海上风电钢结构涂层防护体系的工程实践和修复产品的研究

，不到2%。环氧树脂可附着于不同类型底材，此外，采用该树脂较易合成无溶剂型超厚膜涂料，简化施工程序，更适合水下施工涂装。环氧树脂的防腐蚀性能极为优秀，所以适用于水下防腐防护涂料。但环氧树脂单独使用所形成的涂层脆性较大，为了降低环氧树脂的脆性，可以适量加入一些聚硫化合物作为增韧剂对环氧树脂进行改性，并将其作为成膜物的一部分，以提高涂料的韧性。

2.1.4硬化剂的选择

环氧树脂类水下涂料对硬化剂要求独特，其物理机械性能优异、黏度与固化速率适宜、便于在水下施工。环氧树脂可用各种胺类进行交联固化，因为环氧基可被氢原子或叔胺开环而本身起聚合作用。水下固化涂料是通常以胺类化合物为主。含—NH2的硬化剂可对基材形成强于水的分子间作用力，且易成盐，因此有利于涂层附着于金属表面，有效降低其他腐蚀因素的影响。

2.1.5颜填料的选择

水下施工涂料通常选用缓蚀、稳锈颜料，如亚硝酸盐、硅酸盐等，及防锈蚀与惰性颜料，如铝粉、石墨等；填料以惰性材料为主，如高岭石粉、重晶石粉等。使用该类填料，可压缩成本，同时，可有效控制涂层中颜料体积浓度、黏度，削弱涂层固化时的收缩力，维持附着效果。

2.1.6助剂的选择

水下涂层需要使用流平剂、润湿分散剂。因为涂层较厚、固化速度快，所以要求其可迅速实现涂层流平，并达到很好的流平效果。选取润湿分散剂时，要求其易于润湿涂料、提高涂层附着力。BYK-161、EFKA3600、德谦6800、BYK-P104、EFKA2722等都是很常规的选则。

2.1.7基本配方

基本配方见表1。

2.1.8涂料配制

按照配比将所选原料置于反应器中，快速搅拌使其均匀，然后在三辊轧机上研磨使其细度和黏度达标。

2.2光固化涂层

开拓海洋资源，包括发展海上风电，都对海洋工程结构材料提出了新要求。其中海洋生物污损的存在，会增加海洋平台和海上风电结构的质量，增加腐蚀的可能性。目前，通常采用海上平台的经验对海上风电防海洋生物污损进行防护，但是海上风电场无人居住并限制人员接近，因此维修维护更加困难，如何设计更加符合海上风电钢结构要求的长效防护要求、施工维护要求的涂层体系非常重要。浪花飞溅区涂层的维护难度较大，因为伴随着海水的涨潮和退潮，该区域会不断暴露在海水中和空气中，就更加剧了该区域的腐蚀，所以需要研制出快速光固化涂层，在涨潮退潮的时间段内将其涂覆到待修复钢结构表面并快速光固化。

2.2.1光固化涂料固化机理

光固化涂料是指通过光源照射，让涂层吸收能量，引发如交联、聚合等化学反应，促进液体固化的涂料。上述光源必须能量充足，能够使电子发生跃迁达到激发状态，从而发生化学反应。

2.2.2光固化涂料主要组分

一般情况下，光固化涂料主要包括齐聚物、活性稀释剂、光引发剂和助剂 4个部分，各部分含量分别是：活性稀释剂40% ～ 60%，齐聚物30% ～ 50%，光引发剂1% ～ 5%，助剂0.2% ～ 1.0%。

1）齐聚物

齐聚物（即光敏树脂），指在整个体系中含量高，对涂层性能至关重要的树脂。齐聚物分子结构均包含碳碳双键，应用广泛表现如下：①不饱和聚酯；②环氧丙烯酸酯；③聚酯丙烯酸酯；④聚氨酯丙烯酸酯；⑤水性丙烯酸酯；⑥聚醚丙烯酸酯；⑦多烯硫醇体系；⑧阳离子树脂。

2）活性稀释剂

光固化涂料中，活性稀释剂同样不可或缺，作为一种功能性单体，不但能有效控制涂料黏度，便于施工作业，还能参加涂料的固化反应，直接影响涂层性能。活性稀释剂分子结构包含不饱和双键，如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰基及乙烯基等，其中，丙烯酰氧基光固化活性最高，故多采用丙烯酸酯单体。近年来新型稀释剂得到了开发利用，乙氧基化或丙氧基化的丙烯酸酯类功能单体，不仅可以改善某些单体对皮肤的刺激性，而且使其单体性能更加完善。研发阳离子光固化体系可带动官能环氧化合物及乙烯基醚类单体的相关研究与应用。

3）光引发剂

光引发剂对于光固化涂料至关重要，是涂层固化程度及速度的决定性因素。光引发剂的反应机制一般包括以下4种：氢消除反应机理、离子反应机理、裂解反应机理和能量转移反应机理。目前常用的光引发剂有：安息香、二苯基乙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、芳酰基膦氧化物、二苯甲酮和硫代丙氧基硫杂蒽酮。

4）助剂

为确保光固化涂料中各成分相对稳定，应在光敏树脂制备期间添加所需助剂，如流平剂可促进光敏树脂的流动；热阻聚剂可延长其有效期；抗氧剂可用于改善涂膜稳定性能等。选择助剂时，优先采用可参与固化反应的活性助剂，如毕克公司的BYK-371、迪高公司的Red2100、Red2200及Red2500等。由于不参加光固化反应，大多数普通助剂将留存于固化膜中，导致出现针孔、反黏等现象。

2.2.3光固化涂料的研制和应用

我国光固化涂料技术的研发工作一般在高等院校开展，高校设备及仪器较为先进、专业人才较多且有良好的科研氛围，借鉴国际领先技术，与企业合作谋求双赢。如复旦大学高分子系李善君教授所制的超大规模集成电路封装用环氧塑封料科技成果，已转入生产；其研发的高韧性封口胶已在最新型战机的尾翼中投入使用。

上海暄洋化工材料科技有限公司研制出了一种修复风电钢结构基础破坏的快速光固化防腐涂料及制备工艺，这种防腐涂料不仅耐老化，耐磨好，耐海水浸泡，对底材附着力强，还能满足在被腐蚀的底材上完成涂覆的要求，同时也与阴极保护措施具有很好的匹配性，能在可见光条件下短时间内完全固化。具体步骤如下。

步骤一：在酸碱催化条件下，制备无机高分子成膜物，可以是无机硅、钛、铝、锆高分子溶胶，选其中1种、或2种、或2种以上的溶胶适当配比混合后，加入丙烯酸树脂或者环氧树脂或者它们的混合物，剧烈搅拌并陈化一段时间，得到无机纳米材料改性的低表面能无机有机杂化树脂；

步骤二：将步骤一所述的杂化树脂与耐磨颜料、助剂混合，得到悬浮性好的涂料基料；所述耐磨材料为刚玉（氧化铝）、金刚砂（碳化硅）、钻石粉（C）、氮化硼、碳化硼；助剂为防沉降剂和消泡剂，包括改性膨润土、气相二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、BYK-051无机硅消泡剂。

步骤三：在红外照射环境下，将步骤二所述悬浮物中，依次加入脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、光引发剂、活性稀释剂和增感剂，搅拌均匀得到涂覆溶液。所述的光引发剂为阳离子聚合光引发剂和自由基聚合光引发剂，一般选用1173、TPO、氟化二苯基钛茂（Irgacure 784）、双(五氟苯基）钛茂；所述增感剂为双重氮盐，叠氮化合物。

步骤四：将步骤三中所述涂覆溶液直接涂覆于需要防污的表面，在太阳光下或紫外光下放置一段时间完全固化，得到所需的快速光固化防腐涂料。

该产品采用可见光固化剂和增感剂，使得涂层在太阳光作用下，可快速固化；采用无机溶胶作为改性剂，通过对丙烯酸树脂或者环氧树脂的改性，可增强涂层成膜物的耐老化性；通过采用耐磨颜料，可提高涂层的耐海水中粗颗粒冲刷能力。

3结语

通过世界各国研究者的不断努力，海上风电钢结构涂层防护体系的工程实践的防护技术已取得很大的进步，金属热喷涂技术能使涂层与钢结构构件的表面形成了非常牢固的涂层结合力，当金属热喷涂层遭到破坏时，锌铝涂层可作为被牺牲的阳极继续保护钢结构表面，尤其适用于海上钢结构的外表面。通过采用高强度环氧树脂涂层防护技术，可以更好地抗热冲击、抗渗透且涂层收缩率低，然而需要在施工时达到一次性成膜，且漆膜较硬、修复较难。

聚氨酯涂层的涂料反应快速、放热，尤其适于快速作业、冬季防腐施工，该涂料不含溶剂，安全环保，此外其抗腐蚀、抗磨损、附着效果极佳，便于施工作业，且使用寿命较长。

氟碳涂料的稳定性超高，其耐候性、耐腐蚀性、耐磨损性和耐污损性等方面较丙烯酸类、聚酯类面漆有着明显优势。此外，相比其他涂料，氟碳涂层的耐酸碱、耐化学品腐蚀性能也更优异，可直接用于接触强腐蚀介质的液舱。

水下固化涂层拥有优良的防腐性能，有利于在水下及潮湿界面上的直接涂装，因此适于海洋船舶业及建筑业领域的防腐防护。尽管水下固化涂料成本较高、施工性能差、防腐期较短，但作为飞溅区水下钢制物的最重要、最经济有用的防腐蚀手段，该涂料今后必将日益受到人们的关注，发展前景辽阔。而光固化材料因其固化速度较快、无溶剂、水性化、有机挥发物较低及安全环保等优势，定会拥有愈加广阔的世界市场。