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石墨烯在水性防腐涂料中的应用进展

2020-04-20 16:01:20

腐蚀是钢铁行业面临的大挑战之一,它由周围的环境因素(如水、氧气、电解质等)触发,为了减轻钢铁的腐蚀,目前可以通过金属基体改良、阴极保护、涂层保护、缓蚀剂等方法,其中涂层保护作为最直接有效的防腐方法,已成为一个热门的研究方向。

防腐涂料防腐蚀机理是在金属表面形成一层屏蔽层,阻止水和氧与金属表面接触。但有大量研究表明,涂层总有一定的透气性和渗水性,涂层透水和氧的速度往往高于裸露钢铁表面腐蚀消耗水和氧的速度,这使得涂层难以达到完全的屏蔽作用。有文献报道,石墨烯对所有气体和盐具有不可渗透性,这一特性使得石墨烯具有成为一种完美防腐材料的巨大潜能。此外,石墨烯层由碳原子排列成六方晶格,每个原子通过sp2杂化轨道与平面内的3个相邻原子结合。这样的结构赋予石墨烯具有130GPa的极限拉伸强度。与其他二维材料(如铝薄片、玻璃鳞片和粘土)相比,石墨烯表现出对气体的溶解性低、比表面积高等优势,因此只需要较低掺入量,聚合物涂层的阻隔性能就可以得到更好的提高。而且,石墨烯的加入还可以赋予聚合物涂层在工程上所需的性能,包括热性能、机械性能、耐磨性能等,而这些性能是常规的复合材料或单一聚合物难以兼备的。本文将着重介绍石墨烯的防腐机理,石墨烯在防腐涂料中的应用进展,并针对存在的问题提出可行的解决方案。

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。这些特性使石墨烯在金属防腐方面展现出一定的优势。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。此外,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。同时,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。因此,石墨烯可以作为单独的防腐材料或作为填料填充到聚合物涂料中起到有效的防腐作用。

石墨烯在防腐涂料中的应用进展


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