2.3　防腐蝕涂料在鋼鐵防腐應用的局限性

涂料涂裝防腐蝕技術長久以來作為簡單方便的鋼鐵防腐方法，在國民經濟中扮演著十分重要的角色，它不僅保護著鋼鐵制品免遭腐蝕，而且具有裝飾美化等特殊作用。涂料防腐可與其他防腐措施（如陰極保護、金屬噴涂、金屬鍍等）配合使用，從而獲得極其完善的防腐蝕系統，但傳統防腐涂料本身也存在一些技術及性能局限性，在“持久、長效、安全、環保”的鋼結構防腐要求下顯得力不從心，因而了解了傳統防腐涂料在鋼鐵領域的應用局限性后，對研究發展新的重防腐涂料具有重要意義。

2.3.1　保護機理單一

傳統防腐涂料最大的局限性在于其僅提供屏障保護。但必須指出，涂層并非是完全密閉的屏障，其本身具有一定的透氣性。環境中的水汽和其他物質可以經孔隙滲入，這些滲入的物質會在涂層中擴散，不僅會引起涂層潤脹、起泡、組分浸出、附著力下降，還會造成一系列化學破壞作用。而當腐蝕介質到達涂層/金屬界面后，會迅速與鋼鐵基材形成腐蝕回路并發生膜下腐蝕，由于腐蝕產物的體積膨脹及膜下離子溶液與外部介質溶液滲透壓的平衡作用，漆膜逐漸隆起、透銹、剝落，最后徹底喪失保護鋼鐵基材的作用，而在漆膜出現顯著失效現象前，銹蝕已逐漸蔓延，留下巨大的安全隱患。

總體而言，屏障保護是一種被動的防腐手段，其防腐蝕上限取決于漆膜的耐腐蝕性質，下限取決于漆膜的抗滲性，對于混凝土、木材、磚石等絕緣體具有良好的保護作用，但對鋼鐵而言，發生腐蝕后缺乏后續防護措施，無法實現鋼結構的長效防腐。

2.3.2　涂膜壽命限制

涂料在使用過程中會受到各種不同因素的影響，使涂層的物理化學和機械性能發生不可逆的變化，最終導致涂層的破壞，這種現象稱為涂膜的失效（老化）。傳統防腐涂料在化工大氣和海洋環境里的使用壽命約為10年，在酸、堿、鹽和溶劑介質中不到5年便會失效，短暫的使用壽命嚴重制約了其在鋼鐵防腐領域的應用。追根溯源，這是因為傳統防腐涂料易發生光、熱老化。

涂層的光老化失效，實質上是涂料中的高聚物經光照引起高分子結構發生物理化學變化，宏觀表現為失去光澤、變色、粉化、變脆、開裂等，實際上在沒有粉化、開裂之前，涂膜抗滲性能已經下降，喪失保護能力。

涂層的光老化失效在我國海南、西部高原等太陽光（紫外線）輻射強的地區尤為突出。涂料的基本性質由樹脂決定，樹脂若長期在較高溫度下使用，很容易發生老化問題。涂膜的熱老化失效歸納起來主要有三種情況：

①高溫熱降解。當使用溫度達到（或接近）高分子的熱降解溫度時，高分子鏈發生自由基降解反應。氧氣的存在加速降解反應，會使熱降解溫度下降。

②對于一些非轉化性涂膜，在較高的溫度下雖然未發生降解反應，但大分子鏈段具有了一定的活動能力，涂膜不具有基本的力學性能（硬度、強度、附著性能），發生軟化，會喪失其實用性能。

③耐溫變性。由于冷熱交替溫度變化帶來涂膜的內應力較大，如涂膜發生開裂、脫殼等失效現象，也可看作力學破壞。我國地域遼闊，南北溫差懸殊，飛機、火車、汽車等交通工具的防腐涂裝必須能承受溫差變化頻繁所帶來的失效問題。西部高原地區晝夜溫差大，已是眾多防腐涂裝過早失效的主因。

2.3.3　性能局限性

在遭受重工業污染并伴隨惡劣自然環境及高強度工作負荷而形成的重腐蝕環境中，鋼結構設備腐蝕迅速，傳統防腐涂料在實現鋼鐵防腐的過程中，也暴露了諸多問題。

①傳統防腐涂料無法杜絕點蝕的出現。傳統防腐涂層無法徹底將環境與鋼鐵基材隔開，即便在涂膜完好無損的情況下，環境中的腐蝕介質也能滲入涂層到達涂層/金屬界面，并產生局限于金屬表面個別小點的腐蝕形態，即點蝕現象。從外表看，金屬表面僅有零零星星的蝕坑，其余的表面絕大部分不腐蝕或腐蝕很輕微。點蝕的破壞性和隱患性甚大，發生點蝕時雖然金屬的失重不大，但由于陽極面積非常小，陽極上流過的腐蝕電流密度很大，造成很高的金屬溶解速率，嚴重時可使金屬設備穿孔破壞。傳統防腐涂層不具有陰極保護性能，一旦發生腐蝕即形同虛設，這些點蝕將進一步擴散、蔓延，最后形成局部腐蝕，造成應力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等問題。

②涂層破損后腐蝕速率快。傳統防腐涂料僅具有屏障保護功能，缺乏后續防護能力，在涂層未被破壞之前，由于涂裝金屬與腐蝕環境之間有一層惰性涂膜隔離，金屬的腐蝕速率要比裸金屬慢得多，而一旦涂層破損，金屬的腐蝕速率即等同于裸金屬，更為嚴重的是，涂層在剝落過程中可能會帶走一部分疏松的銹蝕產物，使里面未被腐蝕的鋼鐵暴露在腐蝕介質中，造成進一步的破壞。

③需多次重涂。防腐蝕涂層的厚度與防腐蝕效果有直接關系，尤其在嚴酷腐蝕環境下的重防蝕涂料必須達一定的干膜厚度。為此往往需要有多道涂層，其主要原因是通常每道涂層不能太厚。但多次重涂需要大量時間，且受氣溫、濕度等環境因素影響大。另一方面所有漆膜總難免有若干缺損，如縮孔、針孔、氣泡、絲狀塵埃埋在漆膜中，在大面積施工中，無法獲得完整無缺的漆膜，在缺損薄弱部位首先會發生腐蝕，并進一步蔓延造成安全隱患。

④危害人體，破壞環境。傳統防腐涂料一般含有50％以上的有機溶劑，如酮類、醇醚、酮醇類、酯類、苯系物和鹵代芳烴等，它們都具有較強的毒性，雖然涂布非常方便，但溶劑成分揮發到大氣中，輕則造成空氣的污染，重則會威脅人的身體健康。近年來各國制定了越來越嚴格的法令來限制涂料溶劑中有機成分揮發物（VOCs）的排放標準，傳統防腐涂料的應用領域逐年下降。