腐蝕一直是制約各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問(wèn)題之一，全球每年有2.5萬(wàn)億美元左右的直接經(jīng)濟(jì)損失是因腐蝕造成的，應(yīng)用防腐涂料是解決腐蝕問(wèn)題的主要方式之一。防腐涂料是指由底漆、中漆和面漆組成的具有防腐蝕功能的涂料，依據(jù)涂料應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以分為常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料。常規(guī)防腐涂料是在一般條件下，對(duì)金屬等起到防腐蝕的作用，保護(hù)有色金屬使用的壽命；重防腐涂料是指相對(duì)常規(guī)防腐涂料而言，能在相對(duì)苛刻腐蝕環(huán)境中應(yīng)用，并具有能達(dá)到比常規(guī)防腐涂料更長(zhǎng)保護(hù)期的一類(lèi)防腐涂料。

石墨烯因具有超大比表面積、氣相阻隔性能、優(yōu)良的導(dǎo)電 性能、力學(xué)性能以及化學(xué)穩(wěn)定性，拓展了其在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用。發(fā)展我國(guó)的防腐涂料技術(shù)，是未來(lái)我國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展需求。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于技術(shù)限制，我國(guó)重防腐涂料和核心原料嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。直到2020年10月，石墨烯復(fù)合陶瓷耐蝕涂料發(fā)布會(huì)的召開(kāi)，宣布由烯旺科技開(kāi)發(fā)的石墨烯改性涂料正式進(jìn)入化學(xué)品防腐領(lǐng)域，為傳統(tǒng)防腐涂料帶來(lái)強(qiáng)化升級(jí)，以新技術(shù)帶動(dòng)中國(guó)耐蝕樹(shù)脂涂料進(jìn)入4.0時(shí)代，實(shí)力突破歐美20多年關(guān)鍵技術(shù)壟斷。

一、行業(yè)現(xiàn)狀

自 2017 年以來(lái)，中國(guó)在石墨烯材料的研究領(lǐng)域不斷取得突破，得益于中國(guó)政府政策的支持和產(chǎn)業(yè)資金的持續(xù)投入，中國(guó)石墨烯研發(fā)水平逐步提高，已進(jìn)入研發(fā)技術(shù)突破階段，中國(guó)石墨烯相下游中高端產(chǎn)品的種類(lèi)在這一時(shí)期也呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，石墨烯超級(jí)電容、石墨烯電子器件以及石墨烯柔性膜等產(chǎn)品相繼問(wèn)世。

根據(jù)頭豹數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)石墨烯行業(yè)新增企業(yè)數(shù)量由 2014 年的 362家增長(zhǎng)至2018 年的1143 家，年復(fù)合增長(zhǎng)率為 33.3%；在技術(shù)研究方面，石墨烯行業(yè)發(fā)展至成熟商用期至少需要 20 年時(shí)間，中國(guó)石墨烯行業(yè)仍整體處于以研究為主的階段，大部分產(chǎn)品并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的市場(chǎng)應(yīng)用；在產(chǎn)業(yè)鏈方面，石墨烯行業(yè)相應(yīng)的下游應(yīng)用和應(yīng)用產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)范和市場(chǎng)準(zhǔn)入制度并未設(shè)立，下游市場(chǎng)尚未進(jìn)入成熟階段。

歐美企業(yè)占據(jù)全球石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國(guó)石墨烯行業(yè)正處于市場(chǎng)導(dǎo)入期，產(chǎn)品尚未成熟，行業(yè)利潤(rùn)率較低，但市場(chǎng)增長(zhǎng)率較高。目前我國(guó)已經(jīng)形成京津冀魯、長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲的三大聚合區(qū)，多地分 布式發(fā)展的石墨烯產(chǎn)業(yè)格局。

二、石墨烯防腐涂料的防腐機(jī)理

電化學(xué)腐蝕是最為常見(jiàn)的一種腐蝕。腐蝕過(guò)程中形成了腐蝕電池，產(chǎn)生了腐蝕電流，所以金屬腐蝕實(shí)際上是一個(gè)短路的原電池反應(yīng)，金屬作為陽(yáng)極失去電子，電解液作為陰極得到電子，整個(gè)過(guò)程的氧化還原反應(yīng)分別列屬于陽(yáng)極和陰極反應(yīng)，是金屬腐蝕的主要類(lèi)型。

1、片層阻隔效應(yīng)

石墨烯具有良好的疏水性能，能夠阻隔環(huán)境中的水、氧氣、氯離子等的滲透，同時(shí)，均勻分散且取向平行于基底表面的石墨烯防腐涂層能夠形成迷宮阻隔屏障，阻礙腐蝕介質(zhì)的滲透路徑，阻斷原電池形成的通路，延緩基底的腐蝕速率，石墨烯的片層阻隔效應(yīng)如圖。

2、耐磨作用

石墨烯具有良好的力學(xué)性能，普通的樹(shù)脂涂層抵御劃痕的能力較差，石墨烯的摻入使得復(fù)合涂層具有優(yōu)異的彈性和抵抗變形的能力，增強(qiáng)了復(fù)合涂層的硬 度，在磨損過(guò)程中，石墨烯形成了滑移層且摩擦熱被迅 速轉(zhuǎn)移散發(fā)，因此增強(qiáng)了涂層的耐磨性，石墨烯樹(shù)脂復(fù)合涂層可持久避免涂層出現(xiàn)局部破損，延長(zhǎng)涂層的使用壽命。

3、導(dǎo)電效應(yīng)

石墨烯的導(dǎo)電效應(yīng)如圖所示，當(dāng)防腐涂層出現(xiàn)局部破損時(shí)，由于石墨烯的引入賦予涂層優(yōu)良的導(dǎo)電性，可將陽(yáng)極反應(yīng)的電子傳輸至涂料表面使得陰極反應(yīng)在涂層表面發(fā)生，因此陰極反應(yīng)生成的OH-與陽(yáng)極反應(yīng)生成的Fe3+不能接觸反應(yīng)，隨著Fe3+的累積，陽(yáng)極反應(yīng)將受到抑制，從而達(dá)到抑制腐蝕的效果。

4、陰極保護(hù)作用

通過(guò)添加鋅粉或鋁粉在防腐涂料中，使活性鋅（鋁）作為腐蝕反應(yīng)的陽(yáng)極，保護(hù)作為陰極的金屬基體，但是鋅粉的使用量非常高才能達(dá)到預(yù)期效果，但是大量的鋅存在會(huì)增大涂層孔隙率，降低防腐效果，通過(guò)摻入導(dǎo)電石墨烯，使其作為涂層中鋅顆粒的導(dǎo)電橋梁，提升鋅的利用率，促進(jìn)犧牲陽(yáng)極的電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，但是也有研究表明當(dāng)石墨烯取向平行于金屬基底表面時(shí)，雖然能增強(qiáng)屏障阻隔作用，但是石墨烯對(duì)活性鋅的有效傳輸作用減弱，削弱了鋅對(duì)金屬基體的保護(hù)作用，磁性石墨烯對(duì)富鋅涂層中鋅的活化機(jī)理。

三、結(jié)語(yǔ)

石墨烯的研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關(guān)的材料廣泛應(yīng)用在電池電極材料、半導(dǎo)體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛在的應(yīng)用價(jià)值，在化學(xué)、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學(xué)科領(lǐng)域已取得了一系列重要進(jìn)展。 研究者們致力于在不同領(lǐng)域嘗試不同方法以求制備高質(zhì)量、大面積石墨烯材料。并通過(guò)對(duì)石墨烯制備工藝的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，降低石墨烯制備成本使其優(yōu)異的材料性能得到更廣泛的應(yīng)用，并逐步走向產(chǎn)業(yè)化。