0 引言

石墨烯從2004年被發現到2010年進入人們的視野，對納米二維石墨烯的研究已經取得了長足的發展。石墨烯從石墨中剝離是二維晶體，結構上碳原子之間除了以σ鍵相連形成六角環層結構外垂直層面形成多原子相連的π鍵，類似于苯六元環的鍵非常穩定，使石墨烯具有很高的化學穩定性 、優異的機械強度、良好的物理屏蔽性能和較大的比表面積等優點，使其應用到涂料中可起到長效防腐的效果，進一步提升涂層的防護作用。

工業漆中環氧類防腐涂料主要是由環氧樹脂，助劑，功能顏填料和溶劑等組成的A組分和環氧固化劑B組分組成涂料在線coatingol.com。環氧樹脂類防腐涂料的機械性能良好，附著力、沖擊和柔韌性等都能滿足標準要求，并且耐溶劑、酸、堿、水的化學性質優異，所以環氧樹脂在防腐涂料中應用較為廣泛。目前石墨烯涂料主要是在基材上形成石墨烯沉積膜實現屏蔽防銹，石墨烯的防腐機理的研究仍不夠全面，石墨烯在涂料中主要存在分散性問題和石墨烯的導電性問題，所以石墨烯涂料需要進行進一步研究?；诖?，本研究使用改性功能化石墨烯可以直接分散于涂料中形成穩定的分散體，避免石墨烯分散困難和沉積的問題，將其加至環氧樹脂中制備出不同石墨烯含量的改性涂層，系統研究石墨烯改性涂層的耐鹽水、耐鹽霧及電化學等性能。

1 實驗部分

1.1 石墨烯改性環氧富鋅涂料制備

1.1.1 制備方法

（1）A組分：取二甲苯、正丁醇混合稀釋劑加入功能化石墨烯分散攪拌(800 r/min)10 min使其充分混合至完全分散，將樹脂加入分散罐內，攪拌分散 (800 r/min)10 min使其完全溶解，加入助劑，攪拌 15 min 加入鋅粉和防銹填料，高轉速(1200 r/min)分散30 min后，加入其余填料(800 r/min)分散 15 min，檢驗合格后過濾包裝。B組分：將固化劑按比例分裝。參考配方如表1所示。

表1 石墨烯環氧富鋅底漆參考配方表

（2）配漆A、B（成品直接分裝）組分按質量比 10∶1 混合后，稀釋至施工黏度。

1.1.2 涂裝制板

性能測試制板分為基本物理性能測試和鹽霧性能測試，其中物理性能測試樣板用50×120mm馬口鐵板，樣板厚度0.2-0.3 mm，噴涂前按照標準規定進行打磨，按GB/T 9271—2008《色漆和清漆標準試板》進行打磨程度檢查和酒精清洗。然后依據GB/T 1727—2021《漆膜一般制備方法》進行制備樣板涂層，測定涂層干膜厚度在（23±3）μm進行養護；鹽霧性能測試樣板使用低碳鋼噴砂鋼板，尺寸規格70㎜×150㎜厚度1㎜厚度，表面噴砂粗糙度在40-70μm，按照標準表面處理等級按GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理》規定的噴射清理等級達到Sa2.5級，測定干膜膜厚（90±10）μm，制備樣板養護10d后進行性能測試。

2 結果與討論

2.1 石墨烯環氧富鋅底漆基本性能測試

根據測試標準：GB/T 28699-2012《鋼結構防護涂裝通用技術條件》對其基本性質進行檢測，測試結果如表2所示。

表2 石墨烯環氧富鋅底漆性能

由表2可知，石墨烯的添加石墨烯未對漆膜的耐沖擊性和附著力產生影響，并且漆膜的耐鹽霧性對于標準有明顯的提高，由于石墨烯在涂料中均勻分散形成良好的屏蔽作用，有效地隔絕腐蝕介質的進入。

由圖1掃描電鏡照片中a和b可以看出，傳統富鋅底漆由于鋅粉含量高，涂裝在鋼板表面漆膜存在大量的針孔，對腐蝕介質的屏蔽作用較差，主要依靠犧牲陽極的陰極保護起到防腐的效果；涂料中加入石墨烯后由于石墨烯的均勻分散，對漆膜中的孔隙進行填補，對漆膜的屏蔽作用有良好的促進作用，并且形成穩定的結構，減少涂層缺陷。

圖1  環氧富鋅底漆(a)和石墨烯改性環氧富鋅(b)的掃描電鏡照片

2.2 漆膜耐鹽水實驗

在Q235鋼板表面涂裝涂料，漆膜厚度在30 μm左右，將涂裝表干后的試片封邊，放入質量濃度為3.5%的鹽水中浸泡，定時觀察并記錄不同時間內漆膜的情況。由圖2可以看出，鹽水浸泡1500h，漆膜未出現起泡和破裂，試片表面未被鹽水腐蝕，說明石墨烯改性環氧防腐涂層具有較強的耐鹽水作用，可以有效地阻止鹽水的滲入，起到良好的防腐蝕作用。

圖2 石墨烯改性環氧防腐涂料鹽水浸泡720h、1008h和1500h表面腐蝕情況

2.3 石墨烯添加量對腐蝕速率的影響

功能化石墨烯可以有效地屏蔽腐蝕介質減緩因腐蝕造成的轉化，保證了漆膜的耐腐蝕持久長效性，通過增重法計算漆膜中性鹽霧試驗800h后的腐蝕速率，對石墨烯添加量對漆膜的影響如圖3所示。石墨烯添加量在0.5%時漆膜的腐蝕速率明顯減低，當添加量較少時，屏蔽作用較差，并不能分散完全形成穩定的結構，會出現鋅粉消耗腐蝕速率增加；當添加量較大時，由于石墨烯的團聚作用，使得漆膜出現屏蔽缺陷，腐蝕速率會明顯增加，所以在添加量為0.5%時可起到良好的作用。

圖3 石墨烯添加量對漆膜腐蝕速率的影響

2.4 電化學性能測試

在不同石墨烯添加量的條件下對漆膜進行塔菲爾試驗，對腐蝕電流和腐蝕電位進行對比，結果見圖4。

圖4 不同石墨烯添加量塔菲爾曲線

由圖4可見，在石墨烯添加量在0.5%時，漆膜的耐腐蝕能力最強，在添加量過高或過低的情況下腐蝕電位明顯負移，腐蝕電流增大，耐腐蝕能力減弱，可見在石墨烯添加量為0.5%時漆膜的耐腐蝕性最好，為最佳添加量。

2.5 漆膜附著力測試

粘結強度是涂層非常重要的力學性能，因為涂層一旦與基體脫離，其他的保護機制都將失效。圖5為添加石墨烯和未添加石墨烯涂層拉拔實驗后的表面形貌和粘結強度對比。

圖5 未添加石墨烯（a）和添加5%石墨烯（b）和附著力數值（c）對比圖

由圖5可知，添加和未添加環氧涂層鋁錠周圍沒有產生裂紋，未添加環氧富鋅粘結強度為10.9 MPa、添加5%石墨烯改性涂層的粘結強度為11.7 MPa，均高于10 MPa，表明涂層與基體的粘結性能優異，添加石墨烯后進一步提升了漆膜的粘結強度，提高了耐腐蝕能力，滿足與金屬基體粘結力大于5 MPa的技術要求。

2.6 與市售產品性能對比

由于長效防腐涂料市場的發展，石墨烯在涂料技術中的應用也逐漸廣泛，但產品質量魚龍混雜。本實驗對市售石墨烯涂料產品與本產品進行性能對比，其中耐鹽霧2000小時后樣板漆膜的表觀進行對比如圖6所示。其中本產品未劃線部分未出現起泡和腐蝕現象，漆膜良好，劃線部位出現微量腐蝕腐單向擴蝕未超過2mm；市售產品未劃線部分完整性良好但漆膜部分出現起泡現象，劃線部分出現了明顯的腐蝕擴蝕，說明本產品比市售產品的耐腐蝕性好，更有長效保護的效果。表3為物理與化學性能對比，結果表明本產品的附著力、耐鹽水和耐鹽霧效果均優于市售產品。

圖6 本實驗產品（a）與市售產品（b）耐鹽霧2000h對比圖

表3 本產品與市售產品性能對比

3 結 語

本研究的石墨烯環氧防腐底漆可直接分散在環氧漆體系中，具有良好的耐腐蝕作用，可以達到5000h的長效防腐，添加0.5%石墨烯能明顯增強涂層的腐蝕穩定性，但1%石墨烯的改善作用下降，這主要與其在涂層中的團聚行為有關；石墨烯的添加不影響漆膜的附著力，并進一步提高了漆膜的附著力；石墨烯防腐涂料各項制備均滿足標準要求。本研究將石墨烯環氧防腐底漆與市售石墨烯涂料進行對比，本產品的耐鹽霧、附著力和耐鹽水性能優于市售產品；由于國家政策對新型材料發展的引導，推動了石墨烯在防腐領域的研究和應用，但研究仍存在不足，對于本產品的貯存穩定性仍需提高，長效防腐機理研究仍需進一步進行。

參考文獻（略）

作者|周忠偉，張建雄，金少波，等

（金隅微觀（滄州）化工有限公司，河北滄州061108）