石墨烯防腐涂料研究进展（二）

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1.4 石墨烯分散技术改性
石墨烯片层间存在着强烈的π-π键相互作用，它会使石墨烯在聚合物基体中发生团聚，造成基体出现缝隙，从而失去阻隔水、氧等腐蚀因子的功效。因此利用一定方法，使石墨烯能够良好的分散在涂层中，对于石墨烯应用于防腐领域有着至关重要的意义。
常用的促进分散的方法是对石墨烯进行功能化改性，通过在石墨烯上接枝其他成分和结构来使石墨烯良好的分散。功能化石墨烯不仅可以保持其原有基本性能，而且可以赋予石墨烯新的特性 （光、磁性、疏水等），并可以根据涂层应用需求对石墨烯进行针对性的改进[13]。
根据石墨烯和氧化石墨烯的化学键或官能团等本征结构，将石墨烯或氧化石墨烯的表面功能化归纳为非共价键结合改性、共价键结合改性和元素掺杂改性三种；其中非共价键结合改性又可具体分为：π-π键相互作用、氢键作用、离子键作用和静电作用；共价键结合改性包括：碳骨架功能化，官能团羟基、羧基和环氧基的功能化；元素掺杂功能化改性中的元素包括N、B、P等不同元素。
非共价键功能化改性是指利用石墨烯的超大比表面积特点，将其氢键、π-π键等与其它化合物进行非共价键的结合，其优点是在满足改善石墨烯的分散性的基础上，可以保持石墨烯或氧化石墨烯本体结构不被破坏，保持了石墨烯固有的性质，但存在不稳定、作用力弱的缺点，有时需要添加稳定剂或进行超声分散。
共价键功能化改性是指石墨烯或氧化石墨烯表面的活性双键或其表面含氧基团与引入的基团发生化学反应生成共价键。石墨烯的骨架是稳定的多环芳烃结构，但骨架的边缘或缺陷部位具有较高的反应活性。氧化石墨烯表面含有大量的含氧基团 （羟基、羧基、环氧基），通过这些基团发生常见的化学反应，进一步改性氧化石墨烯。
目前对于石墨烯分散性的表征手段尚不严谨，且费时费力，所以如何解决石墨烯分散性问题仍是今后研究的热点和难点。
2 石墨烯防腐涂料
2.1 石墨烯防腐涂料的防腐机理
石墨烯具有超大的比表面积，分子不透过性，超高的导电性等优点，石墨烯在防腐涂料中的防腐机理可以总结为以下几点：
（1） 优异的阻隔性能。分散良好的片层结构的石墨烯在涂料中层层堆叠，填充涂料中的空隙，形成“迷宫”阻隔效应，使得涂层里的气泡或者裂纹无法进一步扩展，并且延长腐蚀介质的扩散路径，降低了金属基体的腐蚀速率
（2） 石墨烯与水的接触角较大，具有良好的疏水性，可以物理阻隔环境中的水分、氯离子和氧等的通过，起到防腐蚀的作用。
（3） 石墨烯优良的导电性可以阻碍海水中金属阳极腐蚀反应的进行，使得电化学的腐蚀速率降低。覆盖有石墨烯防腐涂料的金属出现破损时，由于石墨烯的存在，将阳极Fe失去的电子快速传递到涂料的表面，将阴极反应转移到涂料表面发生。
这样，阻隔了阴极反应生成的OH－与阳极反应生成的Fe3+生成新的物质，Fe3+不再消耗，在阳极不断积累，阳极反应的进行受到抑制，从而降低了Fe的溶解 （图2c）[16,17]。
2.2 石墨烯在防腐涂料中的应用进展
目前石墨烯应用于金属防护主要有两种方式，一种是石墨烯直接作用在金属基材上，防止金属基材被介质腐蚀，例如石墨烯薄膜防腐涂料；另外，是作为填料对聚合物涂层进行改性，利用物理屏障防止金属腐蚀。