2022年鈦納米綠色防腐涂料產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準化

本文格式為Word版下載后可任意編輯和復(fù)制第第頁2022年鈦納米綠色防腐涂料產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準化1、項目目標(biāo)與任務(wù)需求分析本項目把二氧化鈦納米粉末和綠色環(huán)保型防腐涂料的開發(fā)與應(yīng)用結(jié)合在一起，目標(biāo)與任務(wù)其一為解決二氧化鈦納米粉末在表面改性、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、色漿的分散和制作、性能檢驗等方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，為中國國內(nèi)二氧化鈦納米粉末在綠色環(huán)保型涂料中的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準化應(yīng)用建立基礎(chǔ)；其二為解決進展高固體含量、低有機溶劑或100%固體含量高技術(shù)防腐涂料在涂料配方、生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)、性能檢驗等方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，利用中國國內(nèi)二氧化鈦原料豐富、制作相對成本較低等優(yōu)勢，以無溶劑環(huán)氧樹脂和無溶劑聚氨酯高技術(shù)涂料為主導(dǎo)方向，用二氧化鈦納米粉末來提高涂料的防腐和其它物化性能，使中國國內(nèi)新一代高性能綠色環(huán)保型防腐涂料技術(shù)得以產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準化。2、項目主要技術(shù)難點和重點納米二氧化鈦作為涂料的重要助劑之一，它的開發(fā)與應(yīng)用為涂料的進展注入了新的活力，可利用其各種特別效應(yīng)來提高涂料的多方面性能，所配制的功能性涂料和綜合性能優(yōu)異的高檔涂料以滿意現(xiàn)代工業(yè)進展的需要，這對涂料的進展起著非常重要的推動作用。尤其是納米二氧化鈦的光催化、紫外屏蔽和隨角異色效應(yīng)已成為國內(nèi)外討論的熱點，它們在抗菌殺毒涂料、耐老化涂料及汽車面漆中應(yīng)用均取得了不錯的成果。目前，國內(nèi)對于納米二氧化鈦的討論還處于試驗性階段，由于納米二氧化鈦其自身的強極性和顆粒的微細化而直接影響實際的使用性能，為獲得具有優(yōu)越性能的納米二氧化鈦，對其改性方法的討論和新功能的開發(fā)特別重要。另一方面，國內(nèi)納米二氧化鈦主要用于高溶劑型涂料或者水性涂料上，在高固體含量、低有機溶劑或100%固體含量綠色環(huán)保型高技術(shù)防腐涂料的應(yīng)用幾乎是空白，用于低有機溶劑含量涂料配方中的納米二氧化鈦粉末在表面改性、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、色漿的分散和制作、性能檢驗方法與標(biāo)準等方面涉及到很多關(guān)鍵技術(shù)難點，有待進一步討論，使它不僅能更好地提高和完善涂料的綜合性能，且在機理、工藝、技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上可漸漸實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準化。當(dāng)今涂料工業(yè)的進展體現(xiàn)了以下幾個特點：由于傳統(tǒng)涂料工業(yè)使用揮發(fā)性有機溶劑對環(huán)境帶來的污染，削減揮發(fā)性有機溶劑成為將來的進展方向之一；出于對使用者平安的考慮，含有較多有毒物質(zhì)（如煤焦油）的涂料品種將逐步削減直至淘汰；為追求高性能高品質(zhì)，進展高固體含量直至100%固體含量的防腐涂料成為涂料工業(yè)進展的目標(biāo)?；谝陨蠋追矫娴目紤]，近年來開發(fā)了多種符合時代進展要求的新型涂料技術(shù)，主要有以下幾類：第一類是以水作為溶劑或載體的水溶性涂料技術(shù)，這類技術(shù)在最近十年進展很快，但防腐性能仍舊有肯定差距，因此目前只用于對防腐性能要求不高的基體；其次類是粉末涂料，此項技術(shù)在八十年月曾經(jīng)經(jīng)受了一個高速進展過程，但該涂料僅僅局限用于金屬基體，施工設(shè)備比較簡單，不適合現(xiàn)場施工，使得它目前在涂料工業(yè)市場占有率較低；第三類是高固體含量、低有機溶劑或100%固體含量的涂層技術(shù)，這類技術(shù)是世界涂料工業(yè)的進展方向，這類涂料在涂料市場上占主導(dǎo)地位，其中主要是環(huán)氧樹脂和聚氨酯涂料。中國近年來也開展了這些方面的討論和開發(fā)，但現(xiàn)在開發(fā)勝利的只是低端無溶劑環(huán)氧樹脂、彈性聚氨酯和聚脲彈性體等技術(shù)，相當(dāng)于國外開發(fā)初期的水平。近些年來中國國內(nèi)也間續(xù)在中石油大港油田港滄輸氣管線、陜京二線管線工程、天津自來水公司定向頂管工程、中石油新疆克拉瑪依油田和中石化茂名石化儲罐、崇明島造船基地海樁、西氣東輸二線等重防腐工程中采納了從國外進口的無溶劑結(jié)構(gòu)性聚氨酯和環(huán)氧樹脂防腐涂料的一些產(chǎn)品技術(shù)，取得了很好的效果。但由于價格偏高，推廣難度較大，同時這些年來國外在他們初期的產(chǎn)品技術(shù)上又有更新。依據(jù)中國國內(nèi)防腐界使用單位反饋的信息，開發(fā)一種性能相當(dāng)、價格合理的防腐涂料勢在必行。鑒于國內(nèi)在新一代無溶劑結(jié)構(gòu)性聚氨酯和環(huán)氧樹脂防腐涂層技術(shù)方面的空白，討論、開發(fā)和推廣我們有自主的、符合世界工業(yè)涂料進展方向的無溶劑結(jié)構(gòu)性聚氨酯防腐涂層技術(shù)有著寬闊的前景，但涉及到在涂料配方、生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)、性能檢驗等方面的很多關(guān)鍵技術(shù)問題和難點。3、國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)、學(xué)問產(chǎn)權(quán)和技術(shù)標(biāo)準現(xiàn)狀及預(yù)期分析納米材料是指顆粒粒徑在1-100納米之間,并且具有特別物理化學(xué)性能的材料,廣義的納米材料包括在三維結(jié)構(gòu)中有一維的長度在1-100納米之間或者具有納米結(jié)構(gòu)的材料。納米材料具有許多奇妙的功能，如界面效益、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子效應(yīng)、光催化效應(yīng)等。納米材料應(yīng)用于涂料，主要是提高涂料的裝飾性、防腐蝕性，尤其是給予涂料各種各樣的功能性和特別性能。國外狀況：光催化涂料：采納納米二氧化鈦進行光催化是一項正在蓬勃興起的新型空氣凈化技術(shù)。它能直接利用包括太陽光在內(nèi)的各種途徑的紫外光．在室溫下對各種有機的或無機的污染物進行分解或氧化，達到從空氣中清除這些污染物的效果。該項技術(shù)具有能耗低、易操作、除凈度高等特點。尤其對一些特別的污染物具有比其他方法更突出的去除效果，而且沒有二次污染，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。在當(dāng)今世界性的環(huán)境污染問題越來越受到各國政府重視的狀況下，這種技術(shù)已經(jīng)成為西方各國高科技競爭中的一個熱點。目前，在光催化技術(shù)的理論討論方面，日本、美國、德國均投入巨資開展討論與開發(fā)工作，并大力推動其產(chǎn)業(yè)化，其中納米光催化涂料已經(jīng)用于醫(yī)院、隧道、隔音墻和住宅等，其他應(yīng)用光催化技術(shù)的產(chǎn)品還有數(shù)十種。在日本，大批公司正在這個新興的技術(shù)領(lǐng)域進行角逐。其中最突出的品牌是ARC-FLASH光觸媒。為日本光觸媒涂料第一品牌，其功能受日本厚生省試驗證明，效果獲日本國土交通省認可，殺菌、脫臭、自凈、防霉，可有效防止各種疾病的傳染，殺菌率高達99．99％，快速消退空氣中令人不適的氣味，除臭率高達99．8％。該類涂料可以用于各種場合的室內(nèi)污染的治理且效果突出。歐洲科學(xué)家已研制出能幫助清除汽車所排放的包括氧化氮在內(nèi)的廢氣的生態(tài)涂料，氧化氮氣體是會形成煙霧和引發(fā)人類呼吸道疾病的污染源。據(jù)悉，當(dāng)生態(tài)涂料涂在建筑物表面后，能吸附和消退氧化氮氣體，這種作用長達5年，直到其奇妙功能耗竭為止。生態(tài)涂料的奇妙奠基在直徑僅20納米的光觸媒二氧化鈦和碳酸鈣微粒上，它與聚硅氧烷樹脂混合而產(chǎn)生作用。由于微粒特別細小，這種涂料是清亮透亮?????的，能添加各種顏料調(diào)成想要的顏色。聚硅氧烷具有相當(dāng)多的細孔，能讓氧化氮氣體通過后被吸附在二氧化鈦微粒上。二氧化鈦微粒汲取太陽光中的紫外線，利用其能量產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)將氧化氮氣體轉(zhuǎn)化成硝酸，再利用堿性的碳酸鈣予以中和。如此一來僅會釋出“無害”的二氧化碳、水和硝酸鈣。這些副產(chǎn)品將被雨水等沖刷流失。納米復(fù)合建筑涂料：在德國等一些西方國家，納米復(fù)合建筑涂料已廣泛應(yīng)用于內(nèi)墻涂料。韓國ANP公司已開發(fā)成了高性能復(fù)合納米復(fù)合乳膠漆。中國納米材料復(fù)合乳膠漆的技術(shù)水平居世界水平前列。納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產(chǎn)品，展現(xiàn)出該涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價值。納米改性內(nèi)墻涂料，實際上是高級的衛(wèi)生型涂料，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力。具有高強的附著力。漆膜硬度高且有韌性。優(yōu)良的自潔功能。強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附力量，疏水性極佳，簡單清洗污物等性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線力量極強，使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深化墻體，與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng)，使其牢牢結(jié)合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。納米抗凍性功能涂料，除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外，可在-10~(2到-25~(2之內(nèi)正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規(guī)定，使建筑行業(yè)施工縮短了工期，提高了功效，又制造出高質(zhì)量，一舉三得，所以備受建筑施工單位的歡迎。透亮?????耐磨涂料：NanophaseTechnologies公司將自己的納米材料產(chǎn)品NanoTek氧化鋁與透亮?????清漆混合．制得的涂料能大大提高涂層的硬度、耐劃傷性及耐磨性。應(yīng)用此涂料比傳統(tǒng)的涂料耐磨性提高24倍。涂膜性能如此大的提高主要歸功于納米氧化鋁材料是特別硬的圓球物質(zhì)．納米尺寸的顆粒比傳統(tǒng)的涂料添加劑使涂覆的表面更加均一。耐磨涂料可以制成水性或溶劑型．含有納米氧化鋁的透亮?????涂料可廣泛應(yīng)用于透亮?????塑料、高拋光的金屬表面及木材和別的平板材料的表面，提高耐磨性和使用壽命。美國TritonSystem公司生產(chǎn)的NanoTufCoatings透亮?????超耐磨納米涂料，把有機改性的納米瓷土加入到聚合物樹脂基中制得，是傳統(tǒng)耐磨涂料的4倍。這種耐磨涂料還具有隔熱功能和優(yōu)異的耐化學(xué)性能，可用作頭盔的護目鏡、飛機座艙蓋和玻璃，轎車玻璃和建筑物玻璃等的愛護涂層。SDCCoatings公司直接將納米SiO及納米金屬氧化物溶膠用于耐磨透亮?????涂料SILVUE系列產(chǎn)品，這種涂料還可以防紫外光和防霧化，已勝利用于汽車、飛機、建筑物等的玻璃窗及其他透亮?????度和耐磨性要求高、環(huán)境苛刻的場所。防腐耐磨涂料：自1993年來，加拿大Madison化學(xué)公司和GL奇力科技公司利用納米材料進一步改善了他們原有平安環(huán)保、雙組分、快速自然固化、高附著力、耐濕氣的100%固體含量無溶劑剛性和結(jié)構(gòu)性聚氨酯涂料系列產(chǎn)品。100%固體含量和結(jié)構(gòu)性剛性聚氨酯防腐涂層固化快（3-5分鐘表干），附著力強，可低溫固化（環(huán)境溫度高于-40℃就可施工），可一次連續(xù)涂裝任意膜厚，設(shè)備簡潔，涂裝作業(yè)快速便捷，噴涂效率高，符合有機揮發(fā)物排放的嚴格規(guī)定，該涂層技術(shù)施工程序簡潔，即可保證施工質(zhì)量，又可提高防腐性能、附著力、抗磨性，延長使用壽命，施工過程平安環(huán)保。特殊適合用于進行油氣管道現(xiàn)場修理，尤其是在環(huán)境條件惡劣，其它目前使用的防腐涂層技術(shù)無法要求的狀況下，更體現(xiàn)出該涂層的技術(shù)優(yōu)勢。100%固體含量剛性和結(jié)構(gòu)性聚氨酯防腐涂層技術(shù)在世界各地已經(jīng)有三十多年來的勝利應(yīng)用史，在北美被廣泛用于管道、儲罐、飲用水和市政工業(yè)污水系統(tǒng)、船舶、油氣工業(yè)系統(tǒng)、汽車等的防腐。加入納米材料之后，100%固體含量剛性和結(jié)構(gòu)性聚氨酯防腐的防腐、耐磨和耐候性等得到更多改善，其中耐磨性可以提高到4-5倍。國內(nèi)狀況：攀鋼集團攀枝花鋼鐵討論院有限公司新材料分公司，是攀鋼集團攀枝花鋼鐵討論院有限公司的新材料中試基地、并依托其技術(shù)力氣將科技成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的一個科技型企業(yè)，主導(dǎo)產(chǎn)品為納米二氧化鈦粉體材料。攀枝花鋼鐵討論院生產(chǎn)的納米二氧化鈦粉末：銳鈦型納米二氧化鈦PGNA20-13：表面采納鋁包膜處理可以用于陶瓷、涂料、以及功能性材料的原料；金紅石型納米二氧化鈦PGNR20-104（通用型）：采納硅鋁復(fù)合致密無機包膜，粉體沒有經(jīng)過有機處理，用戶可以依據(jù)自己的需要進行處理和使用。2022-2022年大慶石化公司自主研發(fā)的冷卻器鈦納米涂料防腐技術(shù)喜獲中國工業(yè)防腐蝕技術(shù)協(xié)會科技進步二等獎。經(jīng)專家鑒定，該項技術(shù)可大大延長設(shè)備壽命，降低成本和提高利潤增長率。針對油氣系統(tǒng)水冷器、冷凝器管束腐蝕及結(jié)垢比較嚴峻，第一代熱固性環(huán)氧氨基涂料成本過高的實際，大慶石化防腐技術(shù)人員大膽提出將鈦納米聚合物涂料應(yīng)用到管束防腐的構(gòu)想。該技術(shù)不但大大降低油氣系統(tǒng)運行成本，而且對化工設(shè)備的腐蝕與防護技術(shù)產(chǎn)生了樂觀的推動作用。中國科學(xué)院金屬討論所材料環(huán)境腐蝕討論中心納米復(fù)合涂料課題組針對海洋工程設(shè)施和船舶壓載艙防腐蝕難題研制的防護涂料，已勝利應(yīng)用于大連濱海路北大橋鋼結(jié)構(gòu)的表面修理工程及有關(guān)海洋設(shè)施防腐工程的示范項目中，提高了海洋工程設(shè)施和船舶的使用壽命和平安性，降低了修理費用。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失達1萬億元，其中海洋腐蝕損失至少占1/3。而在海洋腐蝕環(huán)境的五個腐蝕區(qū)帶中，浪花飛濺區(qū)又是腐蝕最為嚴峻的區(qū)域。擔(dān)當(dāng)國家科技支撐方案課題“新建海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)及工程示范”的中科院金屬討論所，將目標(biāo)鎖定在了浪花飛濺區(qū)的腐蝕防護涂層上。為了獲得高性能耐海洋大氣與浪花飛濺的腐蝕防護涂層，課題組制備了固含量為55%、黏度小于500MPa·s的納米氧化鋅濃縮漿，并以此研制出納米復(fù)合聚氨酯面漆、納米復(fù)合環(huán)氧玻璃鱗片中間漆、納米復(fù)合環(huán)氧富鋅底漆。試驗表明，納米氧化鋅濃縮漿可顯著改進涂層的耐鹽霧性能和耐候性。涂層經(jīng)6000小時鹽霧試驗后，不起泡、不脫落、底材不銹蝕。青島浪花飛濺區(qū)掛片1年暴露試驗結(jié)果顯示，全部納米復(fù)合聚氨酯涂層試樣表面均沒有發(fā)生開裂、起泡、剝落、粉化等破壞現(xiàn)象，耐候性優(yōu)于國外品牌聚氨酯涂層。而一般涂料在海洋環(huán)境中，使用不到半年就會開裂、脫落。防腐蝕涂料的性能打算了壓載艙的使用壽命。針對壓載艙等嚴酷海水腐蝕環(huán)境的防護問題，課題組討論了超短玻璃纖維對環(huán)氧涂層的力學(xué)和耐腐蝕性能影響，研制出含超短玻璃纖維的新型環(huán)氧富鋅涂料，該涂料具有良好的附著力、沖擊強度和耐腐蝕性能。另外，課題組討論了添加環(huán)保型防銹顏料Ferrinov-100鐵酸鹽和ZP10磷酸鋅的防銹效果。試驗表明，涂層中添加這兩種防銹顏料均能夠起到防銹效果。經(jīng)模擬壓載艙試驗裝置的模擬環(huán)境考核，研制的納米復(fù)合環(huán)氧壓載艙漆完全達到《船舶壓載艙漆》國家標(biāo)準的要求。2022年，課題組與大連裕祥科技集團有限公司一起在1000m3自航開體泥駁船上完成了3500m2的壓載艙涂裝工程。4、申報單位及主要參加單位討論基礎(chǔ)（已有的討論開發(fā)經(jīng)受，科技成果、科研條件與討論開發(fā)隊伍現(xiàn)狀等）武漢昊夫科技有限公司于2022年在湖北武漢注冊成立。主要從事100%固含量結(jié)構(gòu)性聚氨酯新材料系列產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及防腐蝕工程施工。公司現(xiàn)有研發(fā)及管理團隊近50人，其中博士7名，討論生19名，高層管理人員學(xué)歷均在本科以上，公司首席科學(xué)家管世偉博士為國際知名的重防腐技術(shù)專家，擔(dān)當(dāng)美國NACE國際腐蝕工程師協(xié)會管道防腐技術(shù)委員會的主席、美國AWWA水工協(xié)會標(biāo)準技術(shù)委員會成員和英國《防腐材料與方法》雜志編輯詢問委員會委員，是國際上管道防腐涂層技術(shù)、百分之百固含量重防腐新材料技術(shù)尤其是聚氨酯新材料技術(shù)方面的領(lǐng)軍人物。管世偉博士領(lǐng)銜的研發(fā)團隊是武漢昊夫科技有限公司技術(shù)研發(fā)的核心力氣，在先進的高分子材料交聯(lián)聚合理論和生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，利用包括納米材料和電化學(xué)阻抗譜儀等在內(nèi)的先進材料及檢驗技術(shù)，開發(fā)出了性能優(yōu)異、工藝先進、擁有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的100%固含量結(jié)構(gòu)性聚氨酯新材料及涂層新技術(shù)，并致力于為各種類型的基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕防護供應(yīng)全面的解決方案。該技術(shù)主要應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，包括燃料貯藏罐、管道、廢水及飲水、運輸、發(fā)電與電力、市政工程、海洋船舶等防腐蝕領(lǐng)域，并已拓展至農(nóng)業(yè)等其他領(lǐng)域。2022年度武漢昊夫科技有限公司的“100%固含量結(jié)構(gòu)性聚氨酯防腐涂料技術(shù)國產(chǎn)化和應(yīng)用”項目被中國工業(yè)防腐蝕技術(shù)協(xié)會授予年度科學(xué)技術(shù)獎。5、討論內(nèi)容、技術(shù)路線和創(chuàng)新點一．納米二氧化鈦粉末的選擇和色漿分散技術(shù)·用于防腐涂料的納米二氧化鈦粉末的選擇、表面改性和制作技術(shù)和檢驗標(biāo)準的建立·納米二氧化鈦粉末在低有機溶劑含量之