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。     

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。     

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。     

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.     

中科院宁波材料所“有机硅改性石墨烯增强环氧防腐耐磨涂层研究”取得进展

双酚A型环氧树脂是环氧树脂中产量最大、使用最广的一种热固性树脂,具有固化收缩率低、成型容易、粘结能力强、力学强度高和耐化学腐蚀性优异的特点,被广泛用作涂料、粘结剂和复合材料等的树脂基体。环氧树脂固化形成的三维孔隙、缺陷等会导致树脂基体致密性差、阻隔性能低,抗剪切强度低和摩擦磨损性能差,进一步限制了其在防腐耐磨等领域中的应用。近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋功能材料团队与北京科技大学腐蚀控制系统工程团队展开合作,在研究员王立平、赵海超及教授李晓刚、张达威的共同指导下,博士生叶育伟等人设计系列实验克服了石墨烯(氧化石墨烯)在溶剂及基体树脂中的团聚问题,成功制备出具有优异防腐耐磨性的石墨烯增强型环氧复合涂层。     

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。     

纳米复合海洋防污涂料研究进展

海洋生物污损带来巨大的损失是亟须解决的难题。开发含纳米填料的无机-有机杂化涂料是传统防污手段的绿色替代方案,然而目前缺乏纳米复合涂料在海洋防污领域应用的系统报道。综述无机纳米材料改性聚合物涂料的研究进展,按照防污机制的不同,重点总结低表面能纳米复合防污涂料、超疏水纳米复合防污涂料、释放型纳米复合防污涂料、催化型纳米防污涂料、多因素协同纳米防污涂料的研究现状,对其防污特性进行分析,并指出各类涂层所存在的问题。最后,提出无机纳米材料在聚合物中的稳定分散、多种防污机制协同优化、无机纳米复合涂层的长效防污性能保障是纳米防污涂料在海洋防污领域所面临的难题及未来发展方向,填补了纳米复合涂料在海洋绿色防污领域应用系统报道的空白。     

石墨烯在有机防腐涂层领域的应用研究进展

石墨烯凭借其优异的物理阻隔性、化学稳定性、导电性以及良好的力学性能等综合性能,成为防腐涂料领域的研究热点.综述了石墨烯在有机防腐涂层领域的应用研究进展.首先,围绕防腐涂料耐蚀性能和使用寿命的必要条件,从涂层的物理屏蔽性、自修复性、附着力以及阴极保护功效四个决定涂料耐蚀性的重要因素入手,结合石墨烯/氧化石墨烯相匹配的片层屏蔽效应、多活性位点、与基材的结合强度以及导电性等优异特性,对石墨烯在涂层中的作用进行分析.其次,针对石墨烯在涂层应用中所面临的分散性差的问题,对多种分散方式下的研究进展进行了总结,比较了不同分散方式的优缺点.同时,提出石墨烯的有序排列是在充分分散的基础上,进一步提高涂层屏蔽性的方法,发挥其屏蔽性的前提是石墨烯材料呈平行于基材的方向分布,因为垂直或者呈杂乱方向分布的石墨烯/石墨烯衍生物无法满足涂层的结构致密性需求,有悖于屏蔽理念.另外,针对石墨烯在涂层应用中所面临的电偶腐蚀问题,结合石墨烯的分散性,探讨并总结了关于石墨烯在涂料体系中的用量规律,并提出可通过石墨烯的绝缘化以及引入自修复基团来减弱和消除电偶腐蚀效应的建议.最后,从分散稳定性、电化学防腐性、环保性、经济性等方面,进一步总结分析了未来石墨烯在防腐蚀领域中的发展趋势及研究建议.     

有机硅防污涂料的研究进展

随着海洋环保意识的提高,环境友好型防污涂料应运而生。有机硅防污涂料利用物理手段抑制生物污损,不对海洋环境造成污染,目前得到了广泛的开发和使用。然而有机硅材料自身的结构特点,导致有机硅防污涂料存在很多缺陷,需要对其进行改善。介绍了聚合物改性有机硅涂料、微纳米粉体改性有机硅涂料以及有机硅仿生复合防污涂料体系的研究进展,指出氟硅改性有机硅在保证有机硅涂料低表面能特性的同时,可提升涂料的机械性能。聚氨酯改性有机硅和丙烯酸改性有机硅,利用聚氨酯和丙烯酸树脂对基材优异的附着力,从而提升有机硅防污涂料与基材的附着力。微纳米粉体改性有机硅,最重要的特点是可以与树脂改性同时进行,从而实现双效防污的效果。应对仿生技术的发展,构建有机硅仿生复合防污涂料,通过模拟海洋生物的生物特性,实现长效持久的防污效果。最后提出未来有机硅防污涂料将向着多重改性、复合防污的方向发展。     

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。     

石墨烯在金属防护中的应用与展望

石墨烯(类)材料作为明星材料,是诸多应用领域的研究热点。主要从两个方面综述了石墨烯材料在金属腐蚀防护中的应用研究现状,简要概述了单纯的石墨烯薄膜用于金属防护的发展历程,并对该防护手段的弊端进行了分析与讨论,得出石墨烯薄膜不适合直接覆于金属表面用于防腐蚀的结论。详细介绍了石墨烯复合防护涂层的制备方法与性能,针对将石墨烯类材料作为填料改性防护涂层的研究现状,概括了该防护手段的缺点与改进策略,即通过在氧化石墨烯表面进行分子(硅烷偶联剂、聚合物单体等)修饰和表面覆盖纳米粒子(纳米Si O2、Al2O3、Ti O2颗粒等),达到增强石墨烯材料与防护涂层之间的相容性的目的。在此基础上,提出了"主动防护"的概念,构想出一种以石墨烯材料为基础的新型缓蚀剂纳米存储器,同时提出石墨烯材料的深层防护机制仍亟待解决。最后,立足于整个石墨烯行业,从工业化应用的角度出发,对石墨烯防护技术进行了展望。     

金属-石墨烯复合涂层研究进展

对石墨烯与各种材料的复合涂层进行了详细的介绍,主要包括金属-石墨烯复合涂层的制备方式、制备工艺、石墨烯的分散性以及石墨烯的添加对涂层性能的影响.电沉积、化学镀和电刷镀等制备方式都可以获得均匀致密的复合涂层,石墨烯的加入细化了涂层的晶粒,使涂层的微观形貌发生了一定的改变.石墨烯作为第二相粒子添加时,机械超声分散效果较差,一般通过添加表面活性剂再配合机械超声分散的方式来分散石墨烯,表面活性剂中的阴离子活性剂与阳离子活性剂配合使用分散效果较好.另外,还有一种保持石墨烯在溶液中浓度动态平衡的方法也有较好的效果.石墨烯作为第二相粒子加入金属涂层中,增强了金属涂层的导热、导电、耐磨、硬度和耐腐蚀等方面性能.最后,分析展望了金属与石墨烯复合涂层的发展趋势.     

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.     

Electrodeposition and Corrosion Resistance of Ni-Graphene Composite Coatings

The research on the graphene application for the electrodeposition of nickel composite coatings was conducted. The study assessed an important role of graphene in an increased corrosion resistance of these coatings. Watts-type nickel plating bath with low concentration of nickel ions, organic addition agents, and graphene as dispersed particles were used for deposition of the composite coatings nickel-graphene. The results of investigations of composite coatings nickel-graphene deposited from the bath containing 0.33, 0.5, and 1 g/dm³ graphene and one surface-active substance were shown. The contents of particles in coatings, the surface morphology, the cross-sectional structures of the coated samples, and their thickness and the internal stresses were studied. Voltammetric method was used for examination of the corrosion resistance of samples of composite coatings in 0.5 M NaCl. The obtained results suggest that the content of incorporated graphene particles increases with an increasing amount of graphene in plating bath. The application of organic compounds was advantageous because it caused compressive stresses in the deposited coatings. All of the nickel-graphene composite layers had better corrosion resistance than the nickel coating.     

石墨烯减摩抗磨涂层技术研究现状

石墨烯特殊的晶体结构决定了其优异的物理、化学性能,在机械零件减摩抗磨领域具有非常重要的应用前景。首先简要介绍了石墨烯的结构特征、物理性能及分散改性方法,指出目前的分散改性方法以物理分散法和化学分散法为主,但分别存在分散效率低和可能引入缺陷的局限性。然后,概述了石墨烯的微观和宏观减摩机理,分别为面外褶皱机理和类石墨的层间滑移机理。此外石墨烯优良的耐蚀性也有助于提升其在腐蚀工况下的减摩抗磨性能。在此基础上,重点对各类石墨烯减摩抗磨涂层制备方法进行了详细介绍,主要有分散滴涂法、化学气相沉积法、电沉积法等,分析讨论了不同制备方法的优缺点,由于电沉积法工艺简单且可控性好,是极具发展潜力的石墨烯涂层制备方法。最后,针对石墨烯减摩抗磨涂层制备和应用中的问题,对石墨烯减摩抗磨涂层设计-制备-应用方向进行了展望,提出了应重点从提升石墨烯分散稳定性、经济适用性、生产标准化、严苛工况适应性四个方面着手大力开展研究。     

新型化学反应法制备SiC/Al2O3复相陶瓷涂层

陶瓷涂层材料以其高硬度、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等一系列优点,在航空航天、武器装备、核工业、石油化工等领域具有广阔的应用前景.SiC/Al_2O_3复相陶瓷在常温和高温下都具有较好耐磨性和化学稳定性,是一种极具工程应用前景的复合陶瓷材料.本研究采用优质陶瓷先驱体聚合物PCS,添加惰性填料SiC纳米颗粒和活性填料金属Al粉共同作用,克服了先驱体法制备陶瓷材料中存在较大体积收缩的缺点,在金属基体上制备了单层厚度可达50 μm的致密SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,复相陶瓷涂层中的SiC来自于先驱体PCS热解转化的SiC和添加的纳米SiC颗粒;其中的Al_2O_3来自于金属Al粉的氧化.该化学反应方法在金属基体上成功地制备出连续、致密的SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,既简单又方便,表现出极大的应用潜力.