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中国防污涂料100年发展历程回顾与思考

2016-04-26 10:23:49
作者:桂泰江
来源:《腐蚀防护之友》

本文全面地回顾了中国防污涂料的发展历程,特别是“418”船舶涂料科研会战中防污涂料的研究应用情况,同时针对现阶段中国防污涂料所存在的问题,并提出了发展建议。

    海洋腐蚀和海洋生物污损一直是困扰着人类开发海洋的二大难题,而解决海洋生物污损更具挑战性。目前涂装防污涂料是最有效、经济和简便的解决海洋生物污损问题的途径。

 

    防污涂料经过一百多年的历史发展,人类已拥有制备先进防污涂料的技术。现代防污涂料的技术不仅关注防污性能, 在IMO 的《船舶能效设计指数》(EEDI)、《船舶能效营运指数》(EEOI)、《船舶能效管理计划》(SEEMP)、ISO 的《船舶防污底系统的海洋环境风险评估》 和《船体和螺旋桨性能的测量》等标准和规范推动下,更加关注防污涂料的环境友好性,使用低海洋环境风险的防污剂,减小船体阻力,节省燃油消耗,减少温室气体的排放。

 

    中国的涂料工业开创于1915 年,始于上海开林造涂料厂的建立,至今中国涂料已有了一百年的发展历史。本文在此时机通过回顾中国防污涂料的百年发展历程,并作了一些思考,希望对中国防污涂料今后的发展有所参考。

 

中国海洋防污涂料的发展历程

 

    早期起步阶段( 解放前后-1966年)

 

    在解放前后,国内只有上海开林造涂料厂(建立与1915 年,开创中国的涂料工业)生产一些低端的船舶涂料,但防污涂料主要是从欧洲进口,当时从英国进口红手牌、鱼雷牌防污涂料。朝鲜战争爆发后,西欧、美、日等国把防污涂料列入禁运物资。

    1951 年上海开林造漆厂开始按照美国海军的技术规范试生产沥青系防污涂料,1955 年研制成功了832 沥青防污涂料,性能接近英国的红手牌防污涂料,优于苏联的防污涂料产品,当时援助的苏联专家还将配方带回国。 开林造漆厂后续又开发了833、812 和813 等防污涂料。大连造漆厂、青岛造漆厂、广州造漆厂、宁波造漆厂和天津油漆厂在此基础上各自开发了船底防污涂料体系,从此中国的防污涂料有了初步的基础。但存在产量小,品种也不多,防污期效短,只有2 ~ 8个月的问题。

 

   “418”船舶涂料科研会战阶段(1966-1980 年)

 

    上世纪五十年代,我国开始从苏联进口防污涂料。由于进口防污涂料不适合我国海域使用,很短时间就失效,致使舰艇底部长满海生物,航速急剧降低,舰艇执行任务时,无法追上敌舰,贻误战机。苏联也在1962 年终止了防污涂料的供应。

 

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长效防污漆现场检查会代表合影


    1964 年,海军曾检查过一艘涂装防污漆后在港湾里停留半年的驱逐舰,舰底附着海生物厚达23 公分,舰体增重达20 多吨,舰底表面粗糙,使舰体流线型完全破坏,航速明显降低,耗油量增大。而当时所用的铝壳防污漆,防污期效仅有两周,下水半个月,就得上坞清理,并要重新涂装防污漆。


    到1966 年,我国生产的舰船防污漆效果仍然停留在几个月的水平上。因此,研制新型防污漆以解决海军急需势在必行。


    为了满足海军的需求,由化工部和海军发起组织,后来约同六机部,共同领导全国有关单位的工程技术人员、老工人组成科研、生产和应用相结合的船底防污涂料攻关会战组,第一次会议于1966 年4 月18 号在上海召开,以后称“418”船舶涂料科研协作组。同年组织机构调整为北海、东海、南海三个协作组,分别是“418”北海协作组,组长陆青田(青岛油漆厂)、熊学云(海军);“418”东海协作组,组长余小弟(上海开林油漆厂)、张宗(海军);“418”南海协作组,组长梁枝荣(广州油漆厂)、苗文杰(海军)。涂料界老前辈虞兆年先生也是“418”早期成员。


    “418”船舶涂料科研协作组以船底防污涂料研究为主,经历十五,先后参加有三十多个成员单位,一百三十多人,包括化工、造船、科学院、大专院校和海军五个部门。协作组在化工部、海军和六机部组织领导下,统一计划规划工作,统一安排试验项目,统一检查试验结果等,在日常工作中坚持部门之间、单位之间和小组之间的大协作,互相配合、互相支持。


    “418”协作组研制工作主要以船底防污涂料为主,工作分为三个阶段:


    第一阶段:1966-1972 年: 主攻目标是铝壳艇防污涂料,要求三个月不长海生物;钢壳艇一年半附着生物面积不超过10%。


    第二阶段:1972-1977 年: 主攻目标是三年期效防污涂料,海生物附着面积不超过10%。


    第三阶段:1977-1980 年: 根据船舶涂料的长远规划,进行了五年期效防污涂料的研究和加强了加速测试方法的研究,开展了新型防污途经的探索。


    “418”协作组对沥青、乙烯树脂、氯化橡胶、丙烯酸树脂及环氧酯等树脂体系的防污涂料作大量研究工作。经过实验室试验、海港挂板试验和实船试验,积累了大量数据,先后研制成功一年半、二年半、三年期效防污涂料和铝壳艇防污涂料等十五个品种,防锈涂料十二个品种。其中防污涂料的性能优于国外同类产品,如美国的红手、丹麦的老人牌产品,其中7133防污涂料荣获1978 年科学大会奖和省市科学大会奖,还得到了国防科委和国防工办的奖励。


    “418”协作组同时研制成功了系列的船壳涂料、甲板涂料、舱室涂料和水线涂料,基本满足了船舶涂料的整船配套要求。


    为了提高防污涂料的研究效率,“418”协作组还研究了动态海港模拟试验方法和实验室加速测试方法,对缩短防污涂料的研究周期起了重要作用。开展有机锡自抛光防污涂料和微生物防污技术的研究,取得了良好的进展,与当时国际上最前沿的研究方向几乎是同步的。


    “418”协作组通过十五年的攻关,防污涂料的品种基本满足了海军的需求,同时在民用船舶也得到了广泛的应用,还出口到新加坡、香港和马来西亚等国和地区。


    “418”船舶涂料科研协作组于1981 年8 月17 日在江西九江召开十五年工作总结大会,总结所取得的成功和经验,“418”的使命也完满完成,“418”协作组同时解散。


    取得的经验有:①强有力的组织领导,国家层面的高度重视。在三个部的领导下,成立三海区协作者,组织结构紧密,领导统一,目标统一,行动统一。每年化工部会同海军、六机部召开一次工作会,研究科研方案和工作方法,以及组与组之间的协作问题。在当时的政治环境下,如没有国家领导人的高度关注和强有力的领导,是不可能完成“418”攻关任务。 ②实现科研、生产和应用结合的协作形式,充分发挥各个环节的作用,消除扯皮现象,促进各个环节的相互了解,有利于产品项目的完善。


    总结会要求原“四一八”协作组尚在进行的课题,由原承担单位继续完成。项目的鉴定、新产品试制和应用由化工部、六机部和海军协调解决,工作中发生问题,由原有关领导机关。 实船涂装试验由化工部和六机部汇总,海军审查安排落实。实船涂装工作由承担任务单位负责使用单位协助进行,共同检查试验结果。


    同时就船舶涂料的发展提出要求:


    ⑴ 在“418”协作组取得成绩的基础上,进一步稳定工艺,提高质量,降低消耗,降低成本,保证海军需要并做好推广民用工作。


    ⑵ 加强船壳、甲板、内舱和专用涂料的研究,以求达到船舶涂料的全面配套;加强新型防污涂料及防污方法的研究。


    ⑶ 加强船舶涂料的基础理论研究和应用研究,进一步促进船舶涂料事业的发展。


    ⑷ 进一步抓好船舶涂料测试方法的研究,以缩短船舶涂料的试验周期,提供有效的鉴定手段。


    ⑸ 加强船舶涂料施工工艺的研究,以提高船舶涂料的使用效果和扩大使用范围。


    ⑹ 加速船舶涂料标准化、系列化和通用化的工作,进一步满足国内需要,争取早日打入国际市场。


    ⑺ 加强防污涂料毒理、毒性的研究及其防护研究。


    通过“418” 的攻关, 研制成功四十多种船舶涂料新产品,其中主要是防污涂料,为我国海军建设、造船工业和海洋运输业作出了重大贡献,为我国的今后船舶涂料的发展打下了良好基础,使得我国的船舶涂料技术水平进入世界先进行列,在党和国家领导人的高度重视下组建成立了船舶涂料的专门研究机构—化工部海洋涂料研究所(海洋化工研究院有限公司的前身)。“418”船舶涂料科研协作组的组织形式是我国科研攻关成功的典范。

 

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国家领导人关于成立化工部海洋涂料研究所的批示

 

   外资船舶涂料企业发展阶段(1980-1995 年)

 

    在20 世纪70 年代的改革开放初期,为了适应我国修造船的发展,1979 年,香港招商局与丹麦Hempel公司合作,在深圳建厂生产中档船舶涂料,主要品种有氯化橡胶防污涂料、环氧沥青压载舱涂料、船底防锈涂料、环氧车间底漆、快干丙烯酸面涂料等系列,使船舶涂料的配套得到了提升。上海开林造漆厂在1985 年与英国国际油漆公司开始合作生产先进的船舶涂料。在这期间世界上的船舶涂料巨头纷纷在中国大陆建设工厂,如挪威的JUTON、日本的关西涂料、中国涂料、荷兰的SIGMA、韩国KCC 以及我国台湾的永记等,满足了中国不断壮大的造船业的需求, 总体上提升中国船舶涂料的技术水平、涂装工艺水平以及服务理念,其中也包括防污涂料。外资船舶涂料企业的进入中国市场,对我国的船舶涂料生产企业产生了巨大的冲击,但也促使我国船舶涂料生产企业在激烈的竞争中不断进步。


    受当时国家经济形势和财力所限,这一段时间国家对海洋涂料的支持不够,所产生的科研成果多为“418”协作组遗留下来的一些课题,如7219 防污涂料、有机锡自抛光防污涂料等,总体上与防污涂料的世界先进水平的差距逐渐拉大。

 

    自主创新发展阶段(1995-2015 年)

 

    从“八五”计划国家开始对海洋开发的重视,由国家计划委员会与化工部重新组织参与过“418”船舶涂料科研会战的单位,开展船舶涂料的新一轮科研攻关。


    本世纪随着海洋经济的快速发展和国家战略安全的需要,船舶涂料得到了国家各个层面的关注和重视,国家科技部的高技术研究发展计划(863计划)、国家重点基础研究发展计划(973 计划)和国家科技支撑计划、国家自然基金委、国家工业信息部对船舶涂料项目都给予了大力的支持。


    同时防污涂料相关研究也引起了高校、中科院的科研人员的兴趣和重视,复旦大学、中国海洋大学、大连海事大学、大连交通大学、国防科学技术大学、深圳大学、香港科技大学,复旦大学、中国海洋大学、大连海事大学、大连交通大学、国防科学技术大学、深圳大学、香港科技大学、中科院化学所、长春应化所、金属所等单位的科学家纷纷加入船舶涂料研究的队伍中,对防污涂料的基础研究和应用基础研究起了推动作用,也产生一些与防污涂料相关原始创新成果。


    2007 年环境保护部环境保护对外合作中心(FECO)与联合国开发计划署(UNDP) 合作启动了“中国用于防污漆生产的滴滴涕替代”项目,主要目的是通过使用无毒环保型替代品消除防污漆生产中滴滴涕的使用。


    经过近7 年(2007-2014 年) 的实施,完成了每年250 吨滴滴涕的淘汰目标,一系列技术标准的得到了完善和发布,如《关于禁止生产、流通、使用和进出口滴滴涕、氯丹、灭蚁灵及六氯苯的公告》、《船体防污防锈漆体系》(GB/T 6822-2007)、《环境标志产品技术要求- 船舶防污漆》(HJ2515-2012)、《船体防污防锈漆体系》(GB/T 6822-2007)等,建立了防污涂料环境风险评估体系,加强环境保护部化学品环境管理部门防污涂料活性物质环境风险评估机构能力,相关行业监督管理能力的加强和提升,社会各层面对防污涂料及其环保性的认识有了提高,同时也提高了对防污涂料的关注度。


    在这阶段国家对于船舶涂料的创新平台建设也高度重视,依托海洋化工研究院的建设国家海洋涂料实验室于2010 年得到国家的批准,2013 年通过了验收,防污涂料是重点实验室三个研究方向之一。中科院于2013 年准依托中科院海洋研究所和宁波材料研究所分别建设海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室和海洋新材料与应用技术重点实验室。这些创新平台的建设保证了防污涂料研究和创新的可持续性。


    在国家的支持和广大科技工作者的努力下, 防污涂料的科研成果硕果累累,我国防污涂料的创新能力和技术水平得到了大幅提高,技术上逐渐在缩小与国外的差距。

 

中国防污涂料发展的思考

 

    中国防污涂料的市场现状

 

    以上所述,到二十世纪末世界上各大船舶涂料公司都到中国投资建厂,进入中国市场,跨国船舶涂料公司利用品牌、资金、技术和市场渠道的优势,垄断了中国船舶涂料市场,占有95%多船舶涂料市场份额,其中包括防污涂料;而国内一些船舶涂料企业如海洋化工研究院、中船重工集团725 所、上海开林造漆厂等的防污涂料市场主要在近海作业船只、军船、渔船和国内的一小部分远洋船市场。


    造成这样的结果主要是一方面由于国内企业总体实力与外资企业有较大的差距;另一方面是船舶涂料市场特点限制了国内船舶涂料企业的发展,具体特点有以下几点。⑴船东要求船舶涂料商能在世界各主要港口提供涂料,以便维修使用,而国内的船舶涂料企业还没有全球布点的实力;⑵船东对油漆商的选择具有话语权,重要船东主要都在国外,国内最大的船东中远集团又与国外船舶涂料公司合资(佐敦涂料、关西涂料),也主要采用外资品牌船舶涂料;⑶防污涂料要满足IMO 的规范要求,通过船级社的认证,对防污涂料性能和环保型要求日益提高,对国内船舶涂料企业的技术也是一个巨大的挑战。

 


   
中国防污涂料发展存在问题和思考

 

    通过五十年的防污涂料研究和应用,已积累了良好的基础,但与国际的先进水平和船东的要求仍有较大的差距。主要体现在技术和产业二个层面,当然二者是互相关联的。


    我国防污涂料在技术上总体创新能力不强,研发缺乏系统性和完整性,与产业的结合不够紧密,导致防污涂料研究的新思路不多,主要还是追随国际上的主流技术,所研发的技术也不能完成达到用户的要求。


    要提升中国防污涂料的技术水平,宜从以下几个方面开展防污涂料的基础研究、应用基础研究、应用研究和工程研究。


    (1) 污损生物附着机理的研究。研究有效的方法在某个阶段阻碍污损生物生长和发育。


    (2) 防污涂料基体树脂的设计、合成、结构和性能的表征。主要有二类:


    可控水解树脂和形成特殊表面结构的树脂。


    (3) 防污涂料的组成、微观结构与防污剂释放行为、防污性能的规律的研究。


    (4) 防污涂料表面特殊微纳米结构涂层的设计、构建规律及结构与防污性能、水动力性能的关系研究。


    (5) 新型制备技术如微相分离技术、自组装技术、纳米技术、有机-无机杂化技术、微胶囊技术等在防污涂料中的应用基础研究。


    (6) 防污涂料的动态模拟试验和使用期效预测方法研究。


    (7) 防污涂料配方大通量的快速实验方法的研究。


    (8) 新型环保杀菌剂和防污机理的研究;防污涂料对海洋生态环境评价方法的研究。


    “418”船舶涂料科研协作组的模式至今仍有借鉴意义,国家顶层高度重视,科研、生产和应用相结合的协作形式是行之有效的,国家要鼓励企业间合作,通过自主创新,协同创新,研发具有中国特色防污涂料涂料体系。


    在产业层面,中国缺少具有全球业务、与国际大船东有良好关系的船舶涂料企业,研发的防污涂料新技术得不到进一步验证和推广应用,缺少持续改进的机会。可以说这是制约我国防污涂料和船舶涂料发展的关键所在。


    国家应鼓励有实力的企业通过收购和并购等资本运作,发展成具有全球销售和服务网络的船舶涂料企业,与跨国船舶涂料进行抗衡,保证国家制造业体系的完整性和安全性。


    鼓励国内的船东采用国内船舶涂料产品,形成紧密的上下游产业链关系,国内船舶涂料企业的产品才有可能得到进一步应用验证,技术上不断完善,形成可持续的发展动力。


    加强防污涂料的标准化工作,重视防污涂料相关标准的研究工作,积累基础数据,加强与国际海事组织、国际知名船级社,如英国劳氏、德国劳氏、挪威DNV、美国船级社、ISO 等国际机构的合作,积极参与国际标准、规范的制定、修订工作,取得在国际上有话语权,促进中国船舶涂料企业的良性发展和走向世界。

 

    中国防污涂料发展的展望

 

    随着中国的综合国力和科技实力的大幅提升,通过众多学科的交叉和融合,整合国内外的科技资源,平衡好基础研究、应用研究和工程研究之间的关系,在防污涂料原始创新上有所作为,在关键原材料(基体树脂和防污剂)上有突破,相信我国的海洋防污涂料技术能赶上或超过世界先进水平。


    我国的海洋经济欣欣向荣,“一带一路”、“2025 中国制造”等国家战略的实施,给防污涂料和船舶涂料带来巨大的市场机会。通过有雄心的企业家努力和涂料企业的整合,有能力培育出具有国际竞争力的船舶涂料企业。在下一个一百年间中国一定有船舶涂料企业屹立在世界涂料之林。

 

 

致谢

    感谢原“418”东海协作组的赵金榜先生、“418”南海协作组陆广通先生、中船重工725 所厦门分部金晓鸿先生、海洋化工研究院有限公司崔利娟女士和边蕴静女士提供素材和建议,使得文章更加从实。

 

 

作者简介

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   桂泰江,博士,教授级高工,海洋化工研究院有限公司总工程师,海洋涂料国家重点实验室副主任。


    中国腐蚀与防护学会常务理事,中国涂料协会专家委员会主任委员,中国腐蚀与防护学会水环境专业委员会委员,中国海洋湖沼学会腐蚀与污损专业委员会副主任委员,美国钢结构涂装协会会员,《涂料工业》《中国涂料》 《现代涂料与涂装》编委。


    从事海洋涂料、功能涂料及功能材料的研发,主持完成国家和省市科研项目四十多项。申请国家发明专利十项,授权八项。参与编写涂料专著三部,发表论文五十多篇。

 

 

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责任编辑:刘洋

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