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摘要

粉末涂料以無(wú)溶劑配方、極低的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放、出色的涂膜性能等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，正迅速成為業(yè)內(nèi)研究焦點(diǎn)和市場(chǎng)寵兒。文章綜述了新型防腐粉末涂料體系的最新研究進(jìn)展與市場(chǎng)應(yīng)用前景，聚焦于低溫固化粉末涂料、含石墨烯的防腐粉末涂料以及具有超疏水性能的粉末涂料等；并討論了這些新型涂料的配方、制備工藝及其防腐性能，分析其在不同應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)前景。。

引言

在全球化進(jìn)程中，工業(yè)化步伐的加速使得環(huán)境污染成為國(guó)際社會(huì)共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下，各國(guó)政府紛紛出臺(tái)嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，減少有害物質(zhì)排放，保護(hù)地球生態(tài)平衡。而涂料行業(yè)作為制造業(yè)的重要組成部分，也在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的變革——從傳統(tǒng)的溶劑型涂料向更環(huán)保的涂料轉(zhuǎn)型。粉末涂料的誕生，是科技進(jìn)步與環(huán)保理念雙重驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。它不僅解決了傳統(tǒng)溶劑型涂料在施工過(guò)程中產(chǎn)生大量VOC的問(wèn)題，還因其高固體分含量、能夠提供更為致密和平滑的涂膜，進(jìn)一步增強(qiáng)了涂裝件的美觀與耐用屬性。更重要的是，粉末涂料在回收再利用方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步凸顯了其在循環(huán)利用方面的巨大潛力。無(wú)論是化工、建筑、交通還是能源行業(yè)，防腐一直是材料保護(hù)的核心議題。新型防腐粉末涂料通過(guò)采用先進(jìn)的配方設(shè)計(jì)，結(jié)合納米材料、智能聚合物和特殊添加劑，能夠在極端環(huán)境下提供持久的防腐蝕保護(hù)，極大地延長(zhǎng)了金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低了維護(hù)成本，提升了整體經(jīng)濟(jì)效益。

1. 低溫固化防腐粉末涂料

1.1 原理與配方設(shè)計(jì) 

低溫固化防腐粉末涂料的革新之處在于其配方設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)允許涂料在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)快速且完全的固化，形成一層致密、均勻且具有優(yōu)異防腐性能的涂層。這一技術(shù)突破，主要?dú)w功于科研人員的不懈努力與創(chuàng)新，他們通過(guò)精細(xì)調(diào)整環(huán)氧樹脂基體、選擇合適的改性酚類固化劑以及添加多功能填料，實(shí)現(xiàn)了涂料性能的全面提升。環(huán)氧樹脂，是作為粉末涂料的主要成分，以其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)大的黏接力著稱，是構(gòu)建高質(zhì)量涂層的基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂粉末涂料的固化過(guò)程往往需要較高的溫度(180~200℃)，這不僅增加了能源的消耗，還可能限制其在熱敏感材料上的應(yīng)用范圍?？蒲袌F(tuán)隊(duì)敏銳地捕捉到了這一行業(yè)痛點(diǎn)，通過(guò)引入改性酚類固化劑，巧妙地降低了固化反應(yīng)所需的活化能，從而使固化溫度得以下降。

而在涂料配方中，添加功能填料是另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅能夠增強(qiáng)涂層的機(jī)械強(qiáng)度，還能賦予涂層額外的防腐蝕性能。科研人員選用的如氧化鋅、硅酸鹽、磷酸鋅等填料，均是經(jīng)過(guò)精心挑選的。這些填料在涂層中能夠形成微小但密集的網(wǎng)絡(luò)，有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透。并且它們還能夠參與電化學(xué)反應(yīng)，消耗腐蝕反應(yīng)中的活性物質(zhì)，從而達(dá)到主動(dòng)防腐的效果。其次，改性酚類固化劑是低溫固化防腐粉末涂料配方中的另一大亮點(diǎn)。這類固化劑通過(guò)化學(xué)修飾，改變了其與環(huán)氧樹脂之間的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，使得固化反應(yīng)得以在較低的溫度下也能進(jìn)行反應(yīng)。改性酚類固化劑的引入，不僅降低了固化溫度，還加快了固化速度、縮短了生產(chǎn)周期、提高了生產(chǎn)效率，這對(duì)于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用而言具有極其重要的意義。

1.2 性能評(píng)估

為了全面評(píng)估低溫固化防腐粉末涂料的性能，可以設(shè)計(jì)一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，同時(shí)采用國(guó)際公認(rèn)的涂料性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(如ASTM、ISO等相關(guān)規(guī)范)確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確且具有可比性。測(cè)試應(yīng)當(dāng)涵蓋涂料的物理機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及防腐蝕性能等多個(gè)方面，力求全方位展現(xiàn)涂料的綜合性能。

首先，物理機(jī)械性能測(cè)試是評(píng)估涂料質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，包括硬度、柔韌性、附著力、耐磨性等指標(biāo)。科研人員發(fā)現(xiàn)，即便是在較低的固化溫度下(130℃)，低溫固化防腐粉末涂料也能在30min內(nèi)就形成堅(jiān)固的涂層，展現(xiàn)出優(yōu)異的硬度。并且涂層的柔韌性也十分出色，表明其在承受外力變形時(shí)仍能保持完整性，不易開裂或剝落。同時(shí)涂料與基材之間的附著力強(qiáng)，能夠確保涂層在復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

而化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試主要考察涂料在各種化學(xué)介質(zhì)中的抗腐蝕能力。低溫固化防腐粉末涂料在面對(duì)酸、堿、鹽等腐蝕性物質(zhì)時(shí)，能夠表現(xiàn)出高度的抵抗力，涂層表面未見(jiàn)明顯侵蝕現(xiàn)象，證明了其在惡劣環(huán)境下仍具有可靠的防護(hù)性能。

最值得關(guān)注的是涂料的防腐蝕性能測(cè)試，尤其是耐中性鹽霧試驗(yàn)。耐中性鹽霧時(shí)間是衡量涂料防腐性能的重要指標(biāo)，通常用于模擬海洋或高濕度環(huán)境下的腐蝕情況。涂料在130℃下固化后，經(jīng)受住了長(zhǎng)達(dá)500h的中性鹽霧考驗(yàn)，涂層未出現(xiàn)明顯的銹蝕點(diǎn)，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)要求。這一結(jié)果不僅驗(yàn)證了涂料在極端條件下的防腐蝕能力，也證實(shí)了其在實(shí)際應(yīng)用中的長(zhǎng)效防護(hù)潛力。

通過(guò)對(duì)低溫固化防腐粉末涂料的系統(tǒng)性能評(píng)估，我們可以清晰地看到，即使在相對(duì)溫和的固化條件下，該涂料依然能夠形成性能穩(wěn)定的涂層。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于涂料行業(yè)具有里程碑式的意義，意味著低溫固化防腐粉末涂料不僅能夠顯著降低能耗、減少對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)也能夠滿足甚至超越現(xiàn)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為金屬結(jié)構(gòu)的防腐處理提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的解決方案。

1.3 市場(chǎng)應(yīng)用案例 

低溫固化防腐粉末涂料由于其節(jié)能特性，特別適合應(yīng)用于那些對(duì)溫度敏感的材料上，如塑料、木材、電子元件等。它能有效減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本，對(duì)于促進(jìn)工業(yè)節(jié)能減排具有重要意義。而在橋梁、船舶、石油鉆井平臺(tái)等大型金屬結(jié)構(gòu)的防腐處理中，低溫固化防腐粉末涂料同樣展現(xiàn)了出色的效果。以橋梁為例，傳統(tǒng)的防腐措施往往是高溫固化粉末涂料，這會(huì)耗費(fèi)大量能源，還可能對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成熱應(yīng)力損傷；而使用低溫固化防腐粉末涂料，則能避免這些問(wèn)題，同時(shí)確保涂層的長(zhǎng)期穩(wěn)定，大大延長(zhǎng)了橋梁的使用壽命。

2. 含石墨烯的防腐粉末涂料

2.1 石墨烯的防腐機(jī)理

石墨烯，這一由單層碳原子緊密排列而成的二維材料，自從2004年首次被分離以來(lái)，就因其卓越的物理和化學(xué)性能而在多個(gè)領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。其極高的強(qiáng)度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及獨(dú)特的阻隔性能，使其成為防腐涂料研究中的一顆璀璨明星。而科研人員在這一領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，他們通過(guò)將石墨烯巧妙地融入粉末涂料中，成功制備出一種性能優(yōu)異的防腐涂層，為金屬結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期保護(hù)開辟了新途徑。石墨烯片層的厚度僅為一個(gè)碳原子的大小，卻擁有著幾乎完美的平面結(jié)構(gòu)，這使得它能夠形成極為致密的屏蔽層。當(dāng)石墨烯片層均勻分散在涂料中，它們之間以及與基材表面之間就會(huì)形成無(wú)數(shù)微小的間隙，這些間隙尺寸遠(yuǎn)小于腐蝕介質(zhì)分子的直徑，能夠有效地阻擋氧氣、水分和離子等腐蝕因子的滲透。這一特性類似于自然界中的荷葉效應(yīng)，即使在高濕度或腐蝕性環(huán)境中，石墨烯涂層也能夠維持其阻隔性能，延緩腐蝕過(guò)程的發(fā)生。除了阻隔之外，石墨烯還能夠提升涂料的機(jī)械強(qiáng)度。石墨烯的楊氏模量高達(dá)1TPa，這意味著它具有極高的剛性強(qiáng)度。當(dāng)石墨烯片層嵌入涂料中，它們就像微型的鋼筋一樣，增強(qiáng)涂層的韌性，使其在遭受物理沖擊時(shí)仍能保持完整，不易開裂脫落。這大大提高了涂層的耐用范圍，還進(jìn)一步提升了其防腐蝕性能。

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 

在防腐粉末涂料中，過(guò)多或過(guò)少的石墨烯都可能對(duì)涂層的性能產(chǎn)生負(fù)面影響?？蒲腥藛T通過(guò)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地探究了不同石墨烯添加量下涂層的物理、化學(xué)和機(jī)械性能。當(dāng)石墨烯的添加量控制在0.9%時(shí)，涂層的綜合性能能達(dá)到最優(yōu)水平。在這個(gè)添加量下，石墨烯防腐粉末涂料展現(xiàn)出了卓越的機(jī)械強(qiáng)度。涂層的硬度、韌性和耐磨性都有了顯著的提升，這意味著即使在極端條件下，涂層仍然能夠保持其完整。更令人矚目的是，在標(biāo)準(zhǔn)的中性鹽霧環(huán)境中，涂層的耐腐蝕時(shí)間達(dá)到了驚人的1000h，這是目前行業(yè)內(nèi)極為罕見(jiàn)的高水平。這一結(jié)果驗(yàn)證了石墨烯在增強(qiáng)涂層抗腐蝕性能方面的效果，也為涂料在海洋、化工等高腐蝕性環(huán)境中的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。相比于常規(guī)的防腐涂料，石墨烯防腐粉末涂料的耐腐蝕時(shí)間大幅度延長(zhǎng)。為了獲得上述結(jié)果，科研人員采用了多種測(cè)試方法，包括掃描電子顯微鏡、X射線衍射、能量色散光譜等，從涂層的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的分析；還進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試、化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試以及加速老化測(cè)試，以全面評(píng)估涂層的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2.3 應(yīng)用前景 

若石墨烯在涂料中分布不均，會(huì)導(dǎo)致涂層存在局部性能的差異，進(jìn)而影響整體的防腐效果?？蒲腥藛T需開發(fā)出更高效的分散技術(shù)，確保石墨烯在涂料中的均勻分布，避免出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，充分發(fā)揮石墨烯的阻隔性能。而且雖然石墨烯防腐粉末涂料展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但其高昂的材料成本和復(fù)雜的制備工藝限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。當(dāng)前石墨烯的制備成本較高，批量生產(chǎn)尚存在技術(shù)瓶頸。為了使這種涂料更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化工藝，降低石墨烯的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⒌统杀镜闹苽?，從而為涂料的商業(yè)化鋪平道路。需要注意的是，任何新材料或新技術(shù)在投入實(shí)際應(yīng)用前，都需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的性能測(cè)試，特別是對(duì)于長(zhǎng)期服役的防腐涂料。含石墨烯的防腐粉末涂料在實(shí)驗(yàn)室條件下有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，但在實(shí)際工況下的復(fù)雜環(huán)境中的性能表現(xiàn)仍有待驗(yàn)證。 

3. 超疏水防腐粉末涂料

3.1 氟樹脂與納米二氧化硅的協(xié)同效應(yīng)

近年來(lái)，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，超疏水涂料因其獨(dú)特的性能，成為了涂料行業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。超疏水性是指材料表面能夠排斥水滴，形成高接觸角的現(xiàn)象，這不僅能夠有效防止污染物的附著，還能夠降低腐蝕介質(zhì)的滲透，從而提高材料的防腐蝕性能。氟樹脂以其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和低表面能而聞名，是制備超疏水涂料的理想材料之一。當(dāng)氟樹脂與納米二氧化硅結(jié)合時(shí)，氟樹脂提供了低表面能的特性，而納米二氧化硅則通過(guò)其獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，增加了涂層表面的粗糙度，共同促進(jìn)了超疏水效應(yīng)的形成。在低溫固化條件下，這種協(xié)同作用使得涂料能夠在金屬表面形成一層均勻的超疏水涂層，其表面接觸角可達(dá)到150°以上。相較于傳統(tǒng)的高溫固化粉末涂料，低溫固化能夠降低了能源消耗，減少了生產(chǎn)過(guò)程中的碳足跡，還擴(kuò)大了涂料在熱敏感材料上的應(yīng)用范圍。由于超疏水涂層能夠有效排斥污染物，減少了腐蝕介質(zhì)與金屬基材直接接觸的機(jī)會(huì)，延緩了腐蝕過(guò)程的發(fā)生。并且超疏水涂層的自清潔特性也有助于減少維護(hù)成本，延長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命。 

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通常采用靜態(tài)接觸角測(cè)量法來(lái)測(cè)定涂層表面的水滴接觸角，如果接觸角大于150°，則認(rèn)為涂層具有超疏水性。實(shí)驗(yàn)會(huì)使用不同體積的水滴放置在涂層表面，通過(guò)光學(xué)儀器測(cè)量水滴與表面接觸區(qū)域的角度。還有耐候性測(cè)試包括UV光照測(cè)試、濕熱循環(huán)測(cè)試以及冷熱循環(huán)測(cè)試等。這模擬了涂層在不同氣候條件下的環(huán)境，確保其在各種環(huán)境下都能保持良好的性能。防腐蝕性能測(cè)試常用的測(cè)試方法有鹽霧試驗(yàn)?zāi)M海洋或高鹽分環(huán)境，評(píng)估涂層在長(zhǎng)時(shí)間暴露于腐蝕性介質(zhì)中的性能。EIS測(cè)試則能夠監(jiān)測(cè)涂層在腐蝕過(guò)程中的電阻變化，反映涂層的防腐蝕效果。

3.3 應(yīng)用前景與挑戰(zhàn) 

超疏水防腐粉末涂料在諸如橋梁、船舶、海洋平臺(tái)、電力塔等大規(guī)模金屬構(gòu)造的防腐應(yīng)用中預(yù)示著無(wú)限的潛力。特別是在海洋環(huán)境下，該涂料展現(xiàn)出卓越的抗鹽霧和海水侵蝕能力，能為機(jī)械設(shè)備提供持久可靠的保護(hù)屏障。然而，要將這一創(chuàng)新技術(shù)全面滲透到市場(chǎng)中，我們?nèi)悦媾R艱巨的挑戰(zhàn)和漫長(zhǎng)的旅程。

3.4 超疏水防腐粉末涂料的改進(jìn)與展望 

盡管超疏水粉末涂料性能顯著，但需針對(duì)不同應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。關(guān)鍵在于提高納米二氧化硅在氟樹脂中的分散穩(wěn)定性，以確保涂層表面粗糙度一致，增強(qiáng)疏水性和機(jī)械強(qiáng)度。此外，需降低生產(chǎn)能耗和排放，可能需研發(fā)新的低溫固化技術(shù)或使用環(huán)保替代原料。同時(shí)，增強(qiáng)涂層耐化學(xué)性和耐磨損性，以保證其在惡劣環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。對(duì)于商業(yè)化進(jìn)程，制定標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)適應(yīng)性至關(guān)重要。應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)合作，建立嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系，確保涂料的實(shí)際應(yīng)用安全性和可靠性。通過(guò)長(zhǎng)期性能跟蹤評(píng)估，積累實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)，以證明其在防腐領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，贏得市場(chǎng)認(rèn)可。

4. 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，新型防腐粉末涂料正處于一個(gè)充滿變革的時(shí)代。相信未來(lái)隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，新型防腐粉末涂料將為全球工業(yè)防腐領(lǐng)域帶來(lái)更加綠色、高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案，開創(chuàng)涂料行業(yè)更加輝煌的未來(lái)。

來(lái)源：粉末涂料與涂裝2024-4  高安平 ( 艾仕得粉末涂料(上海)有限公司 )