石墨烯防腐涂层

5.石墨烯防腐涂料

对于防腐涂料来说，传统防护涂层受限于自身材料性质及工艺，对金属基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又很高，降低了涂层的性价比，而且相当一部分涂层因含铅锌或铬酸盐等重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险，也消耗了大量的不可再生资源，不利于社会经济的可持续发展。因此，开发各类新型长效环保的海洋重防腐蚀涂料成为新热点。

海洋防腐涂料性能要求

海洋防腐涂料一般要求具有如下性能：①具有良好的物理性能。对腐蚀介质抗渗性好，对钢材表面附着力好；②具有良好的力学性能。耐海水冲刷、耐海冰碰撞、耐船舶停靠的磨损；③具有优异的化学性能。耐海水、耐盐雾、耐油、耐化学品、耐紫外线等的侵蚀；④与电化学保护系统相容性好。飞溅区和全浸区涂料要具有耐阴极剥离性；⑤具有良好施工性能。可在各种环境条件下对不同结构进行高质量涂装施工；⑥符合健康、环保、安全的要求。

海洋工程石墨烯防腐涂料

石墨烯广泛和独特的性能展现了其在金属材料防腐领域的巨大潜力。首先，石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行；其次，石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性，不论是在高温条件下（可高达1500℃），还是在具有腐蚀或氧化性的气体、液体环境中均能保持稳定。另外，石墨烯良好的导电、导热性能对金属服役的环境提供了有利条件。石墨烯还是目前为止最薄的材料，其对基底金属的影响可以忽略不计。同时还兼具高的强度和良好的摩擦学性能，不仅能提高导电性或耐盐雾性能，还能进一步降低涂层厚度，增加对基材的附着力，提升涂料的耐磨性。在常用的环氧防腐涂料的基础上通过添加石墨烯制备的新型涂料不仅具有环氧富锌涂料的

阴极保护效应、玻璃鳞片涂料的屏蔽效应，更具有韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防腐性能超过现有的重防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、交通运输、大型工业设备及市政工程设施等领域的涂装保护。用石墨烯制备涂料来提高金属耐腐蚀性方面的潜能，在铜和镍的表面涂上石墨烯的试验证明，用化学气相沉积培育时，铜的腐蚀速度减慢7倍，这是在加氧硫酸钠（Na2SO4）溶液中与裸铜相比的情况。镍的腐蚀速度慢4倍。这些发现说明石墨烯是已知最薄防腐蚀涂层。因此，石墨烯将成为最理想的防腐涂层。

海洋工程石墨烯防腐涂料发展过程中遇到的困难

石墨烯的共轭结构导致其与水有机溶剂以及聚合物的相容性较差，因而增加了其在涂料领域中的应用难度。为解决该问题，将GO功能化改性，再按需要进行还原。如将石墨烯成功应用于防腐涂料，还需对其进行更多的功能化改性或与其他物质进行复合等方面的研究。石墨烯虽具有诸多优异性能，然而作为一个新的研究对象，还有很多未知的性质需要探究，作为防腐材料工业化应用前必须要完善相关的理论与实验研究，避免相反结果发生。同时海洋防腐涂料的研发具有科技含量高、研制周期长、投资大、技术难度高且风险大，国外海洋防腐涂料研发主要集中在实力雄厚的大公司或靠政府支持的部门。例如英国的P、美国的PPG、丹麦的Hemple、挪威的Jotun及日本的关西涂料等几家大公司均有上百年的相关涂料开发历史，在涂料生产供应、质量监督、涂装规范及涂装现场管理等方面形成了一整套十分严格和严密的体系，目前这些公司的产品占据了我国海洋防腐涂料的主要市场。

6.海洋工程石墨烯防腐涂料的工业化进程

我国海上风电发展规划提出，2015年开发建设500万千瓦，2020年开发建设3000万千瓦。

但海上风电设备要经历严苛的环境挑战，长期受到水汽、盐雾侵蚀及海浪的冲击，很容易发生腐蚀问题，因此，为保证风电装备20年的正常服务寿命，必须采取相关的保护措施，而涂料

保护是其中重要的一个环节。然而，为我国海上风电设备穿“防护服”的却是众多外国公司——荷兰的阿克苏诺贝尔、美国PPG、丹麦的海虹老人等国际涂料巨头基本上垄断了我国海上风电防腐市场。长期以来，在国际一线风电防腐涂料企业中始终难觅中国企业的身影，在海上风电重防腐领域，中国涂料企业更是全线溃退。这不能不说是我国作为风电发展第一大国的尴尬。但是石墨烯防腐涂料的出现将打破这一僵局。目前石墨烯主要的制备方法是CVD 法和氧化还原法，然而，难以实现大规模制备高质量大面积的石墨烯仍然是当今制约其发展的瓶颈，这些影响因素导致石墨烯防腐涂料的研究仍局限

于实验室阶段。中航材、清华大学、东南大学等科研院所及高校正在积极对石墨烯防腐涂料进行研发，以期加快其产业化进程。2014年4月，青岛国家石墨烯产业创新示范基地揭牌，签约落户了4个项目，分别涵盖石墨烯制备技术及制备设备、石墨烯海水淡化及抗腐蚀涂料、石墨烯导电导热源料及超级电容、6石墨烯在PE防弹材料中的应用等石墨烯前沿重点应用领域。标志着青岛高新区与中国石墨烯产业技术创新战略联盟进入全面合作的新阶段。2014年11月12日，常州第六元素同江苏海力风电设备科技有限公司、江苏道森新材料有限公司签订了《石墨烯防腐涂料战略合作框架协议》，根据该协议，三方将共同研发以石墨烯为主体的烯锌型风电设备防护涂料。三方合作将逐渐改变现有国内防护涂料产品层次低、创新力不足的劣势，填补国内外将石墨烯运用在风电防护涂料的技术空白。为了推进石墨烯产业的快速发展，应该坚持政府引导、企业参与、市场化运作的原则，并做好总体规划工作。