海洋工程用防腐涂料

21世纪是海洋世纪，围绕海洋资源开发、海洋环境安全和海洋权益维护，国际上正开展新一轮的海洋竞争。随着我国大力推进深海战略，加大南海开发进程以及海上丝绸之路建设，我国对高端海洋装备的发展和维护提出了更高的要求。海洋装备和海洋工程长期服役于海洋环境中，无法回避的是在复杂苛刻海洋环境下的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损等问题。海洋工程材料的腐蚀每年给国家造成近万亿元的经济损失，已俨然成为制约我国重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一。因此，针对我国重点海域和重大海洋工程所面临的共性和关键防腐蚀问题，开展海洋工程结构设施的涂层防护技术不但可以有效延缓腐蚀发生，减少维修维护费用，而且对减少恶性事故的发生，提高海工设施的服役安全性大大具有重大意义。

应用前瞻

我国与海洋相关的涂料大约占到涂料市场总量的1/10，市场需求超过350亿元。随着我国海洋产业开拓力度的加大，海洋涂料的需求量年均增速将超过20%。海洋重防腐涂料的发展是为国家海洋产业发展总体战略服务，也是我国由近海走向深海，成为海洋大国必不可少的组成部分。利用石墨烯二维纳米片超强的屏蔽效应、导电性能、化学稳定性，可以实现大幅提高涂料的抗渗透性、抗静电性、耐磨性能。石墨烯添加的重防腐涂料有望在船舶，海上石油钻井平台，风力发电、沿海岛礁设施等领域取得规模化应用。

最新研究进展

海洋防腐涂料可分为海洋钢结构防腐涂料和非钢结构(主要指海洋混凝土)防腐涂料。海洋防腐涂料体系主要有无机富锌、有机富锌、有机硅、环氧、丙烯酸、聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷类涂料，可根据不同海洋环境腐蚀特点和防腐年限选用不同的涂料和涂层体系。在海洋环境中，材料腐蚀损伤的本质是电化学腐蚀，其机制是水、氧和氯离子等腐蚀因子在多重海洋环境因素耦合作用下渗透到材料表面所导致的电化学腐蚀和氯离子腐蚀。通常在有机涂层中加入纳米级的无机填料如SiO2、TiO2、ZnO、BaSO4等无机纳米填料可以和有机高分子树脂形成良好的协同作用，填充涂层的空隙，增强涂层的致密性和抗离子渗透性，并且能改善涂层的流变性能，增加涂层的附着力、硬度，光洁度和耐热耐老化性能，是海洋重防涂料的重要发展方向之一。另外在重防腐涂层体系中加入鳞片状填料也具有很好的阻隔腐蚀介质渗透效应。常用的鳞片状填料主要有片状的云母、云母氧化铁、石墨、片状锌粉、不锈钢和玻璃鳞片等。其中片状云母、云母氧化铁、石墨等由于价格便宜，在船舶防锈涂料中得到大量应用，然而较厚的无机片层填料(2~5 μm)要求涂层的厚度远大于常规涂层防护体系，涂装工艺复杂。

自从2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中剥离出单层石墨烯以来，石墨烯以其独特而优异的导电性、化学和热稳定性、热传导性、润滑性以及力学性能等迅速引起学术界和产业界的重视。特别是单层石墨烯厚度仅有一个碳原子直径大小(0.335 nm), 其稳定的SP2杂化结构使其能在金属与腐蚀介质间形成物理阻隔层，阻止腐蚀介质的扩散和渗透, 被认为是已知最薄的腐蚀防护涂层。将石墨烯二维纳米片加入到防腐涂料中，可以综合石墨烯及有机涂料的性能，是最有可能实现石墨烯涂料在防腐领域应用的途径。石墨烯的超薄二维纳米片层结构可以通过“迷宫式”的物理屏障作用阻止腐蚀介质在涂层中的扩散，显著降低金属的腐蚀速率，提高金属的耐蚀能力。同时石墨烯的小尺寸效应，可以填充到涂层体系的孔隙和缺陷中，减少涂层裂纹，增加涂层的致密性。石墨烯优良的化学稳定性可以提高涂层的耐热性，耐酸碱性，而石墨烯的高导电性和润滑性可以赋予涂层新的性能有导静电，自润滑和耐磨性能。另外从电化学角度说，石墨烯的高导电性能够迅速转移腐蚀电流，防止在金属表面发生电化学反应，对金属底材起到钝化作用，进而提高涂料的耐腐蚀性能。当然也有研究认为石墨烯的高导电性会加速石墨烯的电化学腐蚀。

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