石墨烯在水性復合防腐涂(tu)料中的應(ying)用

? ? ? ?水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)因(yin)(yin)(yin)其(qi)環保(bao)優勢成(cheng)(cheng)(cheng)為涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)行業大力發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)綠(lv)色(se)環保(bao)型產業。但(dan)因(yin)(yin)(yin)其(qi)水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)防(fang)護效果(guo)仍(reng)比不上其(qi)對(dui)(dui)(dui)應(ying)的(de)(de)(de)(de)溶劑(ji)型涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)，導致(zhi)其(qi)在(zai)重(zhong)(zhong)防(fang)腐(fu)(fu)領域(yu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用程度仍(reng)然(ran)不高(gao)。水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)存在(zai)一些技術(shu)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)問題(ti)，具體有：1 、由于成(cheng)(cheng)(cheng)膜機理的(de)(de)(de)(de)不同，與(yu)溶劑(ji)型涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)相比，水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)防(fang)腐(fu)(fu)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)難(nan)以(yi)形成(cheng)(cheng)(cheng)組成(cheng)(cheng)(cheng)高(gao)度均一、結構高(gao)度完整的(de)(de)(de)(de)高(gao)質(zhi)量涂(tu)(tu)(tu)層，其(qi)成(cheng)(cheng)(cheng)膜性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、耐(nai)磨(mo)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)不好；2、水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)防(fang)腐(fu)(fu)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)殘留(liu)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)基團使其(qi)對(dui)(dui)(dui)水(shui)(shui)、氧氣(qi)等(deng)腐(fu)(fu)蝕介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)屏蔽能(neng)力差；3、因(yin)(yin)(yin)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面張力大，水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)層難(nan)以(yi)達到(dao)對(dui)(dui)(dui)顏填(tian)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)高(gao)度浸潤和分散，因(yin)(yin)(yin)此改善水(shui)(shui)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)防(fang)腐(fu)(fu)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)已(yi)成(cheng)(cheng)(cheng)為環保(bao)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)(liao)(liao)發(fa)展(zhan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)點。

? ? ? 石墨(mo)烯(xi)具有的(de)(de)獨特(te)性(xing)(xing)(xing)能(neng)，為改善(shan)水性(xing)(xing)(xing)涂(tu)料(liao)的(de)(de)致密性(xing)(xing)(xing)、阻隔性(xing)(xing)(xing)、機械性(xing)(xing)(xing)能(neng)以及防(fang)腐性(xing)(xing)(xing)能(neng)帶來新的(de)(de)改進(jin)(jin)途徑。近年來，石墨(mo)烯(xi)的(de)(de)制備(bei)(bei)、功(gong)能(neng)化改性(xing)(xing)(xing)以及石墨(mo)烯(xi)聚合物納(na)米(mi)復(fu)(fu)合材料(liao)的(de)(de)研究(jiu)進(jin)(jin)展快(kuai)速(su)，通過溶液或熔融(rong)共混、原(yuan)位聚合等方法制備(bei)(bei)的(de)(de)溶劑型復(fu)(fu)合防(fang)腐涂(tu)料(liao)所展現出的(de)(de)效(xiao)果亦被證實可行，這(zhe)些為石墨(mo)烯(xi)水性(xing)(xing)(xing)復(fu)(fu)合防(fang)腐涂(tu)料(liao)的(de)(de)應用(yong)開發提(ti)供了研究(jiu)依據。

? ? ? ?一、石墨(mo)烯(xi)水性聚氨(an)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較差，影響其應用范圍。因此為了提供水(shui)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（SiO2、TiO2、CNTs）改性等。石墨烯作為新的高性能納米增強材料，能使水性聚氨酯的耐水性、耐熱性能、力學性能均有不同程度的提升。。

? ? ? ? 二、?石墨烯水(shui)性環(huan)氧防腐涂料。

? ? ? ? 經過(guo)研(yan)發工作者(zhe)們(men)多年的努(nu)力，水(shui)(shui)性(xing)環氧(yang)涂(tu)(tu)料已經克服了耐(nai)水(shui)(shui)性(xing)、耐(nai)腐蝕性(xing)差的缺點，逐步取代(dai)溶劑型涂(tu)(tu)料所應(ying)用涉及的重防(fang)腐領域。為進(jin)一步提高其(qi)防(fang)腐性(xing)能，研(yan)究(jiu)人員將(jiang)石墨(mo)烯復(fu)合(he)到水(shui)(shui)性(xing)環氧(yang)涂(tu)(tu)料中開發出新型復(fu)合(he)涂(tu)(tu)層。研(yan)究(jiu)結(jie)果表(biao)明(ming)水性環(huan)氧涂(tu)(tu)料復(fu)(fu)合(he)(he)添加石(shi)墨烯后，復(fu)(fu)合(he)(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)表(biao)現出(chu)較好的(de)(de)隔水性能，水分子在涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)中的(de)(de)擴散速(su)率明(ming)顯減緩；同時(shi)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)防腐效果明(ming)顯提(ti)高(gao)，電化(hua)學測試結(jie)果顯示，添加了石(shi)墨烯的(de)(de)復(fu)(fu)合(he)(he)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)自腐蝕電流密度明(ming)顯減小(xiao)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)電阻和電荷轉移電阻增大(da)。

? ? ? ?研(yan)究(jiu)工作者利用原位聚合(he)(he)(he)-化(hua)學還原法將苯胺插層(ceng)聚合(he)(he)(he)到石(shi)墨烯(xi)的(de)(de)(de)表面(mian)和片(pian)層(ceng)間，制(zhi)備出(chu)(chu)聚苯胺/石(shi)墨烯(xi)復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)，并采用機械共混法獲(huo)得聚苯胺/石(shi)墨烯(xi)-水性(xing)環氧樹脂復(fu)合(he)(he)(he)防腐(fu)涂(tu)料(liao)。研(yan)究(jiu)結(jie)果發現，與(yu)聚苯胺相(xiang)比(bi)，摻雜(za)了石(shi)墨烯(xi)的(de)(de)(de)聚苯胺復(fu)合(he)(he)(he)材(cai)料(liao)具有更高的(de)(de)(de)比(bi)表面(mian)積，且保持(chi)了石(shi)墨烯(xi)原有的(de)(de)(de)片(pian)層(ceng)狀(zhuang)結(jie)構；所(suo)制(zhi)備的(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)(he)涂(tu)層(ceng)表現出(chu)(chu)的(de)(de)(de)抗滲性(xing)、耐蝕(shi)性(xing)和防腐(fu)性(xing)，均優于聚苯胺和純環氧樹脂的(de)(de)(de)防護性(xing)能(neng)。

? ? ? ?為使石墨烯(xi)復合涂(tu)料的分散性和(he)穩(wen)定(ding)性更好，研究工作者(zhe)也做(zuo)了大(da)量(liang)的基礎性對比工作。

三(san)、石墨(mo)烯(xi)(xi)水性(xing)丙烯(xi)(xi)酸防腐涂料(liao)。

? ? ? 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（也有做為附著力促進劑使用），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。研究者還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GO 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。

四、石墨烯水性無機富(fu)鋅底漆。

? ? ? 水(shui)性(xing)(xing)無(wu)(wu)機富(fu)鋅(xin)底(di)漆(qi)是以硅酸鹽(yan)溶液為重要成膜(mo)物質，以高含(han)量(liang)(liang)的(de)鋅(xin)粉(fen)(fen)（為提(ti)高涂(tu)膜(mo)性(xing)(xing)能，可適(shi)量(liang)(liang)摻混些片狀鋁粉(fen)(fen)、絹云(yun)母粉(fen)(fen)、磷鐵(tie)粉(fen)(fen)、磷鐵(tie)鋅(xin)硅粉(fen)(fen)等）等為防(fang)腐(fu)(fu)顏料的(de)水(shui)性(xing)(xing)重防(fang)腐(fu)(fu)底(di)漆(qi)。由于富(fu)鋅(xin)含(han)量(liang)(liang)高，鋅(xin)粉(fen)(fen)在空氣(qi)中易(yi)發白，減少了(le)涂(tu)層的(de)附著力，涂(tu)層在使(shi)用過程中易(yi)起泡和(he)干(gan)裂(lie)，防(fang)腐(fu)(fu)性(xing)(xing)能降低。研究者將石(shi)(shi)墨烯作為防(fang)腐(fu)(fu)助(zhu)劑加(jia)入(ru)到(dao)水(shui)性(xing)(xing)無(wu)(wu)機富(fu)鋅(xin)涂(tu)料硅酸鹽(yan)液體體系中，結(jie)果表明不含(han)石(shi)(shi)墨烯防(fang)腐(fu)(fu)助(zhu)劑的(de)涂(tu)膜(mo)板(ban)(ban)耐(nai)鹽(yan)霧試驗(yan)1500 h 后就(jiu)開(kai)始出(chu)現點銹、氣(qi)泡等異常變化，而含(han)有(you)微量(liang)(liang)石(shi)(shi)墨烯防(fang)腐(fu)(fu)助(zhu)劑的(de)涂(tu)膜(mo)板(ban)(ban)耐(nai)鹽(yan)霧實驗(yan)2000 h 后仍無(wu)(wu)任何變化，表明添加(jia)石(shi)(shi)墨烯提(ti)高了(le)涂(tu)膜(mo)的(de)耐(nai)鹽(yan)霧性(xing)(xing)能。

? ? ? 綜上(shang)內容，國內外腐(fu)蝕防(fang)護(hu)工(gong)(gong)作者在石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)水(shui)性(xing)(xing)復合防(fang)腐(fu)涂(tu)料(liao)性(xing)(xing)能研(yan)究(jiu)方面做了大量工(gong)(gong)作，石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)水(shui)性(xing)(xing)復合防(fang)腐(fu)涂(tu)料(liao)所展(zhan)現出的(de)(de)效(xiao)果，說(shuo)明水(shui)性(xing)(xing)涂(tu)料(liao)經石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)改性(xing)(xing)后，性(xing)(xing)能是(shi)有所提高的(de)(de)。然而，多數研(yan)究(jiu)都是(shi)實驗(yan)室成果，研(yan)究(jiu)內容碎片化(hua)，且(qie)研(yan)究(jiu)重點集中(zhong)在如何制備石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)復合防(fang)護(hu)涂(tu)層以及驗(yan)證(zheng)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)防(fang)腐(fu)性(xing)(xing)能，忽略了對(dui)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)選材、石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)水(shui)性(xing)(xing)復合涂(tu)料(liao)的(de)(de)配套體系的(de)(de)研(yan)究(jiu)，特(te)別是(shi)對(dui)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)對(dui)水(shui)性(xing)(xing)涂(tu)層防(fang)腐(fu)性(xing)(xing)能間(jian)的(de)(de)構效(xiao)關系以及石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)(xi)(xi)與(yu)涂(tu)層的(de)(de)分(fen)散、界面問(wen)題等認識不足。