石墨烯是世上最薄的防腐蝕材料，可用于金屬防護(hù)，有“新材料之王”的美譽(yù)，有關(guān)石墨烯在防腐領(lǐng)域的研究吸引了世界各國(guó)研究者的關(guān)注。大量的研究結(jié)果表明，石墨烯具有極為優(yōu)秀的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超輕薄、超大比表面積等特性，讓其成為改善防腐涂料性能、降低防腐涂料成本的天然功能性材料。

    水性涂料因低污染、易凈化、無刺激等特點(diǎn)，成為涂料行業(yè)大力發(fā)展的綠色環(huán)保型涂料。目前全國(guó)各地正加快進(jìn)行油改水的進(jìn)程，但水性涂料的防護(hù)效果仍比不上其對(duì)應(yīng)的溶劑型涂料，導(dǎo)致其在重防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用程度仍然不高，改善水性涂料的防腐性已成為環(huán)保涂料發(fā)展中的重點(diǎn)。

    石墨烯具有的獨(dú)特性能，為改善水性涂料的致密性、阻隔性、機(jī)械性能以及防腐性能帶來新的改進(jìn)途徑。近年來，石墨烯研究進(jìn)展顯著，通過溶液或熔融共混、原位聚合等方法制備的溶劑型復(fù)合防腐涂料所展現(xiàn)出的效果亦被證實(shí)可行，這些為石墨烯水性復(fù)合防腐涂料的應(yīng)用開發(fā)提供了研究依據(jù)，并帶來了新的可能。

    石墨烯水性聚氨酯防腐涂料

    水性聚氨酯具有溶劑型聚氨酯的性能，又克服了溶劑揮發(fā)對(duì)環(huán)境的污染。但是水性聚氨酯的熱穩(wěn)定性、耐溶劑性及力學(xué)性能等較差，影響其應(yīng)用范圍，因此為了提供水性聚氨酯的綜合性能，通常要對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性、環(huán)氧樹脂改性、有機(jī)硅改性以及無機(jī)納米材料改性等。

    石墨烯作為新的高性能納米增強(qiáng)體，使聚氨酯的耐水性、熱性能、力學(xué)性能均有不同程度的提升。研究人員利用共混法將異氰酸烯丙酯改性后的氧化石墨烯與水性聚氨酯進(jìn)行復(fù)合，經(jīng)考察，復(fù)合物的拉伸強(qiáng)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱穩(wěn)定性能都有顯著提高。

    將氧化石墨烯、還原型氧化石墨烯以及功能化的石墨烯衍生物作為無機(jī)納米填料添加到水性聚氨酯防腐涂料中，結(jié)合鹽霧試驗(yàn)、電化學(xué)阻抗表征手段，詳細(xì)考察了石墨烯的表面化學(xué)狀態(tài)、分散狀態(tài)以及用量等因素對(duì)水性聚氨酯復(fù)合涂層耐蝕性能的影響。結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的還原型氧化石墨烯對(duì)水性聚氨酯復(fù)合涂層的耐腐蝕性能具有最優(yōu)異的增強(qiáng)效果。

    石墨烯水性環(huán)氧防腐涂料

    經(jīng)過研發(fā)工作者們多年的努力，水性環(huán)氧涂料已經(jīng)克服了耐水性/耐蝕性差的缺點(diǎn)，逐步應(yīng)用到溶劑型涂料所涉及的重防腐領(lǐng)域。為進(jìn)一步提高其防腐性能，研究人員將石墨烯復(fù)合到水性環(huán)氧涂料中開發(fā)出新型復(fù)合涂層。

    研究人員用聚丙烯酸鈉將石墨烯漿料均勻穩(wěn)定地分散到水溶液中，再經(jīng)物理混合得到石墨烯水性環(huán)氧樹脂涂層，通過極化曲線、交流阻抗譜和中性鹽霧試驗(yàn)探討了涂層的耐蝕性能。結(jié)果表明添加石墨烯后，復(fù)合涂層表現(xiàn)出較好的隔水性能，水分子在涂層中的擴(kuò)散速率明顯減緩；同時(shí)，涂層的防腐效果明顯提高，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，添加了石墨烯的復(fù)合涂層的自腐蝕電流密度明顯減小，涂層電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻增大。

    利用原位聚合-化學(xué)還原法將苯胺插層聚合到石墨烯的表面和片層間，制備出聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料，并采用機(jī)械共混法獲得聚苯胺/石墨烯-水性環(huán)氧樹脂復(fù)合防腐涂料。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與聚苯胺相比，摻雜了石墨烯的聚苯胺復(fù)合材料具有更高的比表面積，且保持了石墨烯原有的片層狀結(jié)構(gòu)；所制備的復(fù)合涂層表現(xiàn)出的抗?jié)B性、耐蝕性和防腐性，均優(yōu)于聚苯胺和純環(huán)氧樹脂的防護(hù)性能。

    石墨烯水性丙烯酸防腐涂料

    水性丙烯酸防腐涂料價(jià)格低廉，具有安全環(huán)保、耐老化性優(yōu)異、耐堿性佳、合成加工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但因親水性基團(tuán)的殘留，其耐水性較差，易閃蝕。研究人員將石墨烯用于水性丙烯酸樹脂的防腐涂料中，通過配用相應(yīng)的分散劑或偶聯(lián)劑，改善了石墨烯在涂料中的分散性，并進(jìn)一步通過攪拌、砂磨、過濾等工藝，實(shí)現(xiàn)水性石墨烯涂料的制備。結(jié)果表明，水性石墨烯涂料具有突出的耐水性和耐鹽霧性，其防腐效果明顯優(yōu)于其他碳系材料填充的水性涂料。

    利用溶液共混法制備氧化石墨烯/丙烯酸酯/水泥復(fù)合涂料，研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯表面的含氧基團(tuán)可有效調(diào)控水泥水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)，使復(fù)合涂層的抗?jié)B透性、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等性能得到明顯提升，而且涂層對(duì)環(huán)境友好、無污染。

    石墨烯水性無機(jī)富鋅

    水性無機(jī)富鋅底漆是以硅酸鹽溶液為重要成膜物質(zhì)，以高含量的鋅粉（為提高涂膜性能，可適量摻混些片狀鋁粉、絹云母粉、磷鐵粉、磷鐵鋅硅粉等）等為防腐顏料的水性重防腐底漆。由于富鋅含量高，鋅粉在空氣中易發(fā)白，減少了涂層的附著力，涂層在使用過程中易起泡和干裂，防腐性能降低。

    研究人員將石墨烯作為防腐助劑加入到水性無機(jī)富鋅涂料硅酸鹽液體體系中，結(jié)果表明不含石墨烯防腐助劑的涂膜板耐鹽霧試驗(yàn)1500h后就開始出現(xiàn)點(diǎn)繡、氣泡等異常變化，而含有微量石墨烯防腐助劑的涂膜板耐鹽霧實(shí)驗(yàn)2000h后仍無任何變化，表明添加石墨烯提高了涂膜的耐鹽霧性能。

    應(yīng)用開發(fā)熱潮仍在持續(xù)升溫

    水性防腐涂料經(jīng)石墨烯改性后，機(jī)械力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性及防腐性能等得到提升，國(guó)內(nèi)已有不少相關(guān)研究工作和專利發(fā)表，發(fā)展勢(shì)頭較好。但是，石墨烯在水性涂料中的應(yīng)用研究多數(shù)都是實(shí)驗(yàn)室成果，研究尚處于起步階段，仍存在許多棘手的科學(xué)問題和技術(shù)難題，但石墨烯水性復(fù)合防腐涂料擁有廣闊的發(fā)展前景，其應(yīng)用開發(fā)熱潮仍在持續(xù)升溫。

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