石墨烯是世上最薄的防腐蝕材料，可用于金屬防護，有關石墨烯在防腐領域的研究吸引了世界各國研究者的關注。大量的研究結果表明，石墨烯超大的比表面積、優(yōu)良的阻隔性、高的化學穩(wěn)定性及良好的導電性等性能，對于防腐涂料綜合性能具有較強的提升作用。

世界各國對防腐涂料的發(fā)展提出越來越多的要求，防腐涂料正向高性能化、功能化、綠色化的方向發(fā)展，特別是發(fā)展水性涂料已成為重防腐蝕涂料的重要發(fā)展方向。

因此，加快石墨烯在水性防腐涂料中的應用研究，開發(fā)低成本、高性能、綠色環(huán)保的新型石墨烯水性復合防腐涂料，對于加快水性涂料的轉型，推動環(huán)保型重防腐涂料的發(fā)展進程，具有深遠的戰(zhàn)略意義和廣闊的發(fā)展前景。

石墨烯本身具有的獨特結構性質，使其在物理防腐和電化學防腐方面都展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。石墨烯的片層結構層層疊加、交錯排列，在涂層中可形成“迷宮式”屏蔽結構，能夠有效抑制腐蝕介質的浸潤、滲透和擴散，提高涂層的物理阻隔性。同時，由于其小尺寸效應，石墨烯可以填充到涂層的缺陷當中，減少涂層孔隙率，增強涂層致密性，進一步延緩或阻止腐蝕因子浸入到基體表面。

石墨烯層與層之間有良好的潤滑作用，石墨烯的片層結構可以將涂層分割成許多小區(qū)間，能夠有效地降低涂層內部應力，消耗斷裂能量，進而提高涂層的柔韌性、抗沖擊性和耐磨性。另外，石墨烯的共軛結構使其具有很高的電子遷移率，表現(xiàn)出良好的導電性，同時，其片層結構亦能夠保證涂層間有較好的電化學接觸，形成導電網(wǎng)絡，提供更佳的電化學保護。

水性涂料因低污染、易凈化、無刺激等特點，成為涂料行業(yè)大力發(fā)展的綠色環(huán)保型涂料。

目前全國各地正加快進行油改水的進程，但水性涂料的防護效果仍比不上其對應的溶劑型涂料，導致其在重防腐領域中的應用程度仍然不高。

水性涂料存在一些技術性的問題：由于成膜機理的不同，與溶劑型涂料相比，水性防腐涂料難以形成組成高度均一、結構高度完整的高質量涂層，其成膜性、耐磨蝕性能不好；水性防腐涂料中殘留的水性基團使其對水、氧氣等腐蝕介質的屏蔽能力差；因水的表面張力大，水性涂層難以達到對顏填料的高度浸潤和分散，因此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。

2.1 石墨烯水性聚氨酯防腐涂料

水性聚氨酯（WPU）具有溶劑型聚氨酯的性能，又克服了溶劑揮發(fā)對環(huán)境的污染。但是它的熱穩(wěn)定性、耐溶劑性及力學性能等較差，影響其應用范圍，因此為了提供它的綜合性能，通常要對其進行交聯(lián)改性、環(huán)氧樹脂改性、有機硅改性以及無機納米材料（SiO2、TiO2、CNTs）改性等。

石墨烯作為新的高性能納米增強體，使聚氨酯的耐水性、熱性能、力學性能均有不同程度的提升。

2.2 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，逐步應用到溶劑型涂料所涉及的重防腐領域。為進一步提高其防腐性能，研究人員將石墨烯復合到水性環(huán)氧涂料中開發(fā)出新型復合涂層。

2.3 石墨烯水性丙烯酸防腐涂料

水性丙烯酸防腐涂料價格低廉，具有安全環(huán)保、耐老化性優(yōu)異、耐堿性佳、合成加工簡單等特點，但因親水性基團的殘留，其耐水性較差，易閃蝕。

2.4 石墨烯水性無機富鋅底漆

水性無機富鋅底漆是以硅酸鹽溶液為重要成膜物質，以高含量的鋅粉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。

國內外腐蝕防護工作者在石墨烯水性復合防腐涂料性能研究方面做了大量工作，石墨烯水性復合防腐涂料所展現(xiàn)出的效果，說明水性涂料經(jīng)石墨烯改性后，性能有所提高。然而，多數(shù)研究都是實驗室成果，研究內容碎片化，且研究重點集中在如何制備石墨烯復合防護涂層以及驗證石墨烯的防腐性能，忽略了對石墨烯選材、石墨烯水性復合涂料的配套體系的研究，特別是對石墨烯對水性涂層防腐性能間的構效關系以及石墨烯與涂層的分散、界面問題等認識不足。

來源：德科納米

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