料时可能会有特殊要求，以确保它们在不同使用场合的耐腐蚀性能，而这些特殊要求往往是工业标准和规范上所没有的。
在过去几十年里，含铬量高的合金被证明无论是在还原还是氧化环境中性能都很好，加进了能耐腐蚀的元素后，使其更适合在苛刻的大气和溶液中使用。含铬量高的耐热铁合金，可用于制造大口径的厚壁电站锅炉管道。与此同时，研究人员正在集中精力开发新材料和在化工流程工业方面的应用。日本研究和开发中心与日本多家企业正在合作开发一种性能超过现有材料的超级金属。现有的适用铁合金的晶粒直径在10～100微米之间，科研人员正在努力将晶粒直径缩小到1个微米以下，并提高其强度、韧性，使其具有更好的耐腐性能。
应用于高腐蚀介质，如浓盐酸、硫酸、硝酸、氢溴酸、氯化有机化合物和酸性金属氯化物水溶液的化工设备，只有少数材料可以制造，而在金属材料中，因制造成本原因排除了贵金属后，只有高熔点金属钛能胜任这一工作。
由于表面能形成极为稳定的五氧化钛层，钛对许多氧化物质和还原物质具有极好的耐腐蚀性，只有氢氟酸和氟离子才能侵蚀钛材料。因此，几乎所有类型的化工设备和部件，如容器、管道、阀门、搅拌器等都可以用钛材料制造。不过由于相同环境下的传热不同，热交换器更易受到腐蚀，因此用钛材料制成热交换器，更能体现其性能的优越。一般由于重量和成本的原因，用钛材料制造的部件壁厚都非常薄，这也使得钛材料设备的传热性能良好，换热表面积大大减小，装置结构可更加紧凑。另外，钛材料的延展性好，易于冷却成型制成各种部件，同时，钛材料制件的强度高，比塑料制件可以承受更高的操作压力。钛的熔点为3000℃，在此条件下，会与其他金属形成易脆化的化合物。因而钛材料设备的质量还与设计经验和制造技术有很大关系。
另外，表面处理是金属材料提高抗腐蚀性能的另一种有效办法。在不锈钢表面涂敷银基钎焊合金，可以提高其强度并使其具有良好的抗腐蚀和抗氧化性能。这类技术已经用于热交换器等的生产，现在正在评估应用于铝和陶瓷方面的情况。美国微等离子公司开发出一种可用于铝合金的被称为微等离子工艺（MPP）断电化学微电弧氧化工艺，可以形成一层厚的涂层，能耐腐蚀、耐磨损、耐热，并具有绝缘性能。MPP工艺也可以用于钢铁的表面保护。目前正在进行研究，进一步应用于钛和镁上。
总体上看，充分利用现有的防腐技术，选用合适的防腐材料，不仅可使生产过程更安全可靠，还可有效地降低管理成本和维护费用。而如何生产出更经济、实用的防腐材料，提高装置的防腐效果，仍将是本世纪工程和科研人员为之努力的方向。
3 防腐蚀涂料的研究进展
金属的腐蚀，是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属的腐蚀遍及国民经济各个领域，给国民经济带来了巨大的损失。在工业发达的国家中，腐蚀造成的直接经济损失占国民经济总产值的1%～4%，每年腐蚀生锈的钢铁约占产量的20%，约有30%的设备因腐蚀而报废。在中国，由于金属腐蚀造成的经济损失每年高达300亿元以上，占国民生产总值的4%。
长期以来，人们一直采用多种技术对金属加以保护，防止腐蚀的发生。其中，金属设备防腐蚀最有效、最常用的方法之一是在金属表面涂敷防腐蚀涂层，以隔绝腐蚀介质与金属基体。防腐涂料和其它涂料一样，其配方组成主要包括基料(树脂)、颜填料和溶剂。基料树脂是成膜物质，是涂料中的主要成分，它的分子结构决定着涂料的主要性能；颜填料是用来辅助隔离腐蚀因素的，根据作用机理又可分为防锈颜料和片状填料；溶剂分为有机溶剂或水，用来溶解基料树脂，便于成膜。本文拟对常用金属防腐涂料的最新研究进展作一综述。
3.1 环氧树脂涂料
环氧树脂是平均每个分子含有两个或两个以上环氧基的热固性树脂。环氧树脂以其易于加工成型、固化物性能优异等特点而被广泛应用，通过环氧结构改性、环氧合金化、填充无机填料、膨胀单体改性等高性能化后可以制成防腐涂料。环氧树脂涂料有优良的物理机械性能，最突出的是它对金属的附着力强；它的耐化学药品性和耐油性也很好，特别是耐碱性非常好。环氧树脂涂料的主要成分是环氧树脂及其固化剂，辅助成分有颜料、填料等。
不锈钢粉末是最近几年发展起来的金属颜料，由于其具有不活泼性，特别是在高温强蚀环境中的防护性极好，所以既可用来作为主要颜料，也可作为复合颜料的一部分，与粘合剂组成防护性涂料。M.Selvaraj研究发现，通过极化方法可以实现不锈钢颜料与环氧树脂的最优化组合，生成的粉末环氧涂料可以弥补环氧树脂表面耐磨性差的缺点，从而可以直接用于露天环境。该涂料是双组分涂料，一部分是将70%的环氧树脂溶于甲基异丁酮、二甲苯、丁基合成橡胶等溶纤剂；另一部分则是由70%的聚酰胺溶于二甲苯而得，使用时将两者混合即可。通过力学、加速寿命、电化学等方法测试可知，该涂料有良好的力学性能及在NaCl等溶液中长期保持金属形貌稳定的特性。
为了提高环氧树脂涂料的耐热性，人们利用硅酮的耐热性将少量硅酮树脂与环氧树脂混合制成新的耐热防腐涂料。这是因为硅酮中?Si?O?Si?的存在使涂料具有良好的热稳定性，而?Si?C?则保证了涂料的固体成分。先将环氧树脂与甲基异丁酮等混合组成溶剂，然后将硅酮树脂加入上述溶剂，再用二甲苯进行稀释，并加入聚酰胺作为固化剂。通过分光镜和电化学显微镜观察可发现涂料的热稳定性有了显著提高，对甲苯、三氯基甲苯等溶剂也有良好的抵抗力。另外，M.Dhanalakshmi等研究了环氧树脂涂料，发现它在潮湿的环境下防腐能力较差，使用酮亚胺代替常见的聚酰胺、聚胺，由于酮亚胺水解后生成的胺可以与环氧树脂作用，从而达到耐水防腐目的。如果将环氧树脂与氯化橡胶、硅酮树脂共混生成聚合物-聚合物类型涂料，利用橡胶对水蒸气等腐蚀介质的阻隔性和硅酮的耐高温性，可以用单层涂膜来实现普通多层薄膜的防护功能。
周钟等利用静态浸泡与阴极剥离方法研究了环氧粉末涂料和酚醛改性环氧粉末涂料的耐不同介质渗透能力与抗阴极剥离性能，探讨了酚醛树脂对改性环氧粉末涂料抗蚀性的影响，结果表明，加入适量酚醛树脂的改性环氧粉末涂料在合理的固化条件下可得到90℃时的良好耐水及耐酸性，耐碱性也在一定程度上有所提高。
南京水利科学院研制出新型环氧粉末涂料。他们将环氧树脂粗粉碎到一定细度，将适量固化剂、增韧剂、流平剂及填料加入混合机内进行预混合，然后将预混料挤出、粉碎、过筛、干燥即可。该涂料采取喷涂施工，其涂膜抗酸、碱、盐雾、氯离子的渗透性良好，附着力强，抗冲击强度＞500 N*mm，柔韧性1 mm，储存稳定性＞1.5 a(年)。有一种HN重防腐合成膜，采用环氧树脂、不饱和树脂、钛白粉、云母粉和高强度的粘结剂加固化剂反应而成。其主要技术指标为：耐人工加速老化1 000 h以上不起泡、不剥落、不变色，在35℃条件下氧指数在29.5以上，耐酸、碱、盐腐蚀性能优良。
3.2聚氨酯涂料
聚氨酯涂料是以聚氨酯树脂为基料，以颜料、填料等为辅助材料的涂料。聚氨酯涂料对各种施工环境和对象的适应性较强，可以在低温固化，可以在潮湿环境和潮湿的底材上施工，并且耐石油的性能突出。聚氨酯涂料的主要缺点是有较大的刺激性和毒性。
聚氨酯产品是多种多样的。按产品的包装形式可分为两大类：单组分湿固化聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料。前者是含异氰酸基的预聚物，涂布以后，涂膜与空气中的湿气反应而交联固化。常用的有以蓖麻油醇解物或聚醚为基础的预聚物。这种涂料的主要优点是使用方便，可以避免现场配制的麻烦。主要缺点是色漆制造比较复杂，需要特殊的工艺方法，成品的储存期限一般也较短。后者包括多羟基组分与多异氰酸酯两组分，在使用前将两组分混合，由多羟基组分中的羟基与多异氰酸酯组分中的异氰根反应而交联成膜。所采用的多羟基化合物的种类很多，如聚酯、聚醚、环氧树脂和丙烯酸树脂等。涂层的耐热、耐水和耐油性良好，但耐碱性较差。
最近报道的951双组分重防腐涂料，其甲组分为甲苯二异氰酸酯加成物固化剂，乙组分为环氧树脂、聚酯树脂、颜料、助剂和溶剂所组成。该型防锈磁漆由于在环氧树脂中加入聚酯树脂，因而具有优异的防腐蚀性能和机械性能。其主要技术指标为：细度≤30 μm；粘度≥50 s；干燥时间，表面干燥≤1 h，实际干燥≤16 h，烘干(90±2)℃≤1 h；硬度≥0.55；耐汽油性浸泡1 a；耐酸性浸泡(25% H2SO4液)3个月；耐碱性浸泡(NaOH) 3个月。
另据报道，有一种互穿网络防腐涂料性能较佳，该涂料是橡胶网络和塑料网络互相贯穿形成的线穿网络聚氨酯，产品在常温下对硫酸、盐酸、磷酸、盐水、苛性碱、汽油等具有优良的耐腐蚀性能和物理机械性能。田军等研究了以聚氨酯和γ线辐照的聚四氟乙烯组成的耐磨防腐涂层，通过用傅立叶红外光谱等分析了涂层表面的化学结构及形貌，发现含有适量的聚四氟乙烯涂料，其涂层表面可富集聚四氟乙烯并与聚氨酯树脂形成牢固的结合，涂层表面密实，具有良好的耐磨性及抗腐蚀性。
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