海洋腐蝕對社會經(jīng)濟(jì)、資源利用與環(huán)境保護(hù)構(gòu)成多維度的深遠(yuǎn)影響。在社會經(jīng)濟(jì)方面，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國年度腐蝕相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失規(guī)模已達(dá)2萬億元人民幣，其中海洋腐蝕占比逾三成。海洋工程設(shè)施如跨海大橋、海上風(fēng)電等的鋼管樁在浪花飛濺區(qū)腐蝕情況最為嚴(yán)重，維修和更換這些受腐蝕的部件需要高昂的費用。在資源利用方面，全世界每年生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)品，大約有十分之一因腐蝕而報廢。在海洋環(huán)境中，金屬結(jié)構(gòu)腐蝕速度更快，例如在海水全浸區(qū)，低碳鋼平均腐蝕深度可達(dá) 0.11 mm/年，這使得大量的金屬資源被消耗在維修和更換受腐蝕的海洋工程結(jié)構(gòu)上。在環(huán)境保護(hù)方面，當(dāng)海洋工程設(shè)施因腐蝕發(fā)生泄漏等事故時，會對周邊海域造成污染。如海上石油平臺因腐蝕導(dǎo)致的原油泄漏，會污染大片海域，危害海洋生物的生存，破壞海灘和沿海生態(tài)系統(tǒng)，影響沿海地區(qū)的旅游業(yè)和漁業(yè)發(fā)展。中國工程院院士侯保榮作為海洋腐蝕防護(hù)領(lǐng)域開拓者，曾形象地將海洋比作一只頑劣而執(zhí)拗的“老虎”。

石墨烯重防腐涂料是針對高濕熱、高鹽霧、高紫外等嚴(yán)苛海洋環(huán)境下防護(hù)需求而開發(fā)的涂料。其中的石墨烯就像給金屬穿上了納米級防彈衣，憑借獨特的二維平面結(jié)構(gòu)（圖2），在涂層中層層疊加，如同無數(shù)緊密排列的 “納米盾牌”，將海水、氧氣、氯離子等腐蝕性介質(zhì)的進(jìn)攻牢牢阻擋在外。相關(guān)研究表明，在普通海洋防腐涂料中添加適量石墨烯后，其涂層電阻可從原本的10⁷ Ω cm²提升至10⁹ Ω cm²以上，顯著延長金屬基材服役周期。該材料體系依托石墨烯的本征化學(xué)惰性，與鋅粉、環(huán)氧樹脂等組分形成界面耦合增強機(jī)制，強化涂層的防腐性能。工程應(yīng)用層面，其典型配套體系包含富鋅底漆（陰極保護(hù)）、云鐵環(huán)氧中間漆（屏蔽防護(hù)）及聚脲面漆（耐候屏障），可廣泛用于海洋工程、鋼結(jié)構(gòu)橋梁等領(lǐng)域的大型鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)，展現(xiàn)出環(huán)境適應(yīng)性、長效防腐性與施工便捷性的綜合優(yōu)勢。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)楊卓鴻教授團(tuán)隊是海洋防腐涂料領(lǐng)域的研究專家，課題組針對傳統(tǒng)防護(hù)技術(shù)難以滿足海工裝備長效防護(hù)需求這一關(guān)鍵痛點，創(chuàng)新性開展石墨烯/環(huán)氧乙烯基復(fù)合涂層體系研究（圖3），并取得了階段性成果。目前，課題組已經(jīng)成功制備出系列具有不同功能特性的海洋防腐涂料。在制備過程中，以環(huán)氧樹脂為基底，運用多種生物質(zhì)原料，通過分子設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對環(huán)氧乙烯基酯樹脂進(jìn)行化學(xué)改性，賦予其增韌或自修復(fù)性能。同時對氧化石墨烯進(jìn)行化學(xué)改性，例如硅烷偶聯(lián)劑水解、無機(jī)粒子表面原位聚合、擴(kuò)鏈劑介導(dǎo)的無機(jī)-有機(jī)“橋接”等方法，顯著提升了納米填料在樹脂基體中的分散穩(wěn)定性。功能化納米粒子通過物理屏蔽效應(yīng)、交聯(lián)密度調(diào)控和疏水性等多重機(jī)制，大幅提升復(fù)合涂層的長效耐腐蝕性能。

圖3 石墨烯/環(huán)氧乙烯基復(fù)合涂層體系研究

在實驗室技術(shù)層面，課題組取得了多項突破。在性能優(yōu)化上，通過建立組分-性能構(gòu)效關(guān)系模型，使涂層在機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性和電化學(xué)防腐性能等方面表現(xiàn)優(yōu)異。例如結(jié)合生物基桐油酸長碳鏈結(jié)構(gòu)韌性好的特點，將其與環(huán)氧樹脂剛性苯環(huán)相結(jié)合，得到的增韌乙烯基酯涂層拉伸強度提升至72.3MPa，斷裂伸長率達(dá)15.87%。在微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控方面，基于硅烷偶聯(lián)劑水解、無機(jī)粒子表面原位聚合、擴(kuò)鏈劑介導(dǎo)無機(jī)-有機(jī)“橋接”等方法對納米填料進(jìn)行化學(xué)改性，通過分子間氫鍵與共價鍵協(xié)同作用機(jī)制，顯著提升納米填料在樹脂基體中分散穩(wěn)定性。在功能賦予上，為涂層引入了緩蝕、自愈合、超疏水等多重功能。團(tuán)隊開發(fā)"被動緩蝕-主動修復(fù)"雙重防護(hù)體系（圖4）：基于單寧酸/GO復(fù)合涂層的光熱響應(yīng)型自修復(fù)系統(tǒng)，在5分鐘NIR輻照下可實現(xiàn)92%愈合效率。采用仿生荷葉效應(yīng)構(gòu)建的超疏水涂層（圖5），其靜態(tài)水接觸角達(dá)155.9°，滾動角為1.9°。經(jīng)過80天的電化學(xué)阻抗試驗，其涂層電阻仍高達(dá)3.62×10¹⁰ ? cm^-2。這些突破性成果為發(fā)展智能響應(yīng)型海洋防腐涂層提供了創(chuàng)新范式。

 圖4 單寧酸改性氧化石墨烯防腐復(fù)合材料

圖5 基于GO-SiO₂的超疏水防腐涂層

在產(chǎn)學(xué)研合作方面，研究團(tuán)隊與廣東美亨新材料科技有限公司構(gòu)建了"學(xué)研創(chuàng)新-產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化"雙輪驅(qū)動體系，雙方優(yōu)勢互補，聚焦海洋重防腐涂料研發(fā)（圖6）。課題組依托重點實驗室，在天然防腐油漆改性、環(huán)氧乙烯基酯樹脂合成等領(lǐng)域積累 20 余項專利及系列成果；美亨公司作為高新技術(shù)企業(yè)，擁有先進(jìn)生產(chǎn)線、千平米轉(zhuǎn)化室及 2000 萬元研發(fā)設(shè)備，在不飽和樹脂合成及產(chǎn)業(yè)化方面經(jīng)驗豐富。雙方圍繞 “石墨烯改性環(huán)氧乙烯基酯樹脂海洋防腐涂料” 這一核心方向，構(gòu)建了 “基礎(chǔ)研究 — 中試放大 — 產(chǎn)業(yè)化推廣” 的全鏈條協(xié)作機(jī)制。在技術(shù)攻關(guān)階段，課題組負(fù)責(zé)天然生物基材料對樹脂分子設(shè)計，以及對氧化石墨烯的化學(xué)改性，解決石墨烯材料分散穩(wěn)定性差，傳統(tǒng)防腐樹脂涂層破損后防腐性能下降等問題。美亨公司則利用其萬噸級不飽和樹脂生產(chǎn)線，對改性樹脂進(jìn)行中試工藝優(yōu)化，雙方多次對自主研發(fā)產(chǎn)品開展耐鹽霧試驗、電化學(xué)阻抗等測試，確保涂層在3.5% NaCl溶液中浸泡 100 后天，阻抗模值穩(wěn)定在10? Ω cm² 以上。經(jīng)第三方檢測，產(chǎn)品關(guān)鍵性能指標(biāo)如鉛筆硬度（≥5H）、耐甲乙酮擦拭次數(shù)（≥250 次）均滿足使用需求，成功應(yīng)用于海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)防腐示范工程。該合作不僅破解了海洋重防腐涂料依賴進(jìn)口的 “卡脖子” 問題，更構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的典范模式，累計培養(yǎng)碩士/博士12名，輸出兼具科研素養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)視野的復(fù)合型人才，為我國海洋工程裝備防護(hù)技術(shù)自主化提供了可持續(xù)的人才與技術(shù)儲備，助力“海洋強國” 戰(zhàn)略在材料領(lǐng)域的落地實施。

 圖6研究團(tuán)隊與廣東美亨新材料科技有限公司產(chǎn)學(xué)研合作

在未來，石墨烯改性環(huán)氧乙烯基樹脂海洋防腐涂料的未來發(fā)展仍面臨多重挑戰(zhàn)。在復(fù)雜海洋環(huán)境中，極端條件對涂層的長期穩(wěn)定性形成嚴(yán)峻考驗，需要解決納米材料分散、界面結(jié)合及抗多重腐蝕介質(zhì)等關(guān)鍵技術(shù)問題。隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，行業(yè)向生物基原料、水性體系和無鉻化方向的轉(zhuǎn)型需求迫切，如何在環(huán)保升級中保持防護(hù)性能成為重要課題。技術(shù)研發(fā)將重點探索新型復(fù)合材料體系，構(gòu)建物理阻隔與電化學(xué)保護(hù)協(xié)同機(jī)制，開發(fā)具備自修復(fù)和超疏水等智能特性的多功能涂層，同時通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升樹脂性能與成本效益。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程需加強產(chǎn)學(xué)研深度融合，建立覆蓋基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的全鏈條轉(zhuǎn)化體系，制定符合我國海域特點的性能評估標(biāo)準(zhǔn)，推動國產(chǎn)涂料在深海工程中的規(guī)模化應(yīng)用，全面提升海洋工程材料的自主創(chuàng)新能力和國際競爭力。