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濟發展的重大問題之一，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，依據涂料應用領域的不同，可以分為常規防腐涂料和重防腐涂料。常規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防腐涂料而言，能在相對苛刻腐蝕環境中應用，并具有能達到比常規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模已經僅次于建筑涂料，年均增速超過20%，其中重防腐涂料的市場發展空間巨大。2018年我國防腐涂料行業市場規模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市場規模情況如下圖所示：



　　2012-2018年中國防腐涂料行業市場規模情況（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，化學和熱穩定性好。



　　2結構優勢



　　石墨烯的片層結構層層疊加、交錯排列，在涂層中可形成復雜的網絡屏蔽結構，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；



　　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，石墨烯的片層結構可以將涂層分割成許多小區間，有效減小涂層內部應力，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紛紛開展石墨烯防腐涂料的研究與應用，進行前期的技術儲備。國內以中科院寧波材料研究所為代表的少數科研機構和涂料企業均成功開發出石墨烯涂料，并已在海洋防腐和工業防腐領域進行試驗涂裝。傳統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/環氧樹脂防腐涂料



　　環氧樹脂是以脂環族或芳香族為主鏈并含有兩個或兩個以上環氧基團，通過環氧基與固化劑反應形成的高分子低聚體。環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、黏結和防腐性能優異的材料，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/環氧樹脂防腐涂料行業的發展進程。



　　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。聚苯胺涂料防腐性能優異，原因是聚苯胺可使金屬表面鈍化。聚苯胺涂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，已經不能滿足現代市場的需求。由于石墨烯具有優異的光、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。