石墨烯是世上最薄的防腐蝕材料，可用于金屬防護，有“新材料之王”的美譽，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，石墨烯具有極為優秀的導電、導熱、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，成為涂料行業大力發展的綠色環保型涂料。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，改善水性涂料的防腐性已成為環保涂料發展中的重點。

    石墨烯具有的獨特性能，為改善水性涂料的致密性、阻隔性、機械性能以及防腐性能帶來新的改進途徑。近年來，石墨烯研究進展顯著，通過溶液或熔融共混、原位聚合等方法制備的溶劑型復合防腐涂料所展現出的效果亦被證實可行，這些為石墨烯水性復合防腐涂料的應用開發提供了研究依據，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，又克服了溶劑揮發對環境的污染。但是水性聚氨酯的熱穩定性、耐溶劑性及力學性能等較差，影響其應用范圍，因此為了提供水性聚氨酯的綜合性能，通常要對其進行交聯改性、環氧樹脂改性、有機硅改性以及無機納米材料改性等。

    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。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行復合，經考察，復合物的拉伸強度、玻璃化轉變溫度和熱穩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納米填料添加到水性聚氨酯防腐涂料中，結合鹽霧試驗、電化學阻抗表征手段，詳細考察了石墨烯的表面化學狀態、分散狀態以及用量等因素對水性聚氨酯復合涂層耐蝕性能的影響。結果表明，質量分數為0.2%的還原型氧化石墨烯對水性聚氨酯復合涂層的耐腐蝕性能具有最優異的增強效果。

    石墨烯水性環氧防腐涂料

    經過研發工作者們多年的努力，水性環氧涂料已經克服了耐水性/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氧涂料中開發出新型復合涂層。

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

    利用原位聚合-化學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/石墨烯復合材料，并采用機械共混法獲得聚苯胺/石墨烯-水性環氧樹脂復合防腐涂料。研究結果發現，與聚苯胺相比，摻雜了石墨烯的聚苯胺復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構；所制備的復合涂層表現出的抗滲性、耐蝕性和防腐性，均優于聚苯胺和純環氧樹脂的防護性能。

    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，具有安全環保、耐老化性優異、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。研究人員將石墨烯用于水性丙烯酸樹脂的防腐涂料中，通過配用相應的分散劑或偶聯劑，改善了石墨烯在涂料中的分散性，并進一步通過攪拌、砂磨、過濾等工藝，實現水性石墨烯涂料的制備。結果表明，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/水泥復合涂料，研究發現氧化石墨烯表面的含氧基團可有效調控水泥水化產物的生長，使復合涂層的抗滲透性、拉伸強度和斷裂伸長率等性能得到明顯提升，而且涂層對環境友好、無污染。

    石墨烯水性無機富鋅

    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（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富鋅涂料硅酸鹽液體體系中，結果表明不含石墨烯防腐助劑的涂膜板耐鹽霧試驗1500h后就開始出現點繡、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驗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。

    應用開發熱潮仍在持續升溫

    水性防腐涂料經石墨烯改性后，機械力學性能、化學穩定性及防腐性能等得到提升，國內已有不少相關研究工作和專利發表，發展勢頭較好。但是，石墨烯在水性涂料中的應用研究多數都是實驗室成果，研究尚處于起步階段，仍存在許多棘手的科學問題和技術難題，但石墨烯水性復合防腐涂料擁有廣闊的發展前景，其應用開發熱潮仍在持續升溫。

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責任編輯：王元

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