0 引言
造成材料，特别是金属材料腐蚀的主要外界因素是水和氧，而水易进入材料，即使是涂有涂层的材料表面，水的透过率仍远高于氧，所以防止材料受腐蚀的方法之一就是阻隔或减缓水的进入，或使材料钝化。根据这些设计原理，开发了重防腐蚀涂料，其组成中应不允许有水存在，然而水性重防腐蚀涂料的问世打破了这种限定。这是由于水性重防腐蚀涂料配方设计中巧妙地限制了水在涂料中的不利作用，同时使配方中的其他组分对水起到有效钝化的作用。迄今为止，国内外水性重防腐蚀涂料的品种有水性无机富锌涂料、水性环氧涂料、水性聚氨酯涂料、水性丙烯酸涂料、水性氟碳涂料、水性有机硅涂料及溶胶- 凝胶涂料等，尽管它们仅占重防腐蚀涂料的5%~6%，但发展潜力很大，现分述如下。

1 主要的水性重防腐蚀涂料及其研究进展
1.1 水性无机富锌涂料
溶剂型硅酸锌涂料可配制成VOC（挥发性有机化合物）低至340 g/L 的等级，但低于这个等级困难，这是因为它会导致基料出现稳定性的问题。采用水性化技术可以解决这个问题，即通常采用碱金属硅酸盐（如硅酸钾）作为基料，配制的水性无机富锌涂料可达到零VOC 的效果。与溶剂型涂料相比，水性硅酸锌涂料还有一个优点：它能在相对湿度很低的情况下充分固化，而溶剂型硅酸锌涂料在相对湿度30% 以下却固化不良。
水性无机硅酸锌涂料的应用研究已逾50 年，目前应用更为广泛，如石化行业、大型贮罐、桥梁等，取得了极佳的防腐效果。该涂料以硅酸盐为基料，混以大量金属锌粉作为防锈颜料配制而成。它前期的防腐机理是依靠锌粉的溶解牺牲来对钢铁底材起到阴极保护作用。随着锌粉的腐蚀，在其颗粒之间沉积不少腐蚀产物，使表面结构更加致密。此腐蚀产物不导电，呈碱性，因此其后期的防腐机理是依靠电屏蔽作用来实现对钢铁的保护。该涂料的防腐性极强，盐雾试验可达10 000 h 以上。该涂料所用的碱金属硅酸盐除了高模数的硅酸钾之外，还有硅酸锂等，有时还在硅酸钾中加入Li+ 离子，以及用甲基三甲氧基硅烷进行改性，以提高涂料的性能及贮存稳定性。目前使用的水性无机硅酸锌涂料多为自固化型，施工更为方便。其不足之处在于其使用范围仅限于pH 5~10 的环境，且对底材的表面处理要求很高，需要进行喷砂处理等等。
我国水性无机富锌涂料生产厂家有：北京力龙涂料有限公司、天津市康仕达化工涂料有限公司、上海门普来新材料有限公司、上海仲钰新材料实业发展有限公司、浙江钱浪涂料科技有限公司、武汉巴司特化学新材料有限公司、武汉星宇环保科技工程有限公司等。

1.2 水性环氧涂料
水性环氧涂料是目前应用多、使用范围广的水性重防腐蚀涂料，也是当前发展快的水性涂料之一。该类涂料用得多的是双组分水性环氧涂料，其使用效果可与溶剂型环氧涂料相媲美。国外水性环氧涂料的研究始于20 世纪70 年代，我国从80 年代开始研制水性环氧涂料。水性环氧涂料的发展阶段可用其分类来界定：第1 类，液体环氧，或环氧乳液与水溶性胺固化剂；第2 类，固体环氧分散体与水溶性胺固化剂；第3 类，液体或固体环氧乳液分散体与含羧基或氨基官能团的丙烯酸分散体固化剂；第4 类，液体环氧或环氧乳液与胺分散体固化剂；第5 类，固体环氧分散体与胺分散体固化剂。在第5 类水性环氧涂料中，常采用双酚A 环氧树脂与环氧- 胺加成物固化剂。由于两者的溶解度参数接近，故相容性较好。此环氧树脂中引入了亲水基团，例如用聚乙二醇或非离子表面活性剂对环氧树脂进行改性而使之有自乳化作用，由于环氧树脂和固化剂都是分散体，两者混合后发生转相乳化，从而可得到均匀的涂膜。这种涂料可直接涂覆在金属表面上，其中著名的例子是美国Hexion Specialty Chemicals 开发的New GenTM 水性体系，系由基于双酚A 固体环氧树脂和疏水性胺加成物固化剂用专门的表面活性剂进行预反应，然后预分散在水中而得。该涂料体系的使用性能与相应的溶剂型涂料相当，甚至更好，特别是其干燥性、耐腐蚀性和对难附着底材的附着力更好，其耐湿热性可达 3 000 h，耐盐雾性达4 000 h。通过仔细选择基料树脂，以及调整涂料配方，可配制成用于所要求条件下，如海洋环境下的性能优异的水性环氧涂料。用New GenTM 水性技术还可配制出低温固化涂料。美国Cytec Surface Specialities 的新研究成果显示：采用水性环氧技术的无机防腐蚀底漆也可达到与溶剂型涂料相当的性能。该涂料采用新型环氧分散体和新型胺固化剂，并通过添加适宜的基料和颜填料，选择一定配比，就可获得高性能的防腐蚀底漆，所用的树脂是柔性环氧树脂，这样可使颜料直接融入树脂中，从而提高颜料和助剂的分散性，使配制涂料的颜基比接近溶剂型涂料，并可提高涂层的附着力。该涂料在室温下7 d 或50℃环境下7 d 后的杯突试验值超过3 mm，远优于溶剂型双组分环氧涂料的性能（杯突试验值1 mm）。该柔性环氧树脂采用内部改性，不同于采用高沸点溶剂或聚结剂从外部改性所得的柔性环氧树脂，后者在涂膜固化后会影响其长效性，还会产生VOC 污染。该环氧树脂中还引入了聚二醇类，以提高其水乳化性能，且在一定程度上改善了环氧树脂主链的柔韧度。由于在设计时聚二醇类对环氧树脂的配比做到尽可能小，这样虽其有亲水性，但不至于影响整个防腐蚀底漆的耐水性。此外，在该环氧树脂主链上还引入了其他亲水性小于聚二醇类的柔性链段，这就进一步提高了环氧树脂分散体的柔韧性和弹性，还可改善对颜料和底材的润湿性，以及稳定性，使此不含防锈颜料的水性防腐底漆呈现出超出一般溶剂型防腐蚀底漆的防腐保护性能。

美国Sherwin Williams 公司开发了一种双组分零VOC 水性环氧涂料，其基于一种新型双酚A 型固体环氧树脂和一种新型改性胺固化剂。另将一种表面活性剂经预反应引入到环氧聚合物的主链中，再用一种专门的高速分散技术，无需添加溶剂或活性稀释剂就可制成性能与溶剂型涂料相当的涂料。该涂料具有贮存稳定性好，可快速固化，使用期长，涂层光泽高，耐水性、耐湿性、耐化学品性、耐金属腐蚀性和抗混凝土腐蚀性优异等特点，可用于已涂漆的表面上。Hexion Specialty Chemicals 的EpikureTM CuringAgent 8547-W-60 固化剂是专为混凝土涂料设计的，此固化剂能使水性涂料配方实现高性能、超低VOC、优异的施工性以及可肉眼辨知是否已到使用期，还可改善涂料的耐化学品性、耐沾污性和耐水清洗性。美国Cardolite Corporation 取自可再生资源腰果壳液（CNSLL），生产了主要成分为腰果酚的酚醛胺固化剂，用其配制低VOC 水性涂料。该涂料可用于表面处理极为不良的底材上，且可在极低的温度下固化，具有优异的耐水性和耐腐蚀性。该酚醛胺固化剂可固化各类环氧树脂，包括固体类和液体类环氧树脂，使用期较长。
20 世纪80 年代，上海市涂料研究所研制了水性环氧地坪涂料，经过多年不懈努力，又成功开发了水性环氧重防腐蚀涂料，实现了由用于非金属底材向金属底材的过渡。现在，我国很多企业均能生产出与溶剂型双组分环氧涂料性能相当的水性环氧重防腐蚀涂料。2010 年浙江飞鲸漆业有限公司开发的水性环氧重防腐蚀涂料就是一例，与溶剂型环氧重防腐蚀涂料一样，它可用于海洋工程、物流运输、基础设施等领域。广东高科力新材料有限公司、华南理工大学和中石化茂名分公司联合开发成功高性能水性环氧抗静电防腐蚀涂料，用以代替含有大量挥发性有机溶剂的贮油罐内壁用溶剂型环氧涂料或生漆涂层，防爆防燃，无刺激气味，消除了各种安全隐患。该涂料经过多年的实地试验，其防腐蚀性能达到甚至超过同类溶剂型产品。上海经天科技有限公司也开发成功由再生资源腰果酚制得的酚醛胺固化剂。该公司采用一种专利方法使此固化剂赋予防腐蚀涂料更加独特的性能，可附着于未经任何特殊处理的底材表面，低VOC，低温固化，配制的水性环氧重防腐蚀涂料耐水性极优，耐腐蚀性也特好。我国生产水性环氧涂料的企业有：上海涂料有限公司、上海绿嘉水性涂料有限公司、上海汉中涂料有限公司、天津均邦涂料有限公司、浙江安邦新材料发展有限公司、广东高科力新材料公司、东莞市黑马化工有限公司、无锡市太湖防腐材料有限公司、重庆斯耐博涂料有限公司等。

1.3 水性聚氨酯涂料
用作重防腐蚀涂料的水性聚氨酯涂料主要是双组分热固性聚氨酯乳胶涂料，它采用脂肪族异氰酸酯与水进行缓慢反应制成，其中包括羟基组分和脂肪族异氰酸酯组分2 个组分，使用时将此两组分混合，两个组分就会逐步反应，但其使用期短，仅几个小时。因所用的脂肪族异氰酸酯有HMDI（六亚甲基二异氰酸酯）、IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）、TMXDI（四甲基苯二甲基异氰酸酯）等，会形成交联网络结构，故其耐化学品性、耐溶剂性和物理机械性能等均优于其它类型的水性聚氨酯涂料。