新型石墨烯功能涂料防腐機理
目前，環氧富鋅涂料是一種耐腐蝕性能較好的重防腐涂料，被廣泛應用于金屬重防腐領域。環氧富鋅涂料中的鋅為犧牲性陽極，在涂料中的含量必須大于70%。然而，由于涂層中鋅粉含量過高，涂層容易多孔，附著力下降，且富鋅涂層在起陰極保護作用時產生較多的鋅鹽，具有涂膜的自修補作用，但影響上層涂料和富鋅涂層之間的結合力，從而導致涂層的防腐蝕性能降低。
高鋅粉含量帶來的主要問題有：
(1)漆膜的致密性下降，孔洞等缺陷數量增加，影響涂層的耐水性、附著力以及耐沖擊性能等。
(2)高鋅粉含量給富鋅底漆的生產、儲運以及施工等帶來諸多不便。金屬鋅在生產和配制涂料時，分散穩定較為困難，在儲存過程中容易產生嚴重的沉淀現象。
(3)含有富鋅底漆的鋼鐵基材在焊接和切割時會由于底漆中的高鋅粉含量，產生大量的鋅蒸汽，可能會導致工作人員產生“鋅熱病”，危害工作人員的身體健康。
傳統的重防腐涂料體系為富鋅底漆、環氧云鐵中間漆和面漆三種涂層，在防腐性能方面存在著一定的技術瓶頸。高性能石墨烯重防腐涂料通過材料與配方設計的多重創新，突破了國內防腐材料體系（環氧富鋅體系結合環氧云鐵中間漆，配套丙烯酸聚氨酯面漆或氟碳面漆）的技術瓶頸，獲得了革命性的技術創新與進步，極大提升了國內高性能腐蝕防護的能力與技術水平，對國內高端防腐涂料技術的發展具有重要意義。
在富鋅涂料中，通常依賴涂層中大量的鋅粉粒子形成導電通路，從而發揮犧牲陽極保護陰極作用；而在鋅烯涂料中，通過添加少量石墨烯，代替大部分鋅粉，高比表面石墨烯微粉與鋅粉粒子一起形成完整的導電網絡，在電化學回路中，石墨烯能夠調動所有鋅粉粒子，從而發揮優越的防腐效果，避免了鋅粉大量浪費。
石墨烯作為防腐添加劑具有以下特點：
(1)物理隔絕作用。石墨烯的二維片層結構，使其在涂料中層層疊加，可形成致密的物理隔絕層，起到突出的物理隔絕作用。
(2)大面積保護層。石墨烯比表面積高達2630m2/g，使其在涂料中均勻分散后，較薄的涂層即可形成大面積的保護層。
(3)石墨烯本身具有憎水、憎油性。其片層結構具有“迷宮”效應，可阻礙水、腐蝕性離子等向金屬基材的滲透，延緩金屬基材的腐蝕速度，進而對基材起到防腐作用。
(4)優異的導電性。穩定的晶格結構使碳原子具有優良的導電性。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小。雖然鋅烯重防腐涂料大幅度降低了鋅粉含量，但漆膜中均勻分散的石墨烯納米片形成致密的、連續的網狀片層導電結構，與鋅粉搭接形成導電通路，從而活化涂料中的鋅粉，使整個涂層與鋼鐵基材體系形成電化學回路，提高了涂層的陰極保護作用。
(5)小尺寸的石墨烯可以填充到涂層的缺陷中。在一定程度上阻止和延緩了分子腐蝕介質侵入金屬基體，增強了涂層的物理隔絕作用。
圖中不難發現，環氧樹脂涂層存在孔洞和缺陷，水分子比較容易通過涂層中的孔洞和缺陷滲透到金屬基體，對金屬基體進行腐蝕。而(b)圖中，石墨烯均勻分散在環氧樹脂基體，并且石墨烯微片能夠填充到環氧樹脂的孔洞和缺陷中。因此，石墨烯可以明顯提高漆膜的致密性和耐水性，有效防止水、氧氣等小分子浸入到金屬基體表面，降低涂層的鼓泡和腐蝕程度。
同時，納米厚度的石墨烯具有很好的柔性，可以與環氧高分子鏈有一定的柔性纏繞和卷曲，這種包裹纏繞對涂層具有增韌和補強作用；而且，石墨烯片層結構可以很好的阻止腐蝕介質蔓延和侵蝕，使涂層表現出很優異的屏蔽性能。
鋅烯重防腐涂料利用石墨烯良好的屏蔽性和導電性，與鋅粉的陰極保護協同作用漆膜中的石墨烯與鋅粉相互搭接形成 “石墨烯+鋅粉”導電網絡，利用石墨烯良好的化學穩定性及導電性激活涂料中的鋅粉，既可提高漆膜的防腐性能，又能改善漆膜的物理機械性能、耐水性和耐酸堿等。
新型石墨烯功能涂料環境友好性突出，由于鋅烯重防腐涂料漆膜中鋅粉的含量只有傳統富鋅涂料的不到二分之一，由此徹底改變傳統富鋅涂料對金屬鋅資源的依賴，節約資源；在后期加工過程中可以減少氧化鋅霧氣，有利于施工人員的身體健康，環境友好，促進了重防腐涂料行業的結構調整和健康發展。
新型石墨烯功能涂料施工性能更優異，相比于傳統富鋅涂料，鋅烯重防腐涂料在使用中，漆膜表面只產生少量的鋅鹽，因此與其他涂料間的兼容性、層間結合力也明顯優于傳統富鋅底漆，同時鋅烯重防腐涂料相比于傳統富鋅涂料具有更長的重涂間隔。
新型石墨烯功能涂料用量更省，由于漆膜中鋅粉用量大幅度減少，添加的石墨烯比表面積非常大、比重小，因此鋅烯重防腐涂料的體積固含明顯高于傳統的富鋅底漆，在同等質量固含的條件下，其體積固含約為傳統富鋅底漆的1.5倍；因此在同樣的設計膜厚條件下，鋅烯重防腐涂料用量比富鋅底漆節約1/3以上。
石墨烯重防腐涂料具有優良的附著性、抗滲性及穩定性，同時兼具突出的機械性能和摩擦學性能，在航空航天、軍工、船舶、道路橋梁、汽車等領域有著廣闊的應用前景。