2025-06-0665
通过无机或有机涂层对金属材料进行涂覆是阻断金属与腐蚀介质接触，预防金属腐蚀的常用手段。早期的防腐涂料根据其用途和特点不同可分为：红丹漆、无机富锌漆、环氧重防腐涂料、氯磺化聚乙烯涂料、聚氨酯涂料、含氟防腐涂料和耐高温涂料等。尽管近年来钢结构防腐技术已得到了长足的发展，新的涂料类型和施工技术不断涌现，但在恶劣环境下的钢铁防腐问题仍难以解决，高耐久性、无污染、低成本且易施工的防腐涂料的开发具有重要意义和较高的应用价值。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型蜂巢晶格的二维材料，具有极薄（单个碳原子厚度）、高强度、高导电性和导热性等优异特性。自2004 年成功分离以来，石墨烯因其独特的物理和化学性质，在多个领域展现出巨大的应用潜力。
尽管石墨烯作为一种新型二维材料在防腐涂料领域展现出显著的优势，但是在实际应用中仍有缺点：，石墨烯片层之间存在较强的范德华力，容易发生团聚，导致其在涂料基体中的分散不均匀；第二，石墨烯与大多数有机聚合物基体之间的相容性较差，尤其在水性体系中，石墨烯容易沉降或聚集，难以形成稳定的分散体系 ；第三，金属表面的石墨烯晶格并非完全由均匀的蜂窝状二维平面组成，其间存在着大量的缺陷，这就使得腐蚀介质可以穿过石墨烯薄膜腐蚀金属界面。
在石墨烯表面接入有机组分是提升涂料防腐性能的有效手段之一，这既能保留石墨烯优异的化学稳定性和力学性能，又能通过引入有机组分增强涂料在金属基体表面的附着和成膜连续性。基于这些特点，以石墨烯及其衍生物为原料进行改性的研究近年来被大量报道。
1 硅烷改性石墨烯防腐涂料
通过引入带有氨基的硅烷偶联剂可以增强石墨烯与聚合物乳液的界面相互作用，进而改善两者的相容性。通过调整石墨烯的两亲性和层间距来修饰石墨烯可以提高其在聚合物矩阵中的分散性，进而实现分散性更好的石墨烯共价改性方法。2017年，Parhizkar提出了一种通过共价修饰氨基功能化的氧化石墨烯（GO）来增强环氧涂层与钢基材之间的防腐性能和界面粘结强度的新方法。研究中，首先使用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对GO进行改性，制备了氨基功能化的GO（FGO），然后将FGO和环氧树脂先后涂覆于钢表面，形成复合涂层。试验结果表明，经过FGO处理的钢表面显著提高了环氧涂层的附着力和耐腐蚀性能。
2 有机胺改性石墨烯防腐涂料
氧化石墨烯表面富含的大量含氧官能团为氨基改性提供了便利条件。通过氨基改性剂与GO表面羧基之间的缩合反应，以及与环氧基团的开环反应，可以生成共价键，将氨基成功接枝到GO表面。这种化学修饰不仅增强了GO在环氧树脂涂层中的分散性，还显著提升了涂层的防腐性能。缩合反应与开环反应的共同作用确保了改性后的 GO在环氧树脂基体中均匀分布，从而形成更为致密的保护层，改善了GO与环氧树脂之间的界面相容性。
3 异氰酸酯改性石墨烯防腐涂料
异氰酸酯类单体接枝GO也可增强其与聚合物的相容性。2006 年，Nguyen和Ruoff采用有机异氰酸酯处理石墨氧化物，成功合成了功能化石墨烯氧化物纳米片（iGOs）。异氰酸酯处理使得GO中的羧基和羟基分别形成酰胺和氨基甲酸酯，降低了GO的亲水性。此外，使用含有不同官能团的异氰酸酯，如酮、氰基或叠氮磺酰基，可进一步修饰iGOs的表面性质。
4 其他类型有机小分子改性石墨烯防腐涂料
2023年，黄志雄课题组研究了通过2，2’-亚甲基-双（4，6- 二叔丁基苯酚）磷酸钠（NA-11）改性石墨烯来提高其在水性环氧树脂中的分散性和相容性，进而制备具有优良防腐性能的复合涂层。
结语
综上所述，有机小分子改性石墨烯材料通过化学反应在石墨烯表面引入功能性官能团，如胺基、硅基、酰胺基等，这些方法能够有效改善石墨烯的分散性和与聚合物的相容性。改性后的石墨烯材料在复
合材料中表现出优异的导电性和防腐性能。改性石墨烯能够使介质与金属基材之间形成致密的物理屏障，阻止水分和腐蚀介质的渗透，显著提高涂层的耐腐蚀性能。展望未来，有机小分子改性石墨烯材料的
研究可从以下方向开展工作：，可以通过设计多功能有机小分子，实现石墨烯材料在单一应用中的多种性能协同提升；第二，优化改性工艺，降低生产成本，实现改性石墨烯材料的大规模工业化生产，这将有助于推动其在更多领域的实际应用；第三，利用计算机模拟技术可以进一步深入理解有机小分子与石墨烯之间的相互作用机制，指导实验设计，加速新材料的研发进程。
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