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石墨烯在水性防腐涂料中的應用進展

2020-04-20 16:01:20

腐蝕是鋼鐵行業面臨的大挑戰之一,它由周圍的環境因素(如水、氧氣、電解質等)觸發,為了減輕鋼鐵的腐蝕,目前可以通過金屬基體改良、陰極保護、涂層保護、緩蝕劑等方法,其中涂層保護作為最直接有效的防腐方法,已成為一個熱門的研究方向。

防腐涂料防腐蝕機理是在金屬表面形成一層屏蔽層,阻止水和氧與金屬表面接觸。但有大量研究表明,涂層總有一定的透氣性和滲水性,涂層透水和氧的速度往往高于裸露鋼鐵表面腐蝕消耗水和氧的速度,這使得涂層難以達到完全的屏蔽作用。有文獻報道,石墨烯對所有氣體和鹽具有不可滲透性,這一特性使得石墨烯具有成為一種完美防腐材料的巨大潛能。此外,石墨烯層由碳原子排列成六方晶格,每個原子通過sp2雜化軌道與平面內的3個相鄰原子結合。這樣的結構賦予石墨烯具有130GPa的極限拉伸強度。與其他二維材料(如鋁薄片、玻璃鱗片和粘土)相比,石墨烯表現出對氣體的溶解性低、比表面積高等優勢,因此只需要較低摻入量,聚合物涂層的阻隔性能就可以得到更好的提高。而且,石墨烯的加入還可以賦予聚合物涂層在工程上所需的性能,包括熱性能、機械性能、耐磨性能等,而這些性能是常規的復合材料或單一聚合物難以兼備的。本文將著重介紹石墨烯的防腐機理,石墨烯在防腐涂料中的應用進展,并針對存在的問題提出可行的解決方案。

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。這些特性使石墨烯在金屬防腐方面展現出一定的優勢。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。此外,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。同時,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。因此,石墨烯可以作為單獨的防腐材料或作為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應用進展


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