王焕,徐恒志,李智华,詹媛媛,许戈文

安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子材料重点实验室，合肥230039

    摘要：本文对水性聚氨酯防腐涂料的防腐机理和分类进行了简要的阐述，重点介绍了改性水性聚氨酯防腐蚀涂料的研究现状及最新进展，并对其发展趋势和应用前景进行了展望。

    关键词：防腐涂料；水性聚氨酯；研究进展

    前言

    金属材料以其优良的机械和工艺性能在材料领域占据重要地位，但金属腐蚀给人类造成的损失是惊人的，全球每年因腐蚀造成的经济损失约10000亿美元，约占全年属总产值的10％[1]。因此研究金属的腐蚀防护方法以控制金属的腐蚀，减少腐蚀造成的损失，对于创建资源节约型社会来说具有重要的科学意义。防止金属腐蚀的方法很多，如金属选材、阴极保护、采用金属保护层、采用缓蚀剂及采用防腐涂料等。在所有的防腐措施中，采用防腐蚀涂料是应用最广泛、最经济、最方便的一种方法。采用涂料防腐蚀具有许多优点，如施工方便、适用性广、涂层的维护和重涂容易、成本及施工费用较低等[2]。

    在众多的防腐蚀涂料中，聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种之后，其用量仅次于醇酸树脂涂料[3]。受石油资源、环保法规等因素的影响，世界防腐涂料工业在不断提高涂料性能的同时，开发无公害或少公害且性能优异的涂料品种成为防腐涂料的重要发展方向。防腐蚀水性聚氨酯可低温固化，并且具有突出的耐油、耐盐水、耐磨、抗冲击、抗应变等性能，是一类具有优异的综合性能和良好发展前景的防腐树脂涂料基料[4]。但是水性聚氨酯由于以水为分散剂，含有亲水基团，其涂膜的耐水、耐化学性和耐溶剂性较差[5]，若要达到防腐蚀的性能，需要对其加以改性。常用的改性材料为环氧树脂和丙烯酸树脂，环氧树脂除了含有环氧基团外，还含有羟基基团，能直接参与水性聚氨酯的合成反应；丙烯酸酯含有羟基基团，以共聚或共混的方式对水性聚氨酯进行改性[6]。本文主要介绍了改性水性聚氨酯防腐涂料的研究现状及最新进展。

    1.水性聚氨酯防腐涂料防腐机理

    1.1涂膜的屏蔽隔离作用

    有机防腐涂料在被涂机体表面上固化后形成涂层，涂层的屏蔽作用在于使基体和环境隔离以免被腐蚀。根据电化学腐蚀原理，金属发生腐蚀是因为在金属界面存在水、氧气等，且存在离子流通的途径。因此，要防止金属发生腐蚀，就要求涂层具有屏蔽隔绝作用，能阻挡水、氧气等从外界环境渗透过涂层而到达金属界面。在涂料中加入的玻璃鳞片、铝粉等无机颜料可以增强涂膜的屏蔽隔离作用[7]。

    1.2涂膜的缓蚀、钝化作用

    防腐蚀涂层中通常含有缓蚀、钝化作用的化学型防锈颜料，与金属表面发生作用，例如钝化作用、磷化作用等，产生新的表面膜层，例如钝化膜、磷化膜。这些薄膜的电极电位较原金属为正，使金属表面部分或全部避免了成为阳极的可能性。同时，由于薄膜上存在许多微空，便于成膜物质的附着，可以阻止锈蚀在涂膜被破坏的地方向外扩展。当有微量水存在时，颜料就会从涂层中离解出具有缓蚀功能的离子，通过各种机理使腐蚀电池的电极极化，抑制腐蚀进行1.3电化学保护作用通过在涂料中添加一些电位比基体金属活泼的金属作为填料，当电解质渗入涂层到达金属基体时，金属基体与电负性金属填料形成腐蚀电池，填料作为阳极首先发生溶解，达到保护基体的作用，这类涂料称为牺牲型涂料[9]。如富锌防腐涂料中的锌粉则起到牺牲阳极的作用。

    2.水性聚氨酯防腐涂料的分类

    2.1单组分水性聚氨酯防腐涂料

    水性单组分聚氨酯涂料是应用最早的水性聚氨酯涂料，其最大优点是以水为分散介质，作为涂料使用时不含液体有机填料，在成膜过程中只是水分挥发到环境中，符合环保的要求，且施工简单[10]。水性单组分聚氨酯具有很高的断裂伸长率和适当的强度，并能常温干燥，国内外水性聚氨酯涂料仍以单组分为主，但与水性双组分聚氨酯涂料相比，水性单组分聚....