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石墨烯本身具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu)性質(zhì)，使其在物理防腐和電化學(xué)防腐方面都展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。石墨烯的片層結(jié)構(gòu)層層疊加、交錯(cuò)排列，在涂層中可形成“迷宮式”屏蔽結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制腐蝕介質(zhì)的浸潤、滲透和擴(kuò)散，提高涂層的物理阻隔性。同時(shí)，由于其小尺寸效應(yīng)，石墨烯可以填充到涂層的缺陷當(dāng)中，減少涂層孔隙率，增強(qiáng)涂層致密性，進(jìn)一步延緩或阻止腐蝕因子浸入到基體表面。石墨烯層與層之間有良好的潤滑作用，石墨烯的片層結(jié)構(gòu)可以將涂層分割成許多小區(qū)間，能夠有效地降低涂層內(nèi)部應(yīng)力，消耗斷裂能量，進(jìn)而提高涂層的柔韌性、抗沖擊性和耐磨性。另外，石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)使其具有很高的電子遷移率，表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，同時(shí)，其片層結(jié)構(gòu)亦能夠保證涂層間有較好的電化學(xué)接觸，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提供更佳的電化學(xué)保護(hù)。

水性涂料因低污染、易凈化、無刺激等特點(diǎn)，成為涂料行業(yè)大力發(fā)展的綠色環(huán)保型涂料。目前全國各地正加快進(jìn)行油改水的進(jìn)程，但水性涂料的防護(hù)效果仍比不上其對(duì)應(yīng)的溶劑型涂料，導(dǎo)致其在重防腐領(lǐng)域中的應(yīng)用程度仍然不高。水性涂料存在一些技術(shù)性的問題：由于成膜機(jī)理的不同，與溶劑型涂料相比，水性防腐涂料難以形成組成高度均一、結(jié)構(gòu)高度完整的高質(zhì)量涂層，其成膜性、耐磨蝕性能不好；水性防腐涂料中殘留的水性基團(tuán)使其對(duì)水、氧氣等腐蝕介質(zhì)的屏蔽能力差；因水的表面張力大，水性涂層難以達(dá)到對(duì)顏填料的高度浸潤和分散，因此改善水性涂料的防腐性已成為環(huán)保涂料發(fā)展中的重點(diǎn)。石墨烯具有的獨(dú)特性能，為改善水性涂料的致密性、阻隔性、機(jī)械性能以及防腐性能帶來新的改進(jìn)途徑。近年來，石墨烯的制備、功能化改性以及石墨烯聚合物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展顯著，通過溶液或熔融共混、原位聚合等方法制備的溶劑型復(fù)合防腐涂料所展現(xiàn)出的效果亦被證實(shí)可行，這些為石墨烯水性復(fù)合防腐涂料的應(yīng)用開發(fā)提供了研究依據(jù)，并帶來了新的可能。

1.1 石墨烯水性聚氨酯防腐涂料

       水性聚氨酯（WPU）具有溶劑型聚氨酯的性能，又克服了溶劑揮發(fā)對(duì)環(huán)境的污染。但是WPU 的熱穩(wěn)定性、耐溶劑性及力學(xué)性能等較差，影響其應(yīng)用范圍，因此為了提供WPU 的綜合性能，通常要對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性、環(huán)氧樹脂改性、有機(jī)硅改性以及無機(jī)納米材料（SiO2、TiO2、CNTs）改性等。石墨烯作為新的高性能納米增強(qiáng)體，使聚氨酯的耐水性、熱性能、力學(xué)性能均有不同程度的提升。Yoon 等利用共混法將異氰酸烯丙酯改性后的氧化石墨烯（iGO）與WPU進(jìn)行復(fù)合，經(jīng)考察，復(fù)合物的拉伸強(qiáng)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱穩(wěn)定性能都有顯著提高。Yang 等將氧化石墨烯（GO）、還原型氧化石墨烯（RGO）以及功能化的石墨烯衍生物作為無機(jī)納米填料添加到水性聚氨酯（PU）防腐涂料中，結(jié)合鹽霧試驗(yàn)、電化學(xué)阻抗（EIS）表征手段，詳細(xì)考察了石墨烯的表面化學(xué)狀態(tài)、分散狀態(tài)以及用量等因素對(duì)PU 復(fù)合涂層耐蝕性能的影響。結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的RGO對(duì)PU 復(fù)合涂層的耐腐蝕性能具有最優(yōu)異的增強(qiáng)效果。Chen 等[13]發(fā)現(xiàn)在熱塑性聚氨酯（TPU）中加入少量的磺化石墨烯后，復(fù)合材料的楊氏模量提高了120%。

從復(fù)合涂料的相容性和穩(wěn)定性考慮，Li 等用鈦酸酯偶聯(lián)劑來功能化石墨烯，使其在水性聚氨酯中均勻分散。Wang 等采用溶膠-凝膠法將硅烷功能化的石墨烯與WPU 復(fù)合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加2.0%的石墨烯可使涂層的楊氏模量提高86%，抗張強(qiáng)度提高71%。

丁建寧等利用氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）對(duì)GO 表面功能化修飾，提高了GO 在丙酮、DMF 有機(jī)溶劑中的分散性，并利用GO 上的-NH2 基團(tuán)與WPU聚合物單體間的化學(xué)反應(yīng)，通過原位聚合法制備了GO/WPU 復(fù)合材料，改善了GO 在WPU 基體中的相容性。李友良等通過原位聚合法，在制備水性聚氨酯的加水乳化反應(yīng)過程中加入氧化石墨烯溶液、去離子水和乙二胺，再加入維生素C 進(jìn)行原位還原，最后制得石墨烯/水性聚氨酯納米復(fù)合材料。朱科等通過逐步聚合反應(yīng)將異氰酸酯功能化石墨烯（IGN）接枝到水性聚氨酯（WPU）鏈段中，制備得到水性異氰酸酯改性石墨烯/聚氨酯納米復(fù)合乳液（ IGN/WPU），并將其應(yīng)用到金屬防腐涂層領(lǐng)域。結(jié)果表明，隨IGN 含量的增加，涂層硬度提高，水蒸氣透過率下降，防腐效率增大。

1.2 石墨烯水性環(huán)氧防腐涂料

        經(jīng)過研發(fā)工作者們多年的努力，水性環(huán)氧涂料已經(jīng)克服了耐水性/耐蝕性差的缺點(diǎn)，逐步應(yīng)用到溶劑型涂料所涉及的重防腐領(lǐng)域。為進(jìn)一步提高其防腐性能，研究人員將石墨烯復(fù)合到水性環(huán)氧涂料中開發(fā)出新型復(fù)合涂層。

王玉瓊等用聚丙烯酸鈉將石墨烯漿料均勻穩(wěn)定地分散到水溶液中，再經(jīng)物理混合得到石墨烯水性環(huán)氧樹脂涂層，通過極化曲線、交流阻抗譜和中性鹽霧試驗(yàn)探討了涂層的耐蝕性能。結(jié)果表明添加石墨烯后，復(fù)合涂層表現(xiàn)出較好的隔水性能，水分子在涂層中的擴(kuò)散速率明顯減緩；同時(shí)，涂層的防腐效果明顯提高，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，添加了石墨烯的復(fù)合涂層的自腐蝕電流密度明顯減小，涂層電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻增大。張?zhí)m河等利用原位聚合-化學(xué)還原法將苯胺插層聚合到石墨烯的表面和片層間，制備出聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料，并采用機(jī)械共混法獲得聚苯胺/石墨烯-水性環(huán)氧樹脂復(fù)合防腐涂料。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與聚苯胺相比，摻雜了石墨烯的聚苯胺復(fù)合材料具有更高的比表面積，且保持了石墨烯原有的片層狀結(jié)構(gòu)；所制備的復(fù)合涂層表現(xiàn)出的抗?jié)B性、耐蝕性和防腐性，均優(yōu)于聚苯胺和純環(huán)氧樹脂的防護(hù)性能。為使石墨烯復(fù)合涂料的分散性和穩(wěn)定性更好，Zhang 等在氧化石墨烯GO 還原過程中加入聚乙烯吡咯烷酮PVP，借助于兩者間的非共價(jià)鍵π-π 相互作用得到高穩(wěn)定性的PVP-rGO 分散液， 利用原位合成法將PVP-rGO 與水性環(huán)氧樹脂復(fù)合制備石墨烯-環(huán)氧涂層，并詳細(xì)考察了不同石墨烯添加量對(duì)復(fù)合涂層防護(hù)性能的影響。與純環(huán)氧涂層相比，添加了PVP-rGO的石墨烯-環(huán)氧涂層的熱分解溫度、楊氏模量、防腐蝕性能均有顯著提高，且石墨烯用量存在最優(yōu)值。余海斌等利用苯胺低聚物衍生物與石墨烯之間形成π-π 鍵，使得石墨烯在水中的溶解度大于1 mg/mL，導(dǎo)電率~1.5 S/cm。高延敏等利用GO 表面含氧官能團(tuán)與氨基硅烷偶聯(lián)劑中氨基的反應(yīng)，制備了氨基硅烷偶聯(lián)劑功能化修飾的GO，大大提高了GO 的疏水性和其與環(huán)氧樹脂的親和力，提高了水性環(huán)氧防腐涂料的耐磨性和耐腐蝕性能。

1.3 石墨烯水性丙烯酸防腐涂料

       水性丙烯酸防腐涂料價(jià)格低廉，具有安全環(huán)保、耐老化性優(yōu)異、耐堿性佳、合成加工簡單等特點(diǎn)，但因親水性基團(tuán)的殘留，其耐水性較差，易閃蝕。藍(lán)席建等人將石墨烯用于水性丙烯酸樹脂的防腐涂料中，通過配用相應(yīng)的分散劑或偶聯(lián)劑，改善了石墨烯在涂料中的分散性，并進(jìn)一步通過攪拌、砂磨、過濾等工藝，實(shí)現(xiàn)水性石墨烯涂料的制備。結(jié)果表明，水性石墨烯涂料具有突出的耐水性和耐鹽霧性，其防腐效果明顯優(yōu)于其他碳系材料填充的水性涂料。呂生華等人利用溶液共混法制備氧化石墨烯/丙烯酸酯/水泥復(fù)合涂料，研究發(fā)現(xiàn)GO 表面的含氧基團(tuán)可有效調(diào)控水泥水化產(chǎn)物的生長，使復(fù)合涂層的抗?jié)B透性、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率等性能得到明顯提升，而且涂層對(duì)環(huán)境友好、無污染。

1.4 石墨烯水性無機(jī)富鋅

       水性無機(jī)富鋅底漆是以硅酸鹽溶液為重要成膜物質(zhì)，以高含量的鋅粉（為提高涂膜性能，可適量摻混些片狀鋁粉、絹云母粉、磷鐵粉、磷鐵鋅硅粉等）

  綜合前文所述內(nèi)容，國內(nèi)外腐蝕防護(hù)工作者在石墨烯水性復(fù)合防腐涂料性能研究方面做了大量工作，石墨烯水性復(fù)合防腐涂料所展現(xiàn)出的效果，說明水性涂料經(jīng)石墨烯改性后，性能有所提高。然而，多數(shù)研究都是實(shí)驗(yàn)室成果，研究內(nèi)容碎片化，且研究重點(diǎn)集中在如何制備石墨烯復(fù)合防護(hù)涂層以及驗(yàn)證石墨烯的防腐性能，忽略了對(duì)石墨烯選材、石墨烯水性復(fù)合涂料的配套體系的研究，特別是對(duì)石墨烯對(duì)水性涂層防腐性能間的構(gòu)效關(guān)系以及石墨烯與涂層的分散、界面問題等認(rèn)識(shí)不足。