石墨烯防腐涂层"腐蚀促进行为"解决策略的研究进展

石墨烯凭借其良好的力学性能、高的长径比以及优异的不可渗透性,在涂层防护领域得到了人们的广泛青睐.然而,由于石墨烯超高导电性引起的"腐蚀促进行为",限制了其在防腐涂料领域的进一步发展.综述了石墨烯的腐蚀促进行为对涂层防腐性能的影响,以及解决石墨烯腐蚀促进行为的策略.首先,概述了石墨烯的结构特点及其在防腐涂料领域应用过程中存在"微电偶腐蚀"的问题;其次,从3个方面(改善涂层的屏蔽性能、增强涂层的力学性能、改善涂层的阴极保护作用)对石墨烯的防腐机理进行了阐述;最后,从石墨烯的导电性、电势以及氧还原催化活性等角度,对其腐蚀促进行为的机理进行了分析.针对石墨烯在防腐涂层领域应用过程中存在"微电偶腐蚀"的问题,重点归纳了石墨烯表面绝缘化,石墨烯面内掺杂N、B、F等原子、开发石墨烯富锌涂层,设计石墨烯基自修复功能涂层,以及寻找h-BN等类石墨烯结构的二维纳米材料等多种解决策略,并对以上所有解决策略的最新研究进展进行了全面的综述.最后,展望了石墨烯在防腐涂料领域的发展趋势及主要研究方向.     

石墨烯水性复合防腐涂料的研究进展

石墨烯复合防腐涂料因兼顾石墨烯优异的化学稳定性、快速的导电性、突出的力学性能和聚合物树脂的强附着力、良好成膜性等优点,受到越来越多涂料防护工作者的关注。然而,目前石墨烯复合防腐涂料的研究主要以溶剂型复合材料为主,环保性差。加快石墨烯在水性防腐涂料中的应用研究,开发低成本、高性能、绿色环保的新型石墨烯水性复合防腐涂料,成为未来石墨烯防腐蚀涂层材料的研究热点。对石墨烯在水性聚氨酯防腐涂料、水性环氧树脂防腐涂料、水性丙烯酸防腐涂料以及水性无机富锌涂料中的功能化应用进行介绍,将石墨烯添加到水性防腐涂料中可以增强涂层对基材的附着力,提升涂料的物理屏蔽性、耐磨性和防腐性,同时具有环保安全的特性,大大扩大了水性防腐涂料的应用范围。另外,对石墨烯水性复合防腐涂料功能化应用研究所面临的重点、难点进行了分类介绍,包括石墨烯选材、石墨烯与水性涂料的配套体系研究、石墨烯用量以及石墨烯在水性涂料中的分散性和相容性。     

石墨烯在防腐防污涂料中的应用进展

石墨烯具有极好的阻隔性能、屏蔽性能及化学稳定性,其在防腐防污涂料中的应用已经被深入研究。介绍了石墨烯对防腐防污涂层性能的影响:降低水、氧气等腐蚀介质的渗透率,加强抗生物附着性,抑制微生物腐蚀。分析了石墨烯在涂料中的应用缺陷及产生原因:极强的范德华力导致石墨烯在涂料中分散性差、易团聚,高化学稳定性及疏水性导致石墨烯与成膜物质结合性差,超高的导电性导致石墨烯膜在失效时加速金属腐蚀。综述了为应对石墨烯在防腐防污涂料中的应用缺陷,国内外学者采用的主要方法:采用改性处理方法制备改性石墨烯(GO、RGO、FG)以及合成石墨烯复合颗粒(石墨烯修饰纳米粒子,即GO-Al2O3颗粒、GO-TiO2颗粒、GO-SiO2颗粒等;树脂负载石墨烯复合填料,即石墨烯/聚苯胺复合填料等)。最后展望了石墨烯及其衍生物在防腐防污涂料中的发展。     

石墨烯在涂镀层防腐领域的应用研究及进展

石墨烯作为新型材料,具有优异的化学稳定性、极好的导电性及可增强树脂附着力和无二次污染等综合性能,成为诸多工业应用领域的研究热点。首先,简要概述了近年来石墨烯分散性的发展历程,分散方法主要以物理和化学分散法为主,并对两种方法的弊端进行了分析和讨论,得出两种方法在分散过程中都会引入缺陷及结构受损。其次,概述了石墨烯的两种防腐机理,第一种机理是石墨烯片状结构堆叠形成致密物理阻隔层,第二种机理是依靠石墨烯良好的导电性,给涂镀层提供良好的导电循环通路,赋予涂镀层良好的电化学保护性能。然后,对石墨烯在薄膜防腐领域和水性有机防腐涂料功能化填料应用等方面进行了详细介绍,比较了各类复合涂料制备方法的优缺点并提出了改进策略,分析得到了石墨烯增强有机涂料附着力的同时,还提升了有机涂料的物理屏蔽性能、力学性能和防腐性能。另外,介绍了石墨烯作为增强相在金属微粉镀层中的应用,通过电沉积和化学沉积法,在基体表面沉积石墨烯金属微粉复合镀层,复合镀层中的石墨烯具有极好的化学稳定性,抑制了镀层的腐蚀速率。最后,基于上述石墨烯在涂镀层中的作用及机械镀工艺,提出了"石墨烯-锌"的研究概念,并从分散稳定性、环保性、经济性、适用范围、产业标准化等方向,提出了石墨烯在防腐材料领域里的发展趋势及研究建议。     

石墨烯基防腐涂层研究进展

自石墨烯发现以来,其优异的导电性、力学性能、热导性、光学性能等吸引了研究学者的广泛关注。此外,石墨烯稳定的sp2杂化结构使其自身具有良好的化学惰性、抗氧化能力和抗渗透性,被认为是一种理想的防腐材料,在金属材料的防腐领域具有非常大的应用前景。基于此,综述了石墨烯防护薄膜和石墨烯/有机涂层在金属腐蚀防护领域的研究进展,并从分散角度阐述了石墨烯的功能化对有机涂层防腐性能的影响;同时归纳了石墨烯的高导电性对有机涂层防护性能的影响以及防护机理。最后展望了石墨烯薄膜和石墨烯有机涂层在金属腐蚀防护应用方面面临的一系列难题以及发展方向。     

石墨烯导电涂料的研究进展

石墨烯具有超高的导电性、机械性及导热性,是目前研究最广泛的二维纳米材料,石墨烯作为特殊的功能填料,在导电防腐涂料领域得到广泛研究.首先,简要概述了石墨烯的结构特点,特殊晶体结构使其具有优异的物化性能,石墨烯作填料能够利用优异的导电性及片层结构,提升涂料的导电性及防腐蚀性.其次,针对石墨烯在导电涂料应用过程中的具体问题进行了详细说明,添加助剂以及氧化石墨烯功能化改性解决石墨烯的分散性,适量的添加量是影响导电涂料性能的关键因素,复合材料能够减少石墨烯添加量并产生协同作用,制备工艺主要包括溶液混合法、熔融共混法、原位聚合法.然后,阐述了石墨烯导电涂料的导电机理,竞争机理认为掺杂型导电涂料的导电性是由导电通路、隧道效应、场发射三者竞争的结果,结合导电模型分析了导电机理.最后,对石墨烯导电涂料的应用前景进行了展望,从石墨烯的分散方法、机理研究、制备工艺等方向,提出了石墨烯在导电涂料领域的研究建议.     

湿固化型石墨烯改性重防腐涂料的性能研究

目的 为延长如输电塔架等金属构件的服役期限,制备一种湿固化型石墨烯改性重防腐涂料,并测试表征和分析漆膜的防腐性能和作用机制。方法 以湿气固化型聚氨酯树脂为主要成膜物,铝鳞片代替传统锌粉为主要防腐填料,石墨烯为改性剂搭配形成复合导电填料体系,借助定位排列剂等助剂制备了湿固化型石墨烯改性重防腐涂料。通过沉降测试、结合强度测试、水接触角测试、电化学测试、扫描电镜（SEM）分析、耐中性盐雾实验等手段,对涂层的常规理化性能、防腐蚀性能及微观形貌进行了表征分析,并探讨了石墨烯-铝鳞片复合填料防护体系的防腐蚀作用机理。结果 定位剂有助于提高涂料的分散性和稳定性,经过石墨烯改性后,重防腐涂层的结合强度、耐盐水性、耐候性等常规理化性能明显提升,固含超过70%,达到高固含的环保要求;水接触角增至115°,涂层疏水性有效改善;中性耐盐雾试验进行1000 h时涂层划痕处有明显的腐蚀迹象,但表面未发生起泡、剥落等缺陷,单边扩蚀小于2 mm,石墨烯质量分数为0.8%的涂层性能达到最佳,耐盐雾时间达5000 h以上,此时涂层湿结合强度仍达到8.3 MPa,电化学腐蚀速率仅为0.011 673 mm/a,耐腐蚀性能优异。结论 石墨烯-铝鳞片复合防护体系的力学性能、机械封闭和阴极保护功能优异,属于一种底面合一的涂料,适用于湿热工业-海洋大气环境的腐蚀防护工作。     

耐腐蚀氧化石墨烯复合涂层的研究进展

腐蚀问题会影响金属材料的安全性和耐久性,是造成工程装备和设施失效及破坏的主要原因,严重损害了经济发展和人身安全。涂层是最有效和经济的防腐措施,随着对涂层性能的要求越来越高,复合涂层材料受到科研工作者的广泛关注。石墨烯具有高导电率、高硬度和优异的阻隔性等性能,但同时具有疏水性和易团聚的特点。氧化石墨烯的结构与石墨烯相似,高长径比能够提供有效的阻隔性能,表面丰富的含氧基团为化学改性提供了反应位点,从而实现在基体中均匀分散的目的,是一种可用于增强涂层防腐能力的理想碳材料。首先介绍了氧化石墨烯的制备和化学改性方法,并且对比了不同化学改性方法的优缺点以及作用机制。然后分类阐述了氧化石墨烯复合防腐涂层的研究现状,探讨了氧化石墨烯含量、分散性和制备条件等因素对复合涂层的影响。最后从不同方面(制备工艺、分散技术、防腐机制和工程应用)分析了氧化石墨烯涂层存在的主要问题,并展望了氧化石墨烯涂层的发展方向。     

石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中的研究进展

石墨烯及其衍生物对腐蚀介质具有良好的屏蔽性能.石墨烯化学惰性低、物理性质出色,且其衍生物氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯量子点和氧化石墨烯量子点,具有表面官能团丰富、易于改性以及分散性良好的特点,因此在防腐蚀领域中受到越来越多的科研人员关注.综述了石墨烯耐蚀薄膜和石墨烯衍生物耐蚀复合涂层的研究进展.介绍了"自下而上"和"自上而下"两种石墨烯及其衍生物的主要制备方法,并分别介绍了其在防腐蚀领域中的耐蚀性能和耐蚀机理.概述了石墨烯耐蚀薄膜由于自身的结构缺陷和基体的碳溶解度等原因,造成薄膜无法长期提供防腐蚀保护和不能在众多金属表面直接应用的主要问题,并且针对存在的问题归纳和探讨了新型薄膜制备方法、薄膜结构设计和薄膜参数优化3种主要解决方法.整理了石墨烯衍生物纳米填料在防腐蚀领域中的主要应用方式,包括防腐蚀有机涂料、电沉积和水热法等.还阐述了由于石墨烯纳米填料之间的相互作用力和自身疏水性导致其在涂层内部分散性差的问题,并且分别对氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯/氧化石墨烯量子点3类纳米填料的优缺点和改性方式进行了综合介绍和分析,探究了纳米填料通过共价结合、静电吸附等改性方式在分散性和疏水性等方面上的提升方法,以及通过锌离子和导电聚合物的电化学保护作用在纳米填料复合涂层长期防腐蚀性能上的改善途径.最后,对石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中仍然存在的问题和发展趋势进行了总结和展望.     

Research Progress of Modified Polyaniline in Anticorrosive CoatingsEI北大核心CSCD

聚苯胺因其可逆的氧化还原特性在金属腐蚀与防护领域具有广阔的应用前景,目前有关改性聚苯胺对涂层附着力、阻隔性能以及钝化机理的研究比较零散,缺乏系统总结。通过对单一聚苯胺分散性差、疏水性弱等缺陷的分析,报道近年来改性聚苯胺在防腐涂料领域中的研究思路和研究进展,比较不同条件下改性策略的优劣,归纳聚苯胺结构与涂层耐腐蚀性之间存在的联系。进一步论证柔性、疏水基团取代聚苯胺有利于提升涂层抗渗性,改变掺杂剂以及与纳米氧化物、石墨烯等原位聚合制备复合填料也是提升涂层防腐性能的有效途径。展望该行业未来研究和发展的趋势,可为今后聚苯胺的改性工作提供理论指导。     

新型碳纳米材料用于有机防腐涂层的研究进展

综述了碳纳米材料用于腐蚀防护中的研究进展,重点介绍了几种碳纳米材料,包括富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨炔以及碳点.碳纳米材料具有优异润滑性能、导电导热性能和屏蔽性能等,在涂层防护领域具有广阔应用前景.具有二维片层结构的碳纳米材料,可在涂层内部构建多重高效屏障,有效提升涂层的屏蔽性能.碳纳米材料的表面存在负电荷,可有效地抑制氯离子和氢氧根离子的渗透过程,降低涂层与金属界面间的阴离子浓度,减缓涂层与金属界面发生腐蚀的几率.碳纳米材料本身具有润滑性能,可实现减摩,提升涂层的耐磨性能.此外,对碳纳米材料涂层的制备、性能及防腐机理等进行了详细阐述,对碳纳米材料在有机防腐涂层中的发展前景进行了展望.     

超细锌粉无机硅酸锌涂层的结构及耐蚀性研究

制备了3种超细锌粉作填料的无机硅酸锌涂层,用FTIR、SEM对涂层的固化机理和结构进行了研究,对3.5%NaCl溶液浸泡腐蚀后的试样表面形貌进行了观察,通过电化学试验研究了涂层的耐蚀性.结果表明,无机硅酸锌涂层的结构为:Zn粉颗粒间以Si-O-Zn聚合物网络键合,涂层与底材钢基体间是以化学键结合的微观多孔的涂层结构;涂层的耐蚀性随Zn粉颗粒度的减小而显著提高.涂层的耐蚀机理主要是电化学阴极保护作用以及腐蚀产物填塞涂层孔隙的物理屏蔽作用.     

聚苯胺在防腐方面的研究及应用现状

聚苯胺(PANI)具有良好的热稳定性和环境稳定性,经掺杂后,具有导电性及电化学性,可作为填料应用于金属防腐领域。但其分子链骨架刚性强、分子间作用力大,不易加工成型,不溶于常规的有机溶剂,当其作为填料应用到防腐涂料中存在溶解性、分散性差且与金属基底附着力不强等缺点,如能对其进行合理有效的改性,则可解决上述问题。简要探讨了溶液聚合法、反相微乳液聚合法、模板聚合法以及电化学聚合法等PANI的制备方法,并针对PANI在防腐涂料应用中存在的问题,重点阐述了PANI的质子酸掺杂改性及复合改性等不同改性方法,通过掺杂不同的质子酸对PANI进行化学改性,可降低PANI分子链之间的相互作用,从而提高其溶解性、导电性和防腐性能。将不同性能的材料与PANI进行复合改性,改善分子间作用力,能提高其加工性,从而更好的应用于金属的腐蚀防护工作。最后介绍了PANI在腐蚀防护过程中的作用、在防腐蚀涂料中的应用及相关理论的研究现状,并指出PANI防腐涂层的研究重点和发展方向。     

Assessment of graphene oxide/epoxy nanocomposite as corrosion resistance coating on carbon steel

Graphene and its derivatives are new materials with unique properties. In recent years, various studies about the nanocomposites based on graphene oxide (GO) have been carried out. However, the electrochemical properties of nanocomposite coatings based on GO materials have not been widely studied. In this study, GO/epoxy nanocomposite coatings were prepared by incorporation of different amounts of GO nanosheets into the epoxy matrix via mechanical agitation and sonication process. The dispersion of GO nanosheets in matrix was analysed by optical microscopy, transmission electron microscopy and Fourier transform infrared. The anticorrosive properties of these nanocomposite coatings were investigated by electrochemical impedance spectroscopy tests. Results showed that the corrosion protection of coatings was improved by addition of GO into the coatings material. Furthermore, the best corrosion resistance was achieved in 0·25 wt-%GO/epoxy nanocomposite coatings.