湯偉鉦、黃元昌、廖凱偉、蘇一哲／工研院材化所
全球防蝕材料在2017年產值達248億美元，預計到2022年將可達317億美元，年複合成長率達5%。防蝕需求受環境影響甚大，台灣沿海高溫、高溼與高鹽分且工業腐蝕因子多，經常達ISO 12944分級中最高腐蝕速率之CX等級。台灣沿海地區除石化產業、建築產業外，未來將持續增加政府積極發展中之太陽能光電、離岸風機等，其金屬構件都需要不同的高防蝕塗裝系統與施工程序，以達到防蝕與保固需求。此外，從永續與環保趨勢來看，更長壽命的防蝕塗料，以及更環保、低污染的塗料是市場持續之需求，也是目前全球塗料大廠持續開發的方向。有鑒於此，本文將針對未來防蝕塗裝系統所需的新型塗料高分子進行簡介，包含底漆用低VOCs防蝕環氧樹脂，以及面漆用高耐候無機混成樹脂，也期待引導國內產業共同投入相關開發。
【內文精選】
前言
金屬材料應用涵蓋的產業廣、產值高，但金屬腐蝕衍生之成本也相當可觀，全球每年因為腐蝕而付出的代價超過22億美元，高達全球GDP之2%，甚至超過天然災害造成之損失，並且逐年增加。因此各國對於防蝕塗料(Anti-corrosion Coating)開發與塗裝工程研發均積極投入，尤其是石化工業管線、海洋船舶、綠能設施等所使用之重防蝕塗料。而除防蝕性能提升外，針對現今對環境友善與社會效益的考量，更有環保無毒、耐用性、低生命周期成本等議題須符合。全球防蝕材料在2017年產值達248億美元，預計到2022年將可達317億美元，年複合成長率達5%，其中，亞太地區為近來主要應用需求成長之區域。
本文將針對底漆常用的環氧高分子樹脂，介紹如何藉由分子結構重新設計，達到低黏度與降低VOCs的效果。也針對新型無機混成高分子樹脂，其應用於面漆塗料以提升耐候性的發展現況與未來趨勢進行介紹。
新型分支型低黏度高耐蝕環氧高分子樹脂
2. 新型態高分子量液態環氧高分子樹脂
工研院已開發出高分子量液態環氧樹脂（如圖一），利用低黏度、多官能基的環氧寡聚物，以分支結構使分子不易呈現單一方向排列或結晶，並且增加分子間的自由體積，因而提高分子的流動性，降低傳統環氧高分子樹脂之黏度。此材料可用於配置高性能、低VOCs的環氧塗料，同時滿足塗膜耐熱、耐蝕、高接著與低VOCs的需求。具體結果如表二所示，使用高分子量液態環氧樹脂，可減少配置塗料時揮發性有機溶劑的使用量，降低塗料VOCs至約192 g/L，相較市售品使用傳統環氧樹脂VOCs約512 g/L，VOCs減少60%以上；但防蝕性能方面，無論是否添加鋅粉形成富鋅漆，其塗裝於碳鋼後整體防蝕性相當，甚至優於市售溶劑型防蝕環氧塗料。
圖一、多分支液態環氧樹脂合成示意圖
無機混成高分子樹脂
3. 以有機無機為主鏈的有機無機混成高分子
此外，矽氧主鏈混成高分子具有高耐候性，但矽氧主鏈耐鹼性較差，用於鹼性工業環境較不適合。相對的，有機高分子如聚酯或聚丙烯酸高分子，有良好的耐酸鹼、硬度等特性，通常可用於金屬塗料；但其耐水解與耐候性較差，因此使用無機高分子與少量有機高分子混成，也是較適宜的做法。許多研究均投入結合聚酯與矽氧無機材料的優點，在聚酯中導入矽氧無機材料，提高其耐溫、耐候，並保有耐化特性。如El-Bindary在醇酸聚酯樹脂中導入矽氧烷單體，可將耐候性提高40%，裂解溫度提高2˚C，雖然有不錯的提升效果，但仍有改善空間。工研院為了更加提升聚酯耐候性，改以高分子量無機高分子材料與聚酯進行聚合，其合成流程如圖六…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、混成聚酯樹脂合成示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》404期，更多資料請見下方附檔。