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摘要：冷噴鋅涂料(亦稱涂膜鍍鋅、鋅基涂鍍)涂料是一種新型、環(huán)保、長效、便捷的鋼結(jié)構(gòu)防腐保護材料，對鋼鐵基材具有陰極保護和屏障保護雙重保護作用。其主要物質(zhì)為樹脂和鋅粉，采用獨特的石墨烯樹脂包覆鋅粉技術(shù)、導電樹脂和高附著樹脂，實現(xiàn)對干膜含量96%的鋅粉的高附著、高包覆、高分散和導電性。操作簡單，工藝簡化，成本節(jié)約。
1、引言
石墨烯是目前世界上最熱門的材料，近日科學家發(fā)布了石墨烯的一個最新研究成果：石墨烯可用于金屬防腐，且時世上最薄的防腐蝕涂料。2010年諾貝爾研究項目發(fā)現(xiàn)，單層碳原子結(jié)構(gòu)有應用于涂料的可能性：作為非侵入式涂料的非可見組成部分，作為一種聚集能量的“智能皮膚”，以及制成防污漆。但范德堡大學研究人員關(guān)于石墨烯的最新發(fā)現(xiàn)則是人們在防腐蝕方面最有效的方法。科學家們在美國化學協(xié)會主辦的雜志《ACS納米》上發(fā)布了該發(fā)現(xiàn)報告：防腐蝕速度減慢20倍。科學家將“石墨烯原子超薄”層作為一種可防止底層金屬腐蝕的防護涂料來進行研究，他們在銅和鎳中加入石墨烯或機械地將多層石墨烯轉(zhuǎn)移到銅和鎳表面，并采用電化學方法來觀察其緩蝕情況。研究表明：兩種方法都有很好的效果。以此為契機，本公司開發(fā)了自己的一種新型冷鍍鋅專用樹脂，即JP-SZ-20石墨烯納米改性包覆、導電樹脂。采用此樹脂制得的冷噴鋅涂料，其防腐性能更好，耐鹽霧達到3000小時以上，同時硬度、柔韌性、抗沖擊以及附著力等各項綜合性能優(yōu)異。
2、冷鍍鋅樹脂的制備及特性
由以下方法制成：稱取有機溶劑、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽、過氧-2-乙基己酸叔丁酯、氧化石墨烯;將3/4的有機溶劑、氧化石墨烯加入反應釜A內(nèi)混勻;將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽、3/4的過氧-2-乙基己酸叔丁酯混勻后加入滴加槽B，再滴加至反應釜A內(nèi);將剩余有機溶劑和過氧-2-乙基己酸叔丁酯混勻后加入到滴加槽B，于113-118℃滴加至反應釜A，保溫0.8-1.2h，降溫，過濾;超聲處理，加入水合肼反應，過濾，洗滌，干燥。
石墨烯的加入，能賦予冷鍍鋅的包覆樹脂導電性和柔韌性。因為石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當施加外部機械力時，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使其電子受到的干擾非常小，從而使碳原子具有優(yōu)秀的導電性。由于石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)材料，它上面都是碳原子基本沒有官能團，所以石墨烯是不能直接與丙烯酸酯接枝的。但是石墨烯的前體——氧化石墨烯比較容易與丙烯酸酯進行接枝、包覆等化學反應，這主要是利用了氧化石墨烯表面豐富的羧基、羰基、羥基等高活性的含氧官能團。但是在氧化過程中石墨片層的共軛網(wǎng)絡(luò)受到嚴重的官能化影響，使氧化石墨烯幾乎失去了導電性。所以接枝共聚后的氧化石墨烯/丙烯酸酯復合材料需要用水合肼進行還原以恢復其導電性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，此樹脂具有以下四大特性：
2.1高附著
加入功能性單體羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽，可大大提高樹脂對鋅粉的包覆和對基材的附著;因為選擇具有某些功能基團(羥基、氨基、磷酸根離子等)的有機樹脂或通過添加這些具有功能基團的樹脂，使它們在鋅粉顆粒表面形成化學鍵來形成牢固的包覆，而羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽含有高含量羥基(-OH)和磷酸根離子等極性基團，有利于對基體金屬的附著;此外，可與鋼鐵表面上形成氫鍵，氫鍵產(chǎn)生的作用力遠大于次價鍵形成的范德華力，有利于鍍層與基材結(jié)合;加之鋼板表面噴砂，可提高基體粗糙度，使鍍鋅層與基體更好“嚙合”，發(fā)生錨固效應，這樣使鋅粉顆粒可以牢牢地黏附在基體上，產(chǎn)生結(jié)合強度更高的金屬鍵作用力，使冷鍍鋅與金屬表面發(fā)生電化學結(jié)合，附著力強抗剝落，因此，冷噴鋅凃?qū)訉娚鞍寰哂袃?yōu)異的附著力;
2.2全包覆
當有機樹脂通過純物理吸附包覆在顆粒表面時，有機樹脂容易脫附下來，因此有必要提高其與顆粒表面的作用，使其鍵合在顆粒表面，以改善樹脂在顆粒表面的包覆。可以選擇具有某些功能基團(羥基、氨基等)的有機樹脂或通過添加這些具有功能基團的樹脂，使它們在顆粒表面形成化學鍵來形成牢固的包覆。通過對超細鋅粉進行獨特的樹脂表面包覆處理，可以改善鋅粉顆粒的分散性和表面活性，使鋅粉顆粒表面獲得新的物理、化學、力學性能及新的功能[11]。
研究表明，石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前最理想的二維納米材料。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個碳原子均為sp2雜化，并貢獻剩余一個p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導電性。同時由于石墨烯的這種雙面芳香烴結(jié)構(gòu)，使其有著超大的比表面積(理論值為2630m2/g)，因此，具有高的負載容量，使它成為了很有潛力的包覆材料。經(jīng)過石墨烯改性，我們實現(xiàn)了對鋅粉的完全包覆方式。
2.3導電特性
特殊有機樹脂為冷鍍鋅的防腐提供了“屏障保護”[7]。其作用機理是：首先以有機樹脂“屏障保護”為主，此時導電鋅粉被有機樹脂隔離保護，減緩了鋅粉氧化。這是因為冷噴鋅涂料中的有機樹脂在鋅粉顆粒的周圍形成了致密的保護屏障層(涂層無空隙)，可有效地抵御外界如水、氧和離子的滲入侵蝕。隨后冷鍍鋅表面，鋅粉顆粒也可與空氣中的CO2、H2O結(jié)合生成ZnO、Zn(OH)2和堿式碳酸鋅，填滿了鍍層的空隙，形成了一層“自修復”鋅鹽屏障(見式1)。
