石墨烯在防腐塗料中的應用

石墨烯在防腐塗料中的應用

　腐蝕一直是製約各國經濟發展的重大問題之一，全球每年有2.5萬(wan) 億(yi) 美元左右的直接經濟損失是因腐蝕造成的，應用防腐塗料是解決(jue) 腐蝕問題的主要方式之一。



　　防腐塗料的概念及市場規模



　　防腐塗料是指由底漆、中漆和麵漆組成的具有防腐蝕功能的塗料，依據塗料應用領域的不同，可以分為(wei) 常規防腐塗料和重防腐塗料。常規防腐塗料是在一般條件下，對金屬等起到防腐蝕的作用，保護有色金屬使用的壽命；重防腐塗料是指相對常規防腐塗料而言，能在相對苛刻腐蝕環境中應用，並具有能達到比常規防腐塗料更長保護期的一類防腐塗料。



　　我國防腐塗料的市場規模已經僅(jin) 次於(yu) 建築塗料，年均增速超過20%，其中重防腐塗料的市場發展空間巨大。2018年我國防腐塗料行業(ye) 市場規模1258.67億(yi) 元，同比2017年的1210.13億(yi) 元增長了4.01%，近幾年我國防腐塗料行業(ye) 市場規模情況如下圖所示：



　　2012-2018年中國防腐塗料行業(ye) 市場規模情況（單位：億(yi) 元）



　　資料來源：智研谘詢整理



　　石墨烯防腐機理



　　1特性優(you) 勢



　　單石墨烯層強度高、韌性好、比表麵積大，具有超疏水性和超親(qin) 油性，化學和熱穩定性好。



　　2結構優(you) 勢



　　石墨烯的片層結構層層疊加、交錯排列，在塗層中可形成複雜的網絡屏蔽結構，能夠有效抑製腐蝕介質的浸潤、滲透和擴散，提高塗層的物理阻隔性；



　　由於(yu) 其超薄的片層厚度，石墨烯可以填充到塗層的缺陷當中，減少塗層孔隙率，增強塗層致密性，進一步延緩或阻止腐蝕因子浸入到基體(ti) 表麵。



　　石墨烯層與(yu) 層之間有良好的潤滑作用，石墨烯的片層結構可以將塗層分割成許多小區間，有效減小塗層內(nei) 部應力，提高塗層的柔韌性、耐衝(chong) 擊性和耐磨性。



　　石墨烯在防腐塗料中的應用



　　石墨烯改性防腐塗料作為(wei) 石墨烯材料的一個(ge) 應用領域，近年來迅速成為(wei) 國內(nei) 外防腐塗料的研究熱點。目前海虹、阿克蘇·諾貝爾、立邦等外資塗料公司已經紛紛開展石墨烯防腐塗料的研究與(yu) 應用，進行前期的技術儲(chu) 備。國內(nei) 以中科院寧波材料研究所為(wei) 代表的少數科研機構和塗料企業(ye) 均成功開發出石墨烯塗料，並已在海洋防腐和工業(ye) 防腐領域進行試驗塗裝。傳(chuan) 統塗料通過采用石墨烯材料改性後，其防腐性能不僅(jin) 會(hui) 大大提高，而且還能夠賦予塗料許多新的功能。



　　1石墨烯/環氧樹脂防腐塗料



　　環氧樹脂是以脂環族或芳香族為(wei) 主鏈並含有兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上環氧基團，通過環氧基與(yu) 固化劑反應形成的高分子低聚體(ti) 。環氧樹脂可與(yu) 不同種類的固化劑、稀釋劑、助劑等混合使用，得到了力學、熱學、機械、黏結和防腐性能優(you) 異的材料，因此被廣泛地應用。但其固化後強度、導電等性能較差，很難滿足工業(ye) 要求。加入石墨烯可以有效解決(jue) 這些問題，但石墨烯的成本高和分散性差，又阻礙了石墨烯/環氧樹脂防腐塗料行業(ye) 的發展進程。



　　2石墨烯/聚苯胺防腐塗料



　　聚苯胺在塗料中可起屏蔽作用、緩蝕作用和鈍化作用，可以作為(wei) 防腐塗料的成膜物質。聚苯胺塗料防腐性能優(you) 異，原因是聚苯胺可使金屬表麵鈍化。聚苯胺塗料本身已經具有很強的防腐性能，石墨烯的摻雜可使其抗腐蝕性能得到進一步提升。但聚苯胺易團聚，解決(jue) 其與(yu) 石墨烯的分散問題對於(yu) 塗料的性能提升最為(wei) 關(guan) 鍵。



　　3石墨烯/聚氨酯防腐塗料



　　聚氨酯塗料是多異氰酸酯和多元醇加聚反應形成的高聚物，與(yu) 基材附著力良好，是一種高強度、抗撕裂和耐磨的防腐塗料。聚氨酯具有耐化學腐蝕、機械性能好等特點，是應用較廣的一種材料，但其防腐塗料不耐高溫、不導電，已經不能滿足現代市場的需求。由於(yu) 石墨烯具有優(you) 異的光、電、力學性能，用其來改善聚氨酯塗料，可得到具有導電性的防腐塗料。