腐蝕一直是制約各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問題之一，全球每年有2.5萬億美元左右的直接經(jīng)濟(jì)損失是因腐蝕造成的，應(yīng)用防腐涂料是解決腐蝕問題的主要方式之一。石墨烯是一種二維碳納米材料，具有優(yōu)異的熱電傳導(dǎo)性，并且還是一種完全零滲透率的材料，因而其在防腐涂料、導(dǎo)電防腐涂料、防污防腐涂料及防火防腐涂料等領(lǐng)域引起了人們極大的關(guān)注，具有非常好的前景。

一、石墨烯在防腐涂料中的應(yīng)用

1.1石墨烯防腐機(jī)制

①屏蔽作用

傳統(tǒng)防腐涂料中的高聚物膜層都存在一定孔洞，孔洞平均直徑約在10-5~10-7cm，但水和氧的分子直徑通常只有十幾納米。石墨烯作為納米材料，可以充分發(fā)揮其小尺寸效應(yīng)填補(bǔ)到防腐涂料的缺陷中，有效地阻隔水和氧氣等氣體原子的通過。

②緩蝕作用

為了增強(qiáng)涂層的防護(hù)能力會通過防腐涂料本身成分和金屬基體進(jìn)行反應(yīng)，使金屬表面發(fā)生純化或者形成具有防護(hù)性的膜層，石墨烯能對鍍層金屬起到鈍化作用，進(jìn)一步提高其耐蝕性能。

③加固作用

金屬材料常用的聚合物涂層容易被刮壞，而石墨烯優(yōu)良的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能可以提高材料的減摩、抗磨性能。

1.2石墨烯防腐涂料

環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的機(jī)械性能，對基材的粘附性、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性好，且低成本，可以與不同的固化劑形成不同的防腐涂料配方，這些優(yōu)點使得環(huán)氧防腐涂料成為防腐涂料中最常用的品種。石墨烯與硅烷類、鋁類、鐵類等其他材料復(fù)合的協(xié)同作用，使得防腐性能有很大的提升。Ramezanzadeh等制備了3－氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)接枝氧化石墨烯，再利用溶膠－凝膠法制備功能化石墨烯填充硅烷基環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。通過電化學(xué)阻抗譜(EIS)、耐鹽霧和陰極剝離試驗研究了硅烷處理石墨烯對環(huán)氧防腐涂料防腐性能的影響。結(jié)果表明：將功能化氧化石墨烯納米片結(jié)合到硅烷膜中增強(qiáng)了環(huán)氧涂層的腐蝕保護(hù)性能和耐陰極剝離性能。

聚氨酯防腐涂料表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性、耐溶劑性、耐磨損性、改進(jìn)的阻隔性能和耐沖擊性、劃痕等性能，廣泛應(yīng)用于建筑、航空航天、汽車熱屏障、海洋應(yīng)用管道保護(hù)和裝飾等領(lǐng)域。Mo等使用APTES提高石墨烯分散性，從而制備功能化石墨烯/聚氨酯復(fù)合材料，其具有優(yōu)異的防腐性能。

聚苯胺防腐涂料因其與多種金屬之間形成致密的防腐蝕膜且價格低廉，從而在石油傳送管道、軍工產(chǎn)品、橋梁等防腐設(shè)施有較好的應(yīng)用前景。Mahato等利用原位聚合法制備出石墨烯/聚苯胺復(fù)合防腐涂料，涂層不僅為腐蝕環(huán)境提供物理屏障，而且賦予非潤濕性。復(fù)合涂層對鋼的更好保護(hù)歸因于石墨烯納米片在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的均勻分散和聚苯胺協(xié)同作用。

此外還有石墨烯/聚乙烯醇縮丁醛防腐涂料、石墨烯/氟碳防腐涂料等。

二、石墨烯在導(dǎo)電防腐涂料中的應(yīng)用

2.1汽車靜電噴涂淺色底漆

汽車生產(chǎn)過程中汽車塑件涂裝普遍采用常規(guī)空氣噴涂方式作業(yè)。大量防腐涂料以霧化形式散逸到空氣中，不僅成本昂貴，而且會造成較為嚴(yán)重的空氣污染。靜電噴涂以電場為涂裝載體，不但防腐涂料利用效率高，成本相對降低，有利于環(huán)境保護(hù)，還具有生產(chǎn)速度快，裝飾性能高等優(yōu)點。但是汽車組成構(gòu)建中有很大一部分是塑料制品，無法形成電場，所以要在加工件表面先涂一層導(dǎo)電底漆。

當(dāng)前汽車噴涂導(dǎo)電底漆主要通過添加導(dǎo)電炭黑使防腐涂料具有導(dǎo)電性。由此導(dǎo)致導(dǎo)電底漆顏色較深，為了美觀，往往要再噴涂一層底漆進(jìn)行遮蓋，最后再進(jìn)行正式的靜電噴涂。這種方法工藝復(fù)雜，成本也高，故此推廣難度較大。使用石墨烯作為導(dǎo)電劑后，可以回避因為導(dǎo)電劑帶來的底漆顏色變深問題，對于汽車靜電噴涂的改進(jìn)十分有利。數(shù)據(jù)顯示，加入2%到4%的石墨烯后，底漆涂層值為40到50，完全可以滿足汽車靜電噴涂的色度要求。

2.2導(dǎo)靜電防腐涂料

石墨烯兼具良好的導(dǎo)電性和防腐蝕性，因而在導(dǎo)靜電防腐涂料中應(yīng)用效果很好。加了石墨烯的導(dǎo)靜電防腐涂料表面電阻通常在106到109之間，可以有效防止靜電導(dǎo)走現(xiàn)象發(fā)生，所以一般應(yīng)用于對防火、防爆等要求很高的場合。比如石油、鐵路、化工、交通等行業(yè)中的貯油罐、輸油管道、油輪等貯油、輸油設(shè)備的內(nèi)外壁，此外煤礦、航空、紡織、糧食等行業(yè)設(shè)備的防腐涂料一般都是導(dǎo)靜電防腐涂料，這樣既可以最大限度防止設(shè)備腐蝕，又可以避免電荷集聚產(chǎn)生靜電引發(fā)火災(zāi)事故的問題。

目前，抗靜電防腐涂料用途較為廣泛，石墨烯憑借其較高的導(dǎo)電性、強(qiáng)的力學(xué)性能等特點，較容易制得高性能、高強(qiáng)度的抗靜電防腐涂料。

通過改變改性石墨烯的添加量，制備出了表面電阻率不同的抗靜電涂層，且當(dāng)石墨烯的添加量為0.5%時，涂層的表面電阻率將下降到109Ohm/sq，滿足了抗靜電防腐涂料的標(biāo)準(zhǔn)要求。

利用水性丙烯酸樹脂作為基料，測試不同的氧化石墨烯含量對抗靜電涂層性能的影響。實驗結(jié)果表明，當(dāng)氧化石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% 時，涂層的體積電阻率達(dá)到 2.604×107Ω·cm，此時沖擊性能和耐老化性能也均最佳。

2.3石墨烯在防火防腐涂料中的應(yīng)用

2.3.1石墨烯在防火防腐涂料中的阻燃機(jī)理：

①石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)能在防腐涂料中層層疊加，形成致密的物理隔絕層，提高阻燃性能。

②石墨烯可以與防腐涂料中樹脂進(jìn)行交聯(lián)復(fù)合，進(jìn)一步形成一層致密的保護(hù)膜，起到阻隔空氣的作用，從而發(fā)揮阻燃的效果。

③在高溫下石墨烯涂層燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水，并生成更加致密、連續(xù)的碳層，阻隔作用更強(qiáng)。

2.3.2石墨烯用于防火防腐涂料的實例

以丙烯酸乳液為成膜物質(zhì)，鈦白粉為顏料，石墨烯作為協(xié)效阻燃/抑煙劑制備成防火防腐涂料。研究結(jié)果表明：氧化石墨烯能有效提高防腐涂料試樣的耐燃時間和降低峰值生煙速率，當(dāng)氧化石墨烯的添加量為0.025份時(以100份乳液記)，試樣耐燃時間可以增加59.5%，當(dāng)添加0.125份時，試樣的峰值生煙速率從0.024m2/s降至0.013m2/s。具有片層結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯在防腐涂料受熱膨脹過程中會使自身和基體分子鏈取向，進(jìn)而在聚合物碳化過程中形成骨架結(jié)構(gòu)，增加碳層強(qiáng)度，達(dá)到阻燃和抑煙的目的。

2.3.3石墨烯在建筑隔熱防腐涂料中的應(yīng)用

石墨烯因其高導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)用于建筑隔熱防腐涂料可有效降低建筑物的內(nèi)部溫度，節(jié)能效果明顯。薛剛等通過回流法將石墨烯包裹在紅外發(fā)射粉末表面，成功制備出一種含石墨烯、電氣石及過渡金屬氧化物的復(fù)合散熱防腐涂料。研究表明，石墨烯可降低紅外顆粒的熱阻，相比于普通散熱防腐涂料，含石墨烯的復(fù)合防腐涂料紅外發(fā)射率可達(dá)到96%，節(jié)約能耗約6.37%，具有良好的節(jié)能效果。

2.3.4石墨烯在海洋防污防腐涂料中的應(yīng)用

海洋防污防腐涂料是一種特種防腐涂料，對植物和動物性海洋附著生物有防護(hù)作用，且有較長的防污期效。于歡將石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料添加到水性聚氨酯防腐涂料中，研究其對防腐涂料的抗菌滅菌性和表面性能等的影響，結(jié)果表明，石墨烯的加入顯著提高了水性聚氨酯的抗菌滅菌性，使涂層防污性能得到極大的提升。

2.3.5石墨烯在聚合物水泥防水防腐涂料中的應(yīng)用

石墨烯用于聚合物水泥防水防腐涂料具有良好的耐久性、抗?jié)B性和物理力學(xué)性能。呂生華等通過溶液共混法將石墨烯加入到丙烯酸酯類聚合物與水泥復(fù)合而成的聚合物水泥防水防腐涂料中。研究表明，因石墨烯中含有豐富的含氧基團(tuán)能夠調(diào)節(jié)水泥中水化產(chǎn)物的生長，因此使涂膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和抗?jié)B性等物理性能得到顯著提升。

三、石墨烯防腐涂料研究

石墨烯改性防腐涂料作為石墨烯材料的一個應(yīng)用領(lǐng)域，近年來迅速成為國內(nèi)外防腐涂料的研究熱點。目前國內(nèi)以博凱防腐涂料廠代表的少數(shù)科研機(jī)構(gòu)和涂料企業(yè)均成功開發(fā)出石墨烯涂料，并已在海洋防腐和工業(yè)防腐領(lǐng)域進(jìn)行試驗涂裝。傳統(tǒng)涂料通過采用石墨烯材料改性后，其防腐性能不僅會大大提高，而且還能夠賦予涂料許多新的功能。

3.1石墨烯環(huán)氧樹脂防腐涂料系列

環(huán)氧樹脂是以脂環(huán)族或芳香族為主鏈并含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán)，通過環(huán)氧基與固化劑反應(yīng)形成的高分子低聚體。環(huán)氧樹脂可與不同種類的固化劑、稀釋劑、助劑等混合使用，得到了力學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械、黏結(jié)和防腐性能優(yōu)異的材料，因此被廣泛地應(yīng)用。但其固化后強(qiáng)度、導(dǎo)電等性能較差，很難滿足工業(yè)要求。加入石墨烯可以有效解決這些問題，但石墨烯的成本高和分散性差，又阻礙了石墨烯環(huán)氧樹脂防腐涂料行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

石墨烯環(huán)氧樹脂防腐涂料產(chǎn)品：石墨烯環(huán)氧富鋅底漆、石墨烯鋅底漆、石墨烯環(huán)氧中間漆、石墨烯鋅中間漆、石墨烯環(huán)氧面漆等

3.2石墨烯聚苯胺防腐涂料系列

聚苯胺在涂料中可起屏蔽作用、緩蝕作用和鈍化作用，可以作為防腐涂料的成膜物質(zhì)。聚苯胺涂料防腐性能優(yōu)異，原因是聚苯胺可使金屬表面鈍化。聚苯胺涂料本身已經(jīng)具有很強(qiáng)的防腐性能，石墨烯的摻雜可使其抗腐蝕性能得到進(jìn)一步提升。但聚苯胺易團(tuán)聚，解決其與石墨烯的分散問題對于涂料的性能提升最為關(guān)鍵。

石墨烯聚苯胺防腐涂料產(chǎn)品：石墨烯聚苯胺防腐底漆、石墨烯聚苯胺防腐中間漆、石墨烯聚苯胺防腐面漆

3.3石墨烯聚氨酯防腐涂料系列

聚氨酯涂料是多異氰酸酯和多元醇加聚反應(yīng)形成的高聚物，與基材附著力良好，是一種高強(qiáng)度、抗撕裂和耐磨的防腐涂料。聚氨酯具有耐化學(xué)腐蝕、機(jī)械性能好等特點，是應(yīng)用較廣的一種材料，但其防腐涂料不耐高溫、不導(dǎo)電，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代市場的需求。由于石墨烯具有優(yōu)異的光、電、力學(xué)性能，用其來改善聚氨酯涂料，可得到具有導(dǎo)電性的防腐涂料。

石墨烯聚氨酯防腐涂料產(chǎn)品：石墨烯聚氨酯防腐底漆、石墨烯聚氨酯防腐面漆、石墨烯聚氨酯防銹底漆、石墨烯聚氨酯面漆等

四、結(jié)語

石墨烯因具有優(yōu)異的物理阻隔性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性、突出的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，使其在防腐涂料行業(yè)中有著廣泛應(yīng)用。性能均得到廣泛提高，這必將推動防腐涂料產(chǎn)業(yè)的新一輪革命。然而目前仍面臨著一些關(guān)鍵的技術(shù)問題，如：如何大規(guī)模低成本的制備高質(zhì)量的石墨烯產(chǎn)品；對石墨烯功能改性方法的創(chuàng)新；研究石墨烯在聚合物中的作用機(jī)理，為其在防腐涂料領(lǐng)域應(yīng)用提供理論支撐伴隨著石墨烯防腐涂料的應(yīng)用發(fā)展。我們堅信未來在石墨烯功能性防腐涂料發(fā)展中出現(xiàn)的這些問題會逐漸解決，在功能性防腐涂料行業(yè)的升級發(fā)展過程中，石墨烯將發(fā)揮重要作用。

五、夢能科技

夢能科技是一家致力于涂料的銷售、方案設(shè)計、涂裝施工為一體的科技公司，夢能科技專長于EMI行業(yè)、工業(yè)裝備制造、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、石油石化、特種氣體行業(yè)、火電、風(fēng)電、水電能源行業(yè)等重防腐領(lǐng)域。夢能科技為廣大用戶提供全方位的服務(wù)，包括在設(shè)計階段向您推薦合理的油漆配套方案，在合作當(dāng)中提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和高水平的施工服務(wù)以及完善的現(xiàn)場施工技術(shù)指導(dǎo)與優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。