石墨烯水性防腐涂料技术要点

石墨烯是世上最薄的防腐蚀材料，可用于金属防护，有关石墨烯在防腐领域的研究吸引了世界各国研究者的关注。大量的研究结果表明，石墨烯超大的比表面积、优良的阻隔性、高的化学稳定性及良好的导电性等性能，对于防腐涂料综合性能具有较强的提升作用。

世界各国对防腐涂料的发展提出越来越多的要求，防腐涂料正向高性能化、功能化、绿色化的方向发展，特别是发展水性涂料已成为重防腐蚀涂料的重要发展方向。

因此，加快石墨烯在水性防腐涂料中的应用研究，开发低成本、高性能、绿色环保的新型石墨烯水性复合防腐涂料，对于加快水性涂料的转型，推动环保型重防腐涂料的发展进程，具有深远的战略意义和广阔的发展前景。

石墨烯本身具有的独特结构性质，使其在物理防腐和电化学防腐方面都展现出一定的优势。石墨烯的片层结构层层叠加、交错排列，在涂层中可形成“迷宫式”屏蔽结构，能够有效抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散，提高涂层的物理阻隔性。同时，由于其小尺寸效应，石墨烯可以填充到涂层的缺陷当中，减少涂层孔隙率，增强涂层致密性，进一步延缓或阻止腐蚀因子浸入到基体表面。

石墨烯层与层之间有良好的润滑作用，石墨烯的片层结构可以将涂层分割成许多小区间，能够有效地降低涂层内部应力，消耗断裂能量，进而提高涂层的柔韧性、抗冲击性和耐磨性。另外，石墨烯的共轭结构使其具有很高的电子迁移率，表现出良好的导电性，同时，其片层结构亦能够保证涂层间有较好的电化学接触，形成导电网络，提供更佳的电化学保护。

水性涂料因低污染、易净化、无刺激等特点，成为涂料行业大力发展的绿色环保型涂料。

目前全国各地正加快进行油改水的进程，但水性涂料的防护效果仍比不上其对应的溶剂型涂料，导致其在重防腐领域中的应用程度仍然不高。

水性涂料存在一些技术性的问题：由于成膜机理的不同，与溶剂型涂料相比，水性防腐涂料难以形成组成高度均一、结构高度完整的高质量涂层，其成膜性、耐磨蚀性能不好；水性防腐涂料中残留的水性基团使其对水、氧气等腐蚀介质的屏蔽能力差；因水的表面张力大，水性涂层难以达到对颜填料的高度浸润和分散，因此改善水性涂料的防腐性已成为环保涂料发展中的重点。

2.1 石墨烯水性聚氨酯防腐涂料

水性聚氨酯（WPU）具有溶剂型聚氨酯的性能，又克服了溶剂挥发对环境的污染。但是它的热稳定性、耐溶剂性及力学性能等较差，影响其应用范围，因此为了提供它的综合性能，通常要对其进行交联改性、环氧树脂改性、有机硅改性以及无机纳米材料（SiO2、TiO2、CNTs）改性等。

石墨烯作为新的高性能纳米增强体，使聚氨酯的耐水性、热性能、力学性能均有不同程度的提升。

2.2 石墨烯水性环氧防腐涂料

经过研发工作者们多年的努力，水性环氧涂料已经克服了耐水性/耐蚀性差的缺点，逐步应用到溶剂型涂料所涉及的重防腐领域。为进一步提高其防腐性能，研究人员将石墨烯复合到水性环氧涂料中开发出新型复合涂层。

2.3 石墨烯水性丙烯酸防腐涂料

水性丙烯酸防腐涂料价格低廉，具有安全环保、耐老化性优异、耐碱性佳、合成加工简单等特点，但因亲水性基团的残留，其耐水性较差，易闪蚀。

2.4 石墨烯水性无机富锌底漆

水性无机富锌底漆是以硅酸盐溶液为重要成膜物质，以高含量的锌粉等为防腐颜料的水性重防腐底漆。由于富锌含量高，锌粉在空气中易发白，减少了涂层的附着力，涂层在使用过程中易起泡和干裂，防腐性能降低。

国内外腐蚀防护工作者在石墨烯水性复合防腐涂料性能研究方面做了大量工作，石墨烯水性复合防腐涂料所展现出的效果，说明水性涂料经石墨烯改性后，性能有所提高。然而，多数研究都是实验室成果，研究内容碎片化，且研究重点集中在如何制备石墨烯复合防护涂层以及验证石墨烯的防腐性能，忽略了对石墨烯选材、石墨烯水性复合涂料的配套体系的研究，特别是对石墨烯对水性涂层防腐性能间的构效关系以及石墨烯与涂层的分散、界面问题等认识不足。

来源：德科纳米

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