石墨烯在防腐涂料中的应用

石墨烯在防腐涂料中的应用

　腐蚀一直是制约各国经济发展的重大问题之一，全球每年有2.5万亿美元左右的直接经济损失是因腐蚀造成的，应用防腐涂料是解决腐蚀问题的主要方式之一。



　　防腐涂料的概念及市场规模



　　防腐涂料是指由底漆、中漆和面漆组成的具有防腐蚀功能的涂料，依据涂料应用领域的不同，可以分为常规防腐涂料和重防腐涂料。常规防腐涂料是在一般条件下，对金属等起到防腐蚀的作用，保护有色金属使用的寿命；重防腐涂料是指相对常规防腐涂料而言，能在相对苛刻腐蚀环境中应用，并具有能达到比常规防腐涂料更长保护期的一类防腐涂料。



　　我国防腐涂料的市场规模已经仅次于建筑涂料，年均增速超过20%，其中重防腐涂料的市场发展空间巨大。2018年我国防腐涂料行业市场规模1258.67亿元，同比2017年的1210.13亿元增长了4.01%，近几年我国防腐涂料行业市场规模情况如下图所示：



　　2012-2018年中国防腐涂料行业市场规模情况（单位：亿元）



　　资料来源：智研咨询整理



　　石墨烯防腐机理



　　1特性优势



　　单石墨烯层强度高、韧性好、比表面积大，具有超疏水性和超亲油性，化学和热稳定性好。



　　2结构优势



　　石墨烯的片层结构层层叠加、交错排列，在涂层中可形成复杂的网络屏蔽结构，能够有效抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散，提高涂层的物理阻隔性；



　　由于其超薄的片层厚度，石墨烯可以填充到涂层的缺陷当中，减少涂层孔隙率，增强涂层致密性，进一步延缓或阻止腐蚀因子浸入到基体表面。



　　石墨烯层与层之间有良好的润滑作用，石墨烯的片层结构可以将涂层分割成许多小区间，有效减小涂层内部应力，提高涂层的柔韧性、耐冲击性和耐磨性。



　　石墨烯在防腐涂料中的应用



　　石墨烯改性防腐涂料作为石墨烯材料的一个应用领域，近年来迅速成为国内外防腐涂料的研究热点。目前海虹、阿克苏·诺贝尔、立邦等外资涂料公司已经纷纷开展石墨烯防腐涂料的研究与应用，进行前期的技术储备。国内以中科院宁波材料研究所为代表的少数科研机构和涂料企业均成功开发出石墨烯涂料，并已在海洋防腐和工业防腐领域进行试验涂装。传统涂料通过采用石墨烯材料改性后，其防腐性能不仅会大大提高，而且还能够赋予涂料许多新的功能。



　　1石墨烯/环氧树脂防腐涂料



　　环氧树脂是以脂环族或芳香族为主链并含有两个或两个以上环氧基团，通过环氧基与固化剂反应形成的高分子低聚体。环氧树脂可与不同种类的固化剂、稀释剂、助剂等混合使用，得到了力学、热学、机械、黏结和防腐性能优异的材料，因此被广泛地应用。但其固化后强度、导电等性能较差，很难满足工业要求。加入石墨烯可以有效解决这些问题，但石墨烯的成本高和分散性差，又阻碍了石墨烯/环氧树脂防腐涂料行业的发展进程。



　　2石墨烯/聚苯胺防腐涂料



　　聚苯胺在涂料中可起屏蔽作用、缓蚀作用和钝化作用，可以作为防腐涂料的成膜物质。聚苯胺涂料防腐性能优异，原因是聚苯胺可使金属表面钝化。聚苯胺涂料本身已经具有很强的防腐性能，石墨烯的掺杂可使其抗腐蚀性能得到进一步提升。但聚苯胺易团聚，解决其与石墨烯的分散问题对于涂料的性能提升最为关键。



　　3石墨烯/聚氨酯防腐涂料



　　聚氨酯涂料是多异氰酸酯和多元醇加聚反应形成的高聚物，与基材附着力良好，是一种高强度、抗撕裂和耐磨的防腐涂料。聚氨酯具有耐化学腐蚀、机械性能好等特点，是应用较广的一种材料，但其防腐涂料不耐高温、不导电，已经不能满足现代市场的需求。由于石墨烯具有优异的光、电、力学性能，用其来改善聚氨酯涂料，可得到具有导电性的防腐涂料。