石墨烯在防腐涂料中的應用

石墨烯在防腐涂料中的應用

　腐蝕一直是制約各國經(jīng)濟發(fā)展的重大問題之一，全球每年有2.5萬億美元左右的直接經(jīng)濟損失是因腐蝕造成的，應用防腐涂料是解決腐蝕問題的主要方式之一。



　　防腐涂料的概念及市場規(guī)模



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



　　我國防腐涂料的市場規(guī)模已經(jīng)僅次于建筑涂料，年均增速超過20%，其中重防腐涂料的市場發(fā)展空間巨大。2018年我國防腐涂料行業(yè)市場規(guī)模1258.67億元，同比2017年的1210.13億元增長了4.01%，近幾年我國防腐涂料行業(yè)市場規(guī)模情況如下圖所示：



　　2012-2018年中國防腐涂料行業(yè)市場規(guī)模情況（單位：億元）



　　資料來源：智研咨詢整理



　　石墨烯防腐機理



　　1特性優(yōu)勢



　　單石墨烯層強度高、韌性好、比表面積大，具有超疏水性和超親油性，化學和熱穩(wěn)定性好。



　　2結(jié)構(gòu)優(yōu)勢



　　石墨烯的片層結(jié)構(gòu)層層疊加、交錯排列，在涂層中可形成復雜的網(wǎng)絡屏蔽結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制腐蝕介質(zhì)的浸潤、滲透和擴散，提高涂層的物理阻隔性；



　　由于其超薄的片層厚度，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(jié)構(gòu)可以將涂層分割成許多小區(qū)間，有效減小涂層內(nèi)部應力，提高涂層的柔韌性、耐沖擊性和耐磨性。



　　石墨烯在防腐涂料中的應用



　　石墨烯改性防腐涂料作為石墨烯材料的一個應用領域，近年來迅速成為國內(nèi)外防腐涂料的研究熱點。目前海虹、阿克蘇·諾貝爾、立邦等外資涂料公司已經(jīng)紛紛開展石墨烯防腐涂料的研究與應用，進行前期的技術(shù)儲備。國內(nèi)以中科院寧波材料研究所為代表的少數(shù)科研機構(gòu)和涂料企業(yè)均成功開發(fā)出石墨烯涂料，并已在海洋防腐和工業(yè)防腐領域進行試驗涂裝。傳統(tǒng)涂料通過采用石墨烯材料改性后，其防腐性能不僅會大大提高，而且還能夠賦予涂料許多新的功能。



　　1石墨烯/環(huán)氧樹脂防腐涂料



　　環(huán)氧樹脂是以脂環(huán)族或芳香族為主鏈并含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團，通過環(huán)氧基與固化劑反應形成的高分子低聚體。環(huán)氧樹脂可與不同種類的固化劑、稀釋劑、助劑等混合使用，得到了力學、熱學、機械、黏結(jié)和防腐性能優(yōu)異的材料，因此被廣泛地應用。但其固化后強度、導電等性能較差，很難滿足工業(yè)要求。加入石墨烯可以有效解決這些問題，但石墨烯的成本高和分散性差，又阻礙了石墨烯/環(huán)氧樹脂防腐涂料行業(yè)的發(fā)展進程。



　　2石墨烯/聚苯胺防腐涂料



　　聚苯胺在涂料中可起屏蔽作用、緩蝕作用和鈍化作用，可以作為防腐涂料的成膜物質(zhì)。聚苯胺涂料防腐性能優(yōu)異，原因是聚苯胺可使金屬表面鈍化。聚苯胺涂料本身已經(jīng)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，解決其與石墨烯的分散問題對于涂料的性能提升最為關鍵。



　　3石墨烯/聚氨酯防腐涂料



　　聚氨酯涂料是多異氰酸酯和多元醇加聚反應形成的高聚物，與基材附著力良好，是一種高強度、抗撕裂和耐磨的防腐涂料。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，但其防腐涂料不耐高溫、不導電，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代市場的需求。由于石墨烯具有優(yōu)異的光、電、力學性能，用其來改善聚氨酯涂料，可得到具有導電性的防腐涂料。