石墨烯防腐涂料的防腐原理及涂料性能

一、石墨烯防腐涂料的防腐原理

石墨烯防腐涂料的防腐原理是石墨烯与环氧树脂和水发生界面反应，形成活性吸附中心，使涂层中树脂和颜填料及基材之间形成键合力，构成三维网状结构，大大提高了涂层的致密度、韧性、硬度、耐冲击、附着力及耐腐蚀等性能。同时，传统防腐涂料中加入径厚比较大的鳞片，分散在涂料中的鳞片交错排列，形成了独特的“迷宫”式屏蔽结构，腐蚀介质无法穿透鳞片，只能绕过其进行扩散，这种结构在涂料内部形成曲折的防扩散渗透路径，从而延长了腐蚀介质的渗透时间，提高涂层的抗渗透性与使用寿命。此外，鳞片将涂层分割成许多小间，隔开了涂层中的气泡和裂纹，改善涂层的收缩应力和膨胀系数，延缓腐蚀介质扩散和侵入基体的时间。

将石墨烯用于防腐涂料中，二维片层的石墨烯在涂料中层层叠加。相比其他类型的鳞片填料，纵向厚度方面石墨烯堆叠的层数更多，形成的防扩散渗透路径更为复杂，石墨烯起到的物理隔绝作用也更为突出。从而形成具有高抗腐能力的涂料，很大程度地提高金属的耐腐蚀能力。并且，除石墨烯自身的物理隔绝层以外，石墨烯通过改变树脂的结构组装，提高分子排列的有序程度，减少了涂料中的结构缺陷，形成致密的保护膜进一步提升了涂料的防渗透性能。

二、石墨烯防腐涂料的性能

1、防腐蚀性

石墨烯防腐涂料具有优异的防腐性和导电性，普通防腐涂料采用石墨烯等纳米材料改性后，涂层导电性和耐腐蚀性明显提高。石墨烯加入普通防腐涂料中，主要通过采用环氧树脂与石墨烯粉体共研磨或直接在树脂中加入石墨烯浆料的方式，加入量在0.5%～1.0%。

2、物理隔绝性

涂层作为半透膜，其耐腐蚀性能主要体现在可以有效阻止腐蚀介质透过。采用石墨烯材料对涂料进行改性，涂层的耐化学介质性能可以大大提高。石墨烯具有二维片层结构，在石墨烯改性后的涂层中，具有片层结构的石墨烯层层叠加，可以形成迷宫一样致密的隔绝层，可以有效地隔绝腐蚀介质的透过。石墨烯纳米粒子通过改性后可以均匀分布于涂层中 , 填补涂层的缺陷，提高了涂层的致密性，阻止腐蚀介质渗透到涂层与基体表面，增强了涂层的物理隔绝作用。

3、机械性能

船舶和海工平台表面涂层受外力撞击会出现破损或脱落，从而对涂层的防腐性能造成破坏 , 缩短涂层使用寿命。涂料经过石墨烯材料改性后，涂膜硬度和附着力均有一定程度的提高。石墨烯经改性后，石墨烯粒子表面具有一定数量的官能团，如羟基和羧基等，这些官能团不仅能够与涂层中的主体树脂很好地结合，而且还能够与基材表面进行很好的吸附，涂层与基材的吸附作用可以进一步提高与基材的附着力。另外，由于石墨烯硬度高，层间具有润滑作用，可以大大提高涂层的机械强度、耐冲击性、柔韧性等机械性能。

4、涂层散热性

石墨烯是很好的导热材料，热导率高达5300W/(m·K)，涂料经石墨烯改性后，其导热性能可以明显提高。由于石墨烯导热系数高，因此当涂料中含有一定数量的石墨烯后，相当于增加了涂膜的导热面积，有助于涂层内部和外部热量的传导。具有散热功能的石墨烯涂料在海洋腐蚀严苛的环境中不仅可以应用于机电设备散热器、电子元件等部位，还可延伸至海上机电设备热交换器、供暖设备、热机设备中，对海洋机械装备起到很好的保护作用。