 海洋腐蚀问题是导致海上设备失效的主要原因之一，也是全球腐蚀的难题。二维材料，特别是石墨烯的发现为开发新型海洋设备重防腐涂层提供了新的思路。石墨烯具有单原子层结构及分子不可渗透性，被认为是最薄的防护材料。 然而，人工制备的石墨烯容易再团聚，无法充分发挥石墨烯单片层的优异特性。此外，石墨烯是导电碳材料，它具有较强的腐蚀促进活性。 团聚的石墨烯会加剧聚合物涂层的局部微电偶腐蚀导致涂层破损，而在破损处，石墨烯将极易诱发其自身的腐蚀促进活性，并以最快的速度释放电子，加速金属基体的腐蚀，这导致石墨烯在防腐领域的商业化和规模化应用进程极为艰难。 中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与粘合剂余海斌团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层在破损后加速金属基体腐蚀这一隐患，采用氮化硼纳米点（BNNDs）作为商业化石墨烯的分散剂，利用其原子结构和表面化学性能实现其在聚合物中的均匀分散。  通过化学方法获得的BNNDs通常含有丰富的亲水基团（如羧基和羟基）。这些亲水基团可以在水中进行电离，赋予BNNDs优异的溶解性。BNNDs被认为是单层或半层绝缘氮化硼纳米片，横向尺寸小于50nm。BNNDs通过强烈的π-π作用吸附于石墨烯表面，以增加其分散性。同时，BNNDs的存在屏蔽了石墨烯的导电特性，有效抑制了其阴极腐蚀促进活性。  电化学测试表明，BNNDs改性的石墨烯材料具有优良的防护性能，复合涂层的腐蚀速率相对空白涂层下降了280倍，涂层电阻增加了2个数量级。鉴于BNNDs不会影响石墨烯的本征特性，因此，BNNDs分散石墨烯有望快速推进商业化石墨烯在防腐领域的应用。 另外，作为近几年发展起来的另一种新材料——磷酸锆，同样可以用在防腐涂料中，提高防腐性能。华南理工大学发明公开了一种含片层状磷酸锆和碳纳米管的海洋防腐粉末涂料，其通过耐盐雾性能、耐湿热性能和电化学性能测试证实其防腐性能有显著提高。运用在高盐雾，高湿热，干湿交替、浸没等环境的海洋工程材料涂装中，能够大幅度提高海洋工程材料的防腐蚀性能。 制备方法 1、 原料配方组成和质量分数如下： 聚酯树脂65份(325g)；固化剂4.8份(24g)；磷酸锆4.5份(22.5g)；碳纳米管0.5份(2.5g)；颜料8.4份(42g)；填料15份(75g)；流平剂0.6份；光亮剂1份(5g)；固化促进剂0.2份(1g)。 2、其制备方法包括以下步骤： （1）、根据上述原料配方，按质量用电子天平称取各组分原料，充分搅拌均匀； （2）、采用双螺杆熔融挤出机熔融挤出经步骤（1）搅拌均匀的原料，挤出温度控制在120℃，转速控制在250r/min； （3）、将步骤（2）中熔融挤出的原料冷却，经粉碎机粉碎，旋风分离器筛分，得到粒径为160目的成品粉末涂料。  防腐原理 1、采用具有纳米片层状结构的磷酸锆作为填料。该类磷酸锆片层状结构稳定，机械强度很高，不溶于水和有机溶剂，具有较强的耐酸碱能力。将片层状磷酸锆引入到海洋防腐粉末涂料的配方中，片层状结构层层堆叠可以大大的增加腐蚀介质的渗透路径，有效阻止小分子腐蚀介质和氧化性物质的浸入，能起到很好的物理屏蔽作用。 2、采用具有超高导电性的碳纳米管作为填料。碳纳米管具有极佳的导电性能，其抗拉强度可达到50～200GPa，是钢的100倍；硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，将其作为填料引入到海洋防腐粉末涂料中可赋予涂层优异的电子传递性能，阳极所产生的电子可以通过碳纳米管网络顺利传导到涂膜表面，使电化学腐蚀的阴极反应及反应产物由钢制基材表面转移到防腐涂层表面，有效减少基材表面腐蚀产物的堆积，抑制涂层的起泡脱落，最终提高了涂膜附着力的持久性和使用寿命。碳纳米管同时可以明显提高涂料的机械强度和韧性，进一步提高防腐涂料的附着力与硬度，提高涂料的使用寿命。 3、综合利用磷酸锆的物理屏蔽作用和碳纳米管的机械性能与电荷传导作用，开发含片层状磷酸锆和碳纳米管的海洋防腐聚酯粉末涂料，显著的提高了纯聚酯海洋防腐粉末涂料的防腐性能，对高盐雾，高湿热海洋环境的金属防腐涂料的发展起到较大的推动作用。 不管是石墨烯，还是磷酸锆，针对防腐涂料的研发从未停止。开发出高性能防腐涂料产品，是海上设备不失效的关键。 |
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