石墨烯在水性涂料中應用

時間：2022-02-11

水性涂料是我國倡導發(fā)展趨勢的綠色環(huán)保型涂料，但一些特性尚不到相對應的溶液型涂料，危害其發(fā)展趨勢。石墨烯具備與眾不同特性，可改進水性涂料特性，推動其發(fā)展趨勢，給涂料工作人員產生新的希望。石墨烯在涂料中運用較先是改性溶液型涂料，但用以改性水性涂料也是有顯著進度。改性方式可以用共混法復合型改性，也可以用原點縮聚和膠體溶液-疑膠技術性復合型法改性，還可以用硅烷偶聯劑裝飾，與此同時推行不一樣的作用改性。

1 用鈦酸酯硅烷偶聯劑裝飾水分散化改性石墨烯

按通用性方式將高純石墨做成空氣氧化石墨烯，向氧化石墨烯分散化液內各自添加鈦酸酯和水合肼，在水浴加熱法下產生反映，使空氣氧化石墨烯復原并與此同時嫁接法上鈦酸酯硅烷偶聯劑分子結構。將得到的溶液開展后處理工藝和真空干燥機，獲得粉狀改性石墨烯。

因為鈦酸酯硅烷偶聯劑對空氣氧化石墨烯開展了表層裝飾，不會再造成團圓，故石墨烯水份散體可靠性高，可長期存儲，合適用以復合材質及鍍層原材料的制取。制備加工工藝簡單，生產制造高效率，生產過程和商品均能合乎環(huán)境保護規(guī)定。

2 石墨烯與基材環(huán)氧樹脂共混復合型水性涂料

2.1 水性導電性涂料

石墨烯/聚氨酯樹脂復合型水性導電性涂料。用Hummers法制取空氣氧化石墨烯，經二步**化學氫化鋁鋰獲得**分子裝飾的石墨烯溶液，添加聚脂、改性劑和偶聯劑、金屬催化劑，經液體共混，制取獲得水性導電性石墨烯涂料。該涂料具備高導電率能和物理性能，可使用于磁屏蔽、防靜電、防腐蝕、排熱、耐磨損及電子電路等行業(yè)，具備普遍的使用使用**。

2.2 石墨烯改性水性環(huán)氧樹脂膠耐磨損夾層玻璃涂料

石墨烯改性的耐磨損水性夾層玻璃涂料由兩成分構成，**組分成基材涂膜物，*二組分成環(huán)氧固化劑。在其中**成分包含改性環(huán)氧樹脂膠20%～40%、改性劑0.5%～7%、空氣氧化石墨烯0.1%～5%、硅烷偶聯劑1%～2%，其他為水（均為質量濃度）；*二成分是丙烯胺環(huán)氧固化劑。在應用前將兩成分混和，在其中*二成分占混合物質質量濃度的3%～30%。該涂料具備強度高、耐磨性能好、與夾層玻璃底材感染力與粘合力強、耐潮、耐乙酸乙酯性好，且合乎環(huán)境保護規(guī)定。此外制取方式簡單，具備關鍵的商業(yè)化的運用使用**。

2.3 石墨烯改性丙烯酸樹脂高聚物混凝土防潮涂料

用Hummers法制取的空氣氧化石墨烯添加丙烯酸樹脂類高聚物保濕乳液中，添加采用的改性劑，按占比添加混凝土，拌和分散化，做成空氣氧化石墨烯改性的高聚物混凝土防潮涂料。該涂料明顯提升了丙烯酸樹脂類高聚物保濕乳液涂膜的抗壓強度；提升了耐水性；除此之外，空氣氧化石墨烯豐富多彩的含氧量官能團異構可以調整混凝土水化物質結晶的生長發(fā)育，提升其抗壓強度和延展性。故空氣氧化石墨烯改性的高聚物混凝土防潮涂料具備較好的耐用性、抗?jié)B等級性及其物理學物理性能，應用前景寬闊。

2.4 石墨烯改性聚氨酯膠粘劑復合型水性涂料

2.4.1 石墨烯/水性聚氨酯材料納米技術復合型保濕乳液

將真空泵脫干的丁腈膠（N210）和TDI反映制取聚氨酯材料預聚體，添加二羥甲基己酸引進親水性羧基，加三乙胺中合鹽基化，添加空氣氧化石墨烯溶液、去離子水和乙二胺開展乳化反應，蒸餾出甲苯后，滴入維他命C飽和溶液開展原點鈍化反應，獲得石墨烯/水性聚氨酯材料納米技術復合型**乳膠環(huán)氧樹脂。該**乳膠環(huán)氧樹脂可使用于靜電感應安全防護、防腐蝕鍍層、工程建筑涂料等行業(yè)，本產品加工工藝簡單、環(huán)境保護、合適大規(guī)模生產。

2.4.2 石墨烯/TiO2復合材質改性水性聚氨酯材料抑菌涂料

納米技術TiO2做為催化氧化納米復合材料的一種，有抑菌殺菌功效，但它針對能見光消化率較低，金納米顆粒趨于集聚，大幅度降低了其殺菌功效。在含納米技術TiO2抑菌涂料中，引進5%下列的石墨烯，明顯增強涂料對能見光消化率，并加強納米技術TiO2的光催化劑的活性和抑菌、殺菌工作能力，使改性后的水性聚氨酯材料在抑菌殺菌綜合型能層面有較大提升。而且有著較好的外表特性、耐水性和物理性能。

3 石墨烯/聚氨酯材料原點匯聚的水性導電性涂料

石墨烯對比傳統(tǒng)的的碳系導電性填充料（碳黑、高純石墨、納米碳管、碳纖維材料等）具備較為出色的導電率及物理性能。

用二元胺對空氣氧化石墨烯開展氨基化改性，后用**化學復原修復石墨烯的共軛導電性管理體系，運用石墨烯表層的—NH與—NCO封端水性聚氨酯材料原點匯聚，制取含石墨烯的水性聚氨酯材料導電性涂料。

該導電涂料具備防電磁輻射、防靜電、耐腐蝕、耐磨損等特點，可用以纖維材料、金屬復合材料、紡織原料表層等層面。

4 用膠體溶液-疑膠技術性制取改性石墨烯/水性聚氨酯材料納米技術復合型涂料

中國科大Xin Wang等于2012年在《Su ** ce& Coatings Technology》上刊登了她們的研究分析畢業(yè)論文：用膠體溶液-疑膠技術性制取改性石墨烯/水性聚氨酯材料復合型納米技術涂料，分3一部分：

（1）氯硅烷改性石墨烯納米技術塑料薄膜制取。用Hummers法制取空氣氧化石墨烯（GO），隨后對GO水份散體用水合肼**化學轉變成GNS，再用DCC（N,N-二環(huán)己基碳化二亞胺）和3-羥基丙基三乙氧基氯硅烷（APTES）作用改性，用**音波分散化1 h，在70 ℃下拌和反映24 h，經后處理工藝獲得APTES作用改性的石墨烯納米膜f-GNS。

（2）氯硅烷APTES封端水性聚氨酯材料（WPU）制取。用異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚空氣氧化丙二醇、一縮二乙二醇和三羥甲基丙烷混和聚醚多元醇生成PU預聚物，再和二羥甲基己酸反映，隨后加APTES反映，獲得APTES封端水性聚氨酯材料（WPU），產出率86.3%，數均相對分子質量28 600（GPC測量）。

（3）膠體溶液-疑膠技術性制取f-GNS/WPU納米技術復合型涂料。依靠**音波將f-GNS粉末狀分散化在去離子水中做成混液，將APTES封端WPU添加在其中一起混和，用三乙胺調整pH值，做成f-GNS/WPU納米技術復合型涂料。

5 結語

5.1 石墨烯具備與眾不同特性，產品研發(fā)風潮在全世界凸起

石墨烯是當今社會發(fā)覺的“至薄”的晶體材料，薄厚僅有1個碳原子，也是“至堅”原材料之一，并具備高導電率、高傳熱性。預測分析在航天航空、宇宙空間檢測、深海開發(fā)設計、*科技、社會經濟各層面有著無法估量的應用前景，科學研究風潮在全世界凸起，中國也發(fā)展不錯，發(fā)展趨勢較快。

5.2 石墨烯在改性涂料特性層面展現了新的市場前景

對石墨烯在導電性、防腐蝕、阻燃性、傳熱和強度等作用涂料里都具備十分誘惑的潛在性市場前景。

石墨烯與各種各樣涂料環(huán)氧樹脂根據物理學共混、原點縮聚和膠體溶液-疑膠技術性等法復合型；或用硅烷偶聯劑裝飾，或選用原點匯聚等加工工藝。這種加工工藝在改性水性涂料中都確認行得通，且特性改善顯著。水性涂料經石墨烯改性，其特性有希望“較上一層樓”，其進一步發(fā)展趨勢未來可期。

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