金少波

（大廠金隅涂料有限責(zé)任公司，河北 廊坊065000）

涂料涂裝防腐蝕技術(shù)是應(yīng)用十分廣泛的一種技術(shù)方法，在納米技術(shù)的研究和應(yīng)用逐漸興起之后，將納米材料引入到防腐蝕涂料領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的關(guān)注。

1 國(guó)內(nèi)外納米防腐蝕涂料的研究概況

1.1 國(guó)外納米防腐蝕涂料的研究

就目前來(lái)看，納米材料的主要應(yīng)用形式有兩種，其一，將其應(yīng)用到傳統(tǒng)材料中以提升材料的整體性能；其二，采用成型工藝將納米材料制作成固體材料。相對(duì)而言，第一種形式最為常見(jiàn)。國(guó)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)針對(duì)納米防腐蝕涂料的研究成果如下：

1）Nanophase Technologies 公 司[1]將 透 明 清 漆和NanoTek 氧化鋁產(chǎn)品[2]混合后獲得了耐磨性極強(qiáng)的新型透明涂料。2）將納米TiO2和鋁粉顏料或是云母珠光顏料進(jìn)行混合并加入到涂料中，這種混合涂料常用作豪華轎車(chē)面漆，可以顯著的提升金屬顏色的豐滿度。此外，納米ZnO 在紫外光照射下會(huì)發(fā)生分解作用產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)，具有抗菌和除臭的效果。3）將納米超細(xì)粉末，如鎳鉻粉、鐵氧體粉末等配制具有隱身特性的材料可用于軍事領(lǐng)域，如飛機(jī)、軍艦、潛艇等。其原理是納米超細(xì)粉末對(duì)雷達(dá)波和紅外線均具有超強(qiáng)的吸收作用。4）日本松下公司[3]利用納米氧化物粒子所具有的半導(dǎo)體特性研制出了具有良好靜電屏蔽效果的復(fù)合涂料。

1.2 國(guó)內(nèi)關(guān)于納米防腐蝕涂料的研究

近些年來(lái)，我國(guó)很多研究人員都將精力投入到納米顆粒改善涂料性能的研究方面，研究?jī)?nèi)容涉及到了優(yōu)化原理、添加比例等。如中科院金屬研究所[4]針對(duì)因海洋環(huán)境而產(chǎn)生的腐蝕問(wèn)題，研究了納米改性環(huán)氧煤焦瀝青涂層，綜合應(yīng)用研磨和添加表面改性劑的方法，在環(huán)氧煤焦瀝青中添加不同比例的納米鈦粉，結(jié)果顯示納米鈦粉含量為10%的情況下，涂層的防護(hù)性能最優(yōu)。

此外，華南理工大學(xué)[5]基于不銹鋼和低碳鋼表面制備納米TiO2涂層的基礎(chǔ)上，添加SnO2實(shí)現(xiàn)了復(fù)合涂層的制備，這種涂層可以對(duì)低碳鋼的光陰極提供良好的保護(hù)，防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。北京化工大學(xué)[6]采用機(jī)械攪拌的方法將納米TiO2添加到環(huán)氧富鋅涂料中獲得了改性環(huán)氧富鋅涂料，將其涂在耐候鋼的表面可以減小腐蝕電流。浙江大學(xué)研究出了一種納米涂料的表面原位納米改性制備方法，采用此方法可以制備出具有優(yōu)良性能的納米涂料。

2 納米材料在防腐蝕涂料中的應(yīng)用分析

納米材料是一種具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)等多種效應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)體，將其應(yīng)用于防腐蝕材料中可以大幅度的強(qiáng)化材料的強(qiáng)度、人性以及收縮性，使其獲得更高的功能。目前，防腐蝕涂料中比較常用的納米材料包括以下幾種。

2.1 石墨烯材料在防腐蝕涂料的應(yīng)用

石墨烯屬于二維納米材料的一種，表現(xiàn)出表面疏水、量子霍爾效應(yīng)、大比表面積等多種特征，且具有優(yōu)異的電化學(xué)性質(zhì)以及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。其獨(dú)特的片層共軛結(jié)構(gòu)能夠形成多層疊加的致密的隔絕層。在防腐蝕涂料中，石墨烯的添加可以實(shí)現(xiàn)涂層微觀孔結(jié)構(gòu)的改善，使涂層能夠有效阻隔水、氧氣以及腐蝕離子的滲透。此外，利用改性體以共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵的修飾方式對(duì)石墨烯及其衍生物進(jìn)行處理后，可以使其與水和聚合物具備良好的相容性，這樣一來(lái)就可以獲得致密性更高的涂層。如基于聚丙烯酸鈉進(jìn)行石墨烯水分散體的制備，根據(jù)研究結(jié)果顯示，當(dāng)石墨烯的摻量為0.5%時(shí)，可以將腐蝕密度控制到最低。受到改性體結(jié)構(gòu)、添加量等因素的影響，經(jīng)過(guò)改性處理之后的石墨烯及其衍生物在防腐蝕涂料中的均勻穩(wěn)定分散強(qiáng)度存在一定的差異性，相應(yīng)的對(duì)涂料防腐蝕性能的強(qiáng)化程度也有所區(qū)別。

2.2 納米無(wú)機(jī)氧化物在防腐蝕涂料的應(yīng)用

納米無(wú)機(jī)氧化物具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，由于來(lái)源廣泛，因此制造成本相對(duì)偏低，將其均勻分散于防腐蝕涂料中可以有效減弱涂層對(duì)腐蝕離子的滲透性，實(shí)現(xiàn)涂層機(jī)械性能和防腐蝕性能的提高。目前防腐蝕涂料中應(yīng)用較多的納米無(wú)機(jī)氧化物主要有納米TiO2以及納米ZnO 兩種。

納米TiO2是一種結(jié)構(gòu)多樣的半導(dǎo)體材料，光學(xué)性能、電學(xué)性能以及化學(xué)性能都十分優(yōu)越，將其應(yīng)用于防腐蝕涂料中，可以強(qiáng)化涂層的隔熱性、耐候性以及防腐蝕性。結(jié)構(gòu)上存在的差異性會(huì)影響到納米TiO2粒子對(duì)涂層防腐蝕性能的提高程度，相較而言，介孔結(jié)構(gòu)的性能提升效果最佳。如Wang 等[7]對(duì)模板介孔型納米TiO2和介孔型納米TiO2以及納米TiO2三種不同結(jié)構(gòu)的TiO2對(duì)環(huán)氧涂料防腐蝕性能的提升效果進(jìn)行了對(duì)比研究，根據(jù)結(jié)果顯示，介孔型納米TiO2改性的環(huán)氧涂層所具有的防腐蝕性能更強(qiáng)。

納米ZnO 是一種具有款能帶間隙、高激發(fā)結(jié)合能以及低光催化活性的納米材料，具有提高防腐蝕涂料涂層的穩(wěn)定性和防腐蝕性能的效果。在納米ZnO 粒子應(yīng)用的過(guò)程中，其表面性質(zhì)決定了其能否穩(wěn)定的分散到防腐蝕涂料中。對(duì)此，可以采用改性物對(duì)納米ZnO 的表面進(jìn)行改性，將其表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)充分發(fā)揮出來(lái)，使其與涂料之間形成更加緊密相容的結(jié)構(gòu)，以延緩腐蝕介質(zhì)對(duì)涂層的滲透。Christopher[8]將磺化木質(zhì)素改性以及海藻酸鈉改性的納米ZnO 對(duì)聚氨酯涂料防腐性能的提升效果進(jìn)行了對(duì)比分析，根據(jù)研究結(jié)果來(lái)看，當(dāng)二者的摻量為0.3%時(shí)，可以獲得最理想的防腐蝕性能提升效果。

除了上述兩種材料之外，包括CeO2、AlO3以及SiO2在內(nèi)很多納米材料對(duì)防腐蝕性能涂料的性能也具有一定的提升效果，尤其是在對(duì)腐蝕電解質(zhì)的阻礙效應(yīng)方面，可以為基材提供良好的屏蔽保護(hù)效果。如Rahman 等[9]對(duì)納米Fe3O4應(yīng)用于水性環(huán)氧丙烯酸涂料的效果進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，當(dāng)該材料的摻量為2.5%的情況下，涂料涂層的抗沖擊性、彎曲性等可以獲得最理想的改進(jìn)效果。此外，Dhoke 和Xiao 等[9]研究得出了Fe2O3對(duì)防腐蝕涂料的性能影響效果，該納米材料可以顯著降低涂層的孔隙率，強(qiáng)化涂層的機(jī)械能和光學(xué)性能。

2.3 納米導(dǎo)電聚合物在防腐蝕涂料的應(yīng)用

納米導(dǎo)電聚合物可以在金屬表面形成一層致密的鈍化氧化膜，這層膜可以改善涂層和金屬界面的理化性質(zhì)，強(qiáng)化涂層的附著力，同時(shí)將水和氧氣阻隔在外。而且納米導(dǎo)電聚合物的氧化還原特性還能夠不斷對(duì)這層氧化膜進(jìn)行修補(bǔ)，使其強(qiáng)化效果可以持久的保持下去。因此將納米導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于防腐蝕涂料中，可以對(duì)底材提供良好的保護(hù)。如Bagheradeh[10]將納米PANI 和微米PANI對(duì)環(huán)氧涂料防腐蝕性能的影響效果進(jìn)行了對(duì)比分析，得知當(dāng)納米PANI 摻量為0.01%的情況下，即可在金屬表面形成極其穩(wěn)定的致密氧化層，延緩金屬的腐蝕速率。相對(duì)而言，微米PANI 對(duì)水性涂料防腐蝕性能的提升效果則十分有限。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于納米級(jí)導(dǎo)電聚合物在金屬表面形成的氧化膜擁有更強(qiáng)的致密性。此外，通過(guò)改性體對(duì)納米導(dǎo)電聚合物粒子表面進(jìn)行改性處理，可以有效改善其于基體之間的相容性，使其在涂料中的分散變得更加穩(wěn)定，這樣可以實(shí)現(xiàn)涂料防腐蝕性能的提升。

2.4 納米黏土在防腐蝕涂料的應(yīng)用

納米黏土具有良好的力學(xué)、電化學(xué)以及熱學(xué)性能，這使其在現(xiàn)代材料研究領(lǐng)域獲得了廣泛的關(guān)注。將其應(yīng)用于防腐蝕涂料中，可以改善涂層的孔隙率，從而阻隔腐蝕介質(zhì)對(duì)涂層的滲透。納米黏土對(duì)水性防腐蝕涂料性能的影響程度取決于其種類(lèi)、結(jié)構(gòu)及其在基體中的分散性等因素。在所有方法中，采用改性體對(duì)納米黏土粒子表面進(jìn)行改性處理，優(yōu)化其分散性，使其與基料形成良好的相容性，這是利用納米黏土提高涂料防腐蝕性能最常見(jiàn)的方案。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合以上內(nèi)容來(lái)看，很多納米材料對(duì)于涂料防腐蝕性能都有著一定的提升效果，其中的原理是納米材料改善了涂料和基材表面的理化性質(zhì)。但需注意的是，納米材料實(shí)際應(yīng)用于涂料中時(shí)，同樣存在一定的技術(shù)問(wèn)題有待解決，包括如何保障材料穩(wěn)定分散等，需要更深入的研究。