進入21世紀后，海洋經濟越來越受到世界各國的高度關注。我國“十四五”規劃中也明確指出海洋戰略是我國經濟發展戰略的重要組成部分。海洋工程裝備腐蝕過程主要來源于金屬表面與海洋腐蝕介質的化學或電化學腐蝕，因此在金屬表面開發出適應于海洋復雜腐蝕環境的先進防腐材料和新型高效的防腐特種技術就顯得尤為重要。

    一般采用的像化學氣相沉積法制備的石墨烯薄膜容易在石墨烯晶格中存在著孔洞或微裂紋等缺陷。腐蝕介質很容易通過這些缺陷擴散到金屬基體表面，從而在石墨烯晶粒界面或石墨烯薄膜與金屬基體界面產生輕微腐蝕現象。因此，更多的學者將石墨烯及其衍生物作為防腐功能性填料添加到聚合物中，制備具有一定防腐能力的聚合物基石墨烯復合防腐涂層。該防腐涂層新技術具有操作簡便、成本低、選擇性好、適用范圍寬、節約能源等優點，是一種高效、經濟、環保的普適方法。

1 石墨烯及其衍生物在聚合物防腐涂層中的應用

石墨烯具有極高的比表面積、熱穩定性和化學穩定性，在高溫、腐蝕、氧化和鹽溶液等環境中均能保持良好的穩定性，這對于聚合物基復合防腐涂層綜合性能的提升具有很大的幫助，可顯著提高涂層的防腐能力、耐磨性和涂層對金屬基體的附著力。將石墨烯與聚合物防腐基體進行高效復合，制備結構功能一體化的復合防腐涂層，是發揮石墨烯優異防腐特性、提升復合涂層防腐能力、實現復合防腐涂層大規模工業化應用的有效途徑。 特別是石墨烯衍生物由于羥基、羧基等親水性基團的存在，與聚合物的兼容性較高，更進一步提高了聚合物基防腐涂層實現商業化應用的可能性。

1.1 石墨烯在聚合物防腐涂層中的應用

憑借良好的力學性能、穩定性、耐溫性、導熱性、不可滲透性及高的徑厚比，單層石墨烯便能夠阻隔大部分腐蝕介質。不論是將石墨烯作為金屬材料表面薄膜，還是將其作為填料制成復合涂層，都能有效防止金屬的腐蝕，同時還能提高金屬表面的耐磨性和導電性等。 目前，在金屬面制備石墨烯薄膜的方法主要有CVD法、電泳沉積法（EPD）和層層自組裝法；而石墨烯填料的制備方法主要有機械剝離法、Hummer法和焦耳加熱法等。雖然CVD等方法制備的石墨烯薄膜在金屬防腐蝕早期具有優異的防腐效果，但是能耗高、成本高的特點阻礙了其工業化應用。從當前的國內外市場來看，工業上大多采用插層膨脹剝離法來制備石墨烯粉體和石墨烯漿料等產品。目前，石墨烯/聚合物防腐涂料在金屬結構材料、能源材料、海洋工程裝備等現代化工領域中已經得到廣泛應用。

1.2 氧化石墨烯在聚合物防腐涂層中的應用  

雖然少層二維片狀結構的石墨烯在聚合物基防腐涂料中起到很好的阻隔作用，可有效增強聚合物基防腐涂料的防腐蝕性能。但是石墨烯比表面積非常大，具有顯著的納米效應，容易在聚合物基體中發生團聚現象，使涂料在固化時極易產生大的孔隙，這為腐蝕介質的擴散滲透提供了良好的通道，大大影響了石墨烯/ 聚合物類復合防腐涂層的防腐蝕性能。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的化學氧化衍生物，同樣具有二維片層結構，此外其表面還含有豐富的親水性含氧官能團。這使GO除了擁有良好的阻隔屏蔽保護性能之外，還具有了其他更加優異的性能。特別是GO的羧基易與水性聚合物側鏈上的羧基結合形成氫鍵，從而提高在防腐涂料中的分散能力。此外,GO在聚合物基防腐涂料干燥固化過程中還會與聚合物分子鏈發生酯化反應，形成交聯網絡結構，有效提高防腐涂層的穩定性和附著力。GO豐富的含氧官能團還可以使其具有與其他功能性填料復合的能力，發揮協同增強效應。

當前，含GO粉體或漿料的聚合物基綠色水性防腐涂料已廣泛應用于重防腐等領域。而GO的氧化程度和長徑比是影響該涂層防腐蝕性能的關鍵，這將是該領域未來的重點研究方向。

1.3 還原氧化石墨烯在聚合物防腐涂層中的應O

還原氧化石墨烯（RGO）是GO經化學還原或高溫熱還原反應后丟失了部分含氧官能團（—OH和—COOH）的一種石墨烯衍生物。 相較于GO，RGO化學性質更穩定、疏水性更好、導電性較差、制作成本更低，與聚合物基體的相容性也更好，因此也更適合應用于海洋工程裝備等工業化防腐領域。

1.4 氟化石墨烯在聚合物防腐涂層中的應用

氟化石墨烯（FG）是將氟原子引入到石墨烯片層的碳原子上，使石墨烯部分氟化或全部氟化的石墨烯衍生物。FG不但保留了石墨烯二維片狀結構，還由于氟原子的引入，使其具有優異的穩定性、抗滲透性、良好的絕緣性、疏水性和較高的導熱系數。此外，FG作為填料加入到聚合物涂層中，可以改善涂層的耐高溫、耐腐蝕性和耐摩擦性，因此FG廣泛應用于高溫涂層、抗磨潤滑涂層以及耐腐蝕涂層。

2 結語

雖然石墨烯／聚合物防腐涂層在近幾年取得了非常顯著的進展，但在未來研究中還有一些非常關鍵的問題需要解決。首先，需要建立起石墨烯及其衍生物在不同聚合物基體中的分散方法、分散溶劑類型和改性劑數據庫，并結合機器學習著重解決石墨烯及其衍生物在聚合物基體中的團聚問題；其次，要更加深入地研究GN長徑比、RGO氧化程度和FG含氟量等因素對石墨烯／聚合物涂層防腐性能的影響；最后，還要對石墨烯及其衍生物在聚合物中前中后期的防腐蝕機理進行更加透徹的分析。從石墨烯及其衍生物的研究現狀和發展趨勢來看，對石墨烯及其衍生物進行改性修飾可賦予其更多優異的性質和功能，可以更加高效地改善防腐涂料的性能。石墨烯及其衍生物作為一種綜合性能優異的新型功能材料，必將在海洋工程裝備等重防腐蝕領域存在著巨大的應用潛力。

摘錄自《現代化工》第44卷第2期，如有侵權請告知刪除。