石墨烯從2004年被發(fā)現(xiàn)到2010年進(jìn)入人們的視野，對(duì)納米二維石墨烯的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。石墨烯從石墨中剝離是二維晶體，結(jié)構(gòu)上碳原子之間除了以σ鍵相連形成六角環(huán)層結(jié)構(gòu)外垂直層面形成多原子相連的π鍵，類似于苯六元環(huán)的鍵非常穩(wěn)定，使石墨烯具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性 、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、良好的物理屏蔽性能和較大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，使其應(yīng)用到涂料中可起到長(zhǎng)效防腐的效果，進(jìn)一步提升涂層的防護(hù)作用。

工業(yè)漆中環(huán)氧類防腐涂料主要是由環(huán)氧樹脂，助劑，功能顏填料和溶劑等組成的A組分和環(huán)氧固化劑B組分組成。環(huán)氧樹脂類防腐涂料的機(jī)械性能良好，附著力、沖擊和柔韌性等都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并且耐溶劑、酸、堿、水的化學(xué)性質(zhì)優(yōu)異，所以環(huán)氧樹脂在防腐涂料中應(yīng)用較為廣泛。目前石墨烯涂料主要是在基材上形成石墨烯沉積膜實(shí)現(xiàn)屏蔽防銹，石墨烯的防腐機(jī)理的研究仍不夠全面，石墨烯在涂料中主要存在分散性問(wèn)題和石墨烯的導(dǎo)電性問(wèn)題，所以石墨烯涂料需要進(jìn)行進(jìn)一步研究?；诖?，本研究使用改性功能化石墨烯可以直接分散于涂料中形成穩(wěn)定的分散體，避免石墨烯分散困難和沉積的問(wèn)題，將其加至環(huán)氧樹脂中制備出不同石墨烯含量的改性涂層，系統(tǒng)研究石墨烯改性涂層的耐鹽水、耐鹽霧及電化學(xué)等性能。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 石墨烯改性環(huán)氧富鋅涂料制備

1.1.1 制備方法

（1）A組分：取二甲苯、正丁醇混合稀釋劑加入功能化石墨烯分散攪拌(800 r/min)10 min使其充分混合至完全分散，將樹脂加入分散罐內(nèi)，攪拌分散 (800 r/min)10 min使其完全溶解，加入助劑，攪拌 15 min 加入鋅粉和防銹填料，高轉(zhuǎn)速(1200 r/min)分散30 min后，加入其余填料(800 r/min)分散 15 min，檢驗(yàn)合格后過(guò)濾包裝。B組分：將固化劑按比例分裝。參考配方如表1所示。

表1 石墨烯環(huán)氧富鋅底漆參考配方表

（2）配漆A、B（成品直接分裝）組分按質(zhì)量比 10∶1 混合后，稀釋至施工黏度。

1.1.2 涂裝制板

性能測(cè)試制板分為基本物理性能測(cè)試和鹽霧性能測(cè)試，其中物理性能測(cè)試樣板用50×120mm馬口鐵板，樣板厚度0.2-0.3 mm，噴涂前按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行打磨，按GB/T 9271—2008《色漆和清漆標(biāo)準(zhǔn)試板》進(jìn)行打磨程度檢查和酒精清洗。然后依據(jù)GB/T 1727—2021《漆膜一般制備方法》進(jìn)行制備樣板涂層，測(cè)定涂層干膜厚度在（23±3）μm進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；鹽霧性能測(cè)試樣板使用低碳鋼噴砂鋼板，尺寸規(guī)格70㎜×150㎜厚度1㎜厚度，表面噴砂粗糙度在40-70μm，按照標(biāo)準(zhǔn)表面處理等級(jí)按GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理》規(guī)定的噴射清理等級(jí)達(dá)到Sa2.5級(jí)，測(cè)定干膜膜厚（90±10）μm，制備樣板養(yǎng)護(hù)10d后進(jìn)行性能測(cè)試。

二、結(jié)果與討論

2.1 石墨烯環(huán)氧富鋅底漆基本性能測(cè)試

根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 28699-2012《鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)涂裝通用技術(shù)條件》對(duì)其基本性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 石墨烯環(huán)氧富鋅底漆性能

由表2可知，石墨烯的添加石墨烯未對(duì)漆膜的耐沖擊性和附著力產(chǎn)生影響，并且漆膜的耐鹽霧性對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)有明顯的提高，由于石墨烯在涂料中均勻分散形成良好的屏蔽作用，有效地隔絕腐蝕介質(zhì)的進(jìn)入。

由圖1掃描電鏡照片中a和b可以看出，傳統(tǒng)富鋅底漆由于鋅粉含量高，涂裝在鋼板表面漆膜存在大量的針孔，對(duì)腐蝕介質(zhì)的屏蔽作用較差，主要依靠犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)起到防腐的效果；涂料中加入石墨烯后由于石墨烯的均勻分散，對(duì)漆膜中的孔隙進(jìn)行填補(bǔ)，對(duì)漆膜的屏蔽作用有良好的促進(jìn)作用，并且形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，減少涂層缺陷。

圖1  環(huán)氧富鋅底漆(a)和石墨烯改性環(huán)氧富鋅(b)的掃描電鏡照片

2.2 漆膜耐鹽水實(shí)驗(yàn)

在Q235鋼板表面涂裝涂料，漆膜厚度在30 μm左右，將涂裝表干后的試片封邊，放入質(zhì)量濃度為3.5%的鹽水中浸泡，定時(shí)觀察并記錄不同時(shí)間內(nèi)漆膜的情況。由圖2可以看出，鹽水浸泡1500h，漆膜未出現(xiàn)起泡和破裂，試片表面未被鹽水腐蝕，說(shuō)明石墨烯改性環(huán)氧防腐涂層具有較強(qiáng)的耐鹽水作用，可以有效地阻止鹽水的滲入，起到良好的防腐蝕作用。

圖2 石墨烯改性環(huán)氧防腐涂料鹽水浸泡720h、1008h和1500h表面腐蝕情況

2.3 石墨烯添加量對(duì)腐蝕速率的影響

功能化石墨烯可以有效地屏蔽腐蝕介質(zhì)減緩因腐蝕造成的轉(zhuǎn)化，保證了漆膜的耐腐蝕持久長(zhǎng)效性，通過(guò)增重法計(jì)算漆膜中性鹽霧試驗(yàn)800h后的腐蝕速率，對(duì)石墨烯添加量對(duì)漆膜的影響如圖3所示。石墨烯添加量在0.5%時(shí)漆膜的腐蝕速率明顯減低，當(dāng)添加量較少時(shí)，屏蔽作用較差，并不能分散完全形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)鋅粉消耗腐蝕速率增加；當(dāng)添加量較大時(shí)，由于石墨烯的團(tuán)聚作用，使得漆膜出現(xiàn)屏蔽缺陷，腐蝕速率會(huì)明顯增加，所以在添加量為0.5%時(shí)可起到良好的作用。

圖3 石墨烯添加量對(duì)漆膜腐蝕速率的影響

2.4 電化學(xué)性能測(cè)試

在不同石墨烯添加量的條件下對(duì)漆膜進(jìn)行塔菲爾試驗(yàn)，對(duì)腐蝕電流和腐蝕電位進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖4。

圖4 不同石墨烯添加量塔菲爾曲線

由圖4可見，在石墨烯添加量在0.5%時(shí)，漆膜的耐腐蝕能力最強(qiáng)，在添加量過(guò)高或過(guò)低的情況下腐蝕電位明顯負(fù)移，腐蝕電流增大，耐腐蝕能力減弱，可見在石墨烯添加量為0.5%時(shí)漆膜的耐腐蝕性最好，為最佳添加量。

2.5 漆膜附著力測(cè)試

粘結(jié)強(qiáng)度是涂層非常重要的力學(xué)性能，因?yàn)橥繉右坏┡c基體脫離，其他的保護(hù)機(jī)制都將失效。圖5為添加石墨烯和未添加石墨烯涂層拉拔實(shí)驗(yàn)后的表面形貌和粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比。

圖5 未添加石墨烯（a）和添加5%石墨烯（b）和附著力數(shù)值（c）對(duì)比圖

由圖5可知，添加和未添加環(huán)氧涂層鋁錠周圍沒(méi)有產(chǎn)生裂紋，未添加環(huán)氧富鋅粘結(jié)強(qiáng)度為10.9 MPa、添加5%石墨烯改性涂層的粘結(jié)強(qiáng)度為11.7 MPa，均高于10 MPa，表明涂層與基體的粘結(jié)性能優(yōu)異，添加石墨烯后進(jìn)一步提升了漆膜的粘結(jié)強(qiáng)度，提高了耐腐蝕能力，滿足與金屬基體粘結(jié)力大于5 MPa的技術(shù)要求。

2.6 與市售產(chǎn)品性能對(duì)比

由于長(zhǎng)效防腐涂料市場(chǎng)的發(fā)展，石墨烯在涂料技術(shù)中的應(yīng)用也逐漸廣泛，但產(chǎn)品質(zhì)量魚龍混雜。本實(shí)驗(yàn)對(duì)市售石墨烯涂料產(chǎn)品與本產(chǎn)品進(jìn)行性能對(duì)比，其中耐鹽霧2000小時(shí)后樣板漆膜的表觀進(jìn)行對(duì)比如圖6所示。其中本產(chǎn)品未劃線部分未出現(xiàn)起泡和腐蝕現(xiàn)象，漆膜良好，劃線部位出現(xiàn)微量腐蝕腐單向擴(kuò)蝕未超過(guò)2mm；市售產(chǎn)品未劃線部分完整性良好但漆膜部分出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，劃線部分出現(xiàn)了明顯的腐蝕擴(kuò)蝕，說(shuō)明本產(chǎn)品比市售產(chǎn)品的耐腐蝕性好，更有長(zhǎng)效保護(hù)的效果。表3為物理與化學(xué)性能對(duì)比，結(jié)果表明本產(chǎn)品的附著力、耐鹽水和耐鹽霧效果均優(yōu)于市售產(chǎn)品。

圖6 本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品（a）與市售產(chǎn)品（b）耐鹽霧2000h對(duì)比圖

表3 本產(chǎn)品與市售產(chǎn)品性能對(duì)比

三、結(jié)語(yǔ)

本研究的石墨烯環(huán)氧防腐底漆可直接分散在環(huán)氧漆體系中，具有良好的耐腐蝕作用，可以達(dá)到5000h的長(zhǎng)效防腐，添加0.5%石墨烯能明顯增強(qiáng)涂層的腐蝕穩(wěn)定性，但1%石墨烯的改善作用下降，這主要與其在涂層中的團(tuán)聚行為有關(guān)；石墨烯的添加不影響漆膜的附著力，并進(jìn)一步提高了漆膜的附著力；石墨烯防腐涂料各項(xiàng)制備均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本研究將石墨烯環(huán)氧防腐底漆與市售石墨烯涂料進(jìn)行對(duì)比，本產(chǎn)品的耐鹽霧、附著力和耐鹽水性能優(yōu)于市售產(chǎn)品；由于國(guó)家政策對(duì)新型材料發(fā)展的引導(dǎo)，推動(dòng)了石墨烯在防腐領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，但研究仍存在不足，對(duì)于本產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性仍需提高，長(zhǎng)效防腐機(jī)理研究仍需進(jìn)一步進(jìn)行。

四、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購(gòu)買通道

零售：購(gòu)買50kg以內(nèi)，線上購(gòu)買，抖店直接下單購(gòu)買。

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業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)院：提供防腐方案設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。

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