石墨烯在涂料领域中的应用

1、石墨烯在涂料领域中的应用1概述石墨烯定义 石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的型单层片状构造的二维(2D)材料，是由碳原子以 sp2 杂化轨道组成的六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜。碳原子核外1s22s22p2，sp2 1 s 2 p 轨道杂化形成的杂化轨道。维(dimension，简写为D)表示长、宽、高、厚等尺寸。对纳米材料，0D 表示纳米粒子；1D 表示纳米线，如碳纳米管等；2D 表示纳米尺寸的薄膜；3D 是表示纳米复合材料。石墨烯构造特性石墨烯晶体材料具“至薄至坚、优良的热导体和电子迁移率等特性。“至薄”晶体材料 石墨烯是世界上迄今觉察的 “至薄”晶体材料， 石墨烯1 10 万层

2、石墨烯叠加起来的厚度约为1 根头发丝的直径；300 万层1 mm厚。“至坚”晶体材料 石墨烯是迄今觉察的世界上力学性能最好的材料之一。表征石墨烯在外应力作用下抵抗变形力量大小的模量可达1 T(1012)Pa；反映石墨烯受力时抵抗130 G(109)Pa。优良的热导体和电子迁移率 5 000 W/(m K)，是良好2105 cm2/(Vs)100倍，且几乎不随温度变化而变化。应用前景 独特的构造特点加上 “极端突出”性能，使它的用途引起人们超乎科幻颜色的展望可能制超长 “太空电梯”缆线。推测石墨烯正在或将要给社会带来革命性巨变；对石墨烯用途，描绘了一幅幅商机无限的图画，在全球争辩热度持续升温!对

3、石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等功能涂料中的应用也勾画了多彩的前景。提高涂料防腐性 石墨烯提高涂料防腐性：有物理防腐和电化学防腐多重作用。1 材阳极反响使Fe FeFe3+反响，防止铁锈生成。 有争辩说明，将0.5%2%不同含量石墨烯作 为防腐填料分别参加到环氧树脂涂料 存在一个最正确值，石墨烯含量为1.0%的涂层防腐效果最好。在环氧富锌涂料中添加1.0%的 624 h 2500 h可以实行无Cr6+外表处理。如添加1%1000 h，而含铬处理的同类600 h。添加石墨烯还可提高涂膜耐磨性和抗高温性及加热后的耐腐蚀性。7 4 28.3455g(1 盎司)28 个足1 5 层有机涂膜一样

4、起到很好的薄涂层的应用领域。导电与抗静电涂料(1)导电涂料。石墨烯优良的导电性能，优于银粉、铜粉等导电材料并具备优异的机械性能及热性能是极佳的导电涂料添加剂会开创导电涂料 局面。 (2)抗静电涂料。抗静电涂料用途广泛，随着现代科技的进展，对其抗静电性能的要求越来越高。石墨烯所具有的高导电性强的力学性能等特点，有利于制备高性能、高强度的抗静电涂料。阻燃涂料是3 种阻燃作用的叠加(1)物理隔绝层。 石墨烯的二维片层构造能在涂料中层层叠加，可形成致密的物理隔绝层，提高阻燃性能。 (2)阻隔空气层。石墨烯可以与树脂进展交联复合，在涂料中进一步形成一层致密的保护膜，起到阻隔空气的作用， 起阻燃作用。 (

5、3)生成CO2 和水。 在高温下，石墨烯涂层会生成CO2 和水，并生成更致密连续的炭化层，起到进一步阻燃作用。高导热散热性高化学抗性涂料石墨烯的导热系数高达5300 W/(m K)，高于碳纳米管和金刚石石墨烯改性散热涂料使其具有高的热导率同时石墨烯的高比外表 积使其充分填充在涂层中增大了涂层散热外表积能够降低物体外表和内部温度石墨烯 改性散热涂料能够长期在高温下工作，耐磨抗冲击性强具有很好的耐候性、耐盐雾耐酸2碱、耐光照老化等性能，在各种极端环境下均可使用。可以用于需要散热的物件，如 LED散热、工业设备散热、汽车零部件散热等各行业。石墨烯在水性涂料中应用水性涂料是国家提倡进展的环境友好型涂料

6、， 但某些性能尚不及相应的溶剂型涂料，影响其进展。石墨烯具有独特性能，可改善水性涂料性能，促进其 进展，给涂料工作者带来的期盼。石墨烯在涂料中应用首先是改性溶剂型涂料但用于改性水性涂料也有明显进展改性方法可用共混法复合改性也可用 原位聚合和溶胶-凝胶技术复合法改性，还可用偶联剂修饰，同时实行不同的功能改性。用钛酸酯偶联剂修饰水分散改性石墨烯按通用方法将石墨制成氧化石墨烯，向氧化高，生产过程和产品均能符合环保要求。石墨烯与基体树脂共混复合水性涂料水性导电涂料 石墨烯/Hummers 法制备氧化石化剂，经液态共混，制备得到水性导电石墨烯涂料。该涂料具有高导电性能和力学性能，可应 用于电磁屏蔽、抗静

7、电、防腐、散热、耐磨及电子线路等领域，具有广泛的应用价值。石墨烯改性水性环氧树脂耐磨玻璃涂料 石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料20%40%、助剂0.5% 7%0.1%5%、偶联剂1%2%，其余为水(均为质量分数)；其次组分是胺类固化剂。在使用前将两组分混合，其中其次组分占混合物质量 分数的 3%30%。该涂料具有硬度高、耐磨性好、与玻璃基底亲和力与附着力强、耐水、耐乙醇性好，且符合环保要求。另外制备方法简便，具有重要的商业化应用价值。石墨烯改性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料 用 Hummers 法制备的氧化石3化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料 长，提高其抗拉强度和韧性。故氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水

8、涂料具有良好的耐久性、抗渗性以及物理力学性能，应用前景宽阔。石墨烯改性聚氨酯树脂复合水性涂料石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液 将真空脱水的聚醚多元醇(N210)和TDI 反响制得聚氨酯预聚体，参加二羟甲基丙酸引入亲水羧基， 加三乙胺中和盐基化，参加氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进展乳化反响，减压蒸馏出丙酮后，滴加维生素 C 溶液进展原位复原反响，得到石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳胶树脂。该乳胶树脂可应用于静电防 护、防腐涂层、建筑涂料等领域，本制造工艺简便、环保、适合大规模生产。石墨烯/TiO2 复合材料改性水性聚氨酯抗菌涂料 纳米 TiO2 作为光催化纳米材了其灭菌作用。在含纳米TiO2 抗

9、 菌涂料中，引入 5%以下的石墨烯，明显提高涂料对可见光吸取率，并加强纳米TiO2 的光催化活性和抗菌、灭菌力量，使改性后的水性聚氨酯在抗菌灭菌综合性能方面有很大提高。并且具有良好的外表性能、耐水性和力学性能。石墨烯/聚氨酯原位聚合的水性导电涂料石墨烯相比传统的碳 系导电填料(炭黑、石墨、 碳纳米管、碳纤维等)具有更加优异的导电性及机械性能。 用二元胺对氧化石墨烯进展氨基化改性后用化学复原恢复石墨烯的共轭导电体系利用石墨烯 外表的NH 与NCO 封端的水性聚氨酯原位聚合，制得含石墨烯的水性聚氨酯导电涂料。该导电涂料具有防辐射、抗静电、防腐蚀、耐磨等特性，可用于高分子材料、金属材料、纺织材料外表

10、等方面。用溶胶-凝胶技术制备改性石墨烯 /水性聚氨酯纳米复合涂料2022 年在 Surface & Coatings Technology上发表了他们的争辩论文： 用溶胶-凝胶技术制备改性石墨烯/水性聚氨酯复合纳米涂料，分 3 局部： (1)硅烷改性石墨烯纳米薄膜制备。 用 Hummers 法制备氧化石墨烯(GO)GO 水分散体用水合肼化学GNSDCC(N,N”二环己基碳化二亚胺)3-氨基丙基三乙氧基硅烷 (APTES)功41 h70 24 h，经后处理得到APTES 功能改性的石墨烯纳米膜f-GNS(2)硅烷APTES 封端的水性聚氨酯(WPU)酯(IPDI)PU 预聚物，再和二羟甲基丙酸反

11、响，然后加 APTES 反响， 得到 APTES 封端的水性聚氨酯(WPU)，产率86.3%28 600(GPC 测定)。(3)溶胶-凝胶技术制备f-GNS/WPU 纳米复合涂料。借助超声波将f-GNS 粉末分散在去离子水中制成悬浮液，将APTES 封端的WPU 参加其中一起混合，用三乙胺调整pH 值，制成f-GNS/WPU纳米复合涂料。石墨烯在改性涂料性能方面呈现了的前景 对石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等 功能涂料中都具有格外迷人的潜在前景。石墨烯与各种涂料树脂通过物理共混、原位聚合和溶胶-凝胶技术等法复合；或用偶联剂修饰，或承受原位聚 性，其性能有望“更上一层楼5石墨烯在涂料领域

12、中的应用2石墨烯是一种由碳原子构成的型单层片状构造的二维(2D)sp2 杂独稳定存在，直至2022 海姆和康斯坦丁诺沃肖洛人也因“在二维石墨烯材料的开创性试验”共同获得2022 年诺贝尔物理学奖。石墨烯是的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透亮的，只吸取 2.3%的光；导热系数高达5300W/m.K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/vs，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8cm，比铜或银更低，为世上 电阻率最小的材料。因此，石墨烯同时具有高比外表积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能。石墨烯因其优良的性能，其在涂料中的应用主

13、要在于导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、 科技股份石墨烯粉体产能已到达100t/a。石墨烯导电涂料汽车静电喷涂浅色底漆目前，汽车塑料件喷涂还是承受常规的空气喷涂，空气喷涂涂料铺张严峻，并且 VOC有传递效率高、装饰性好、生产效率高、显著降低 VOC 排放等优点。因此，在汽车塑料件上承受静电喷涂有良好的应用前景。因汽车车身、保险杆、内外饰件均是 ABS、PP 等塑料件，要承受静电喷涂，最简洁的 汽车静电喷涂工艺难以大范围推广。6石墨烯导电性好，颜色浅，理论上单层的石墨烯是透亮的，这样就解决了汽车静电喷 涂工艺的难点。底漆增加石墨烯 2%4%，涂层 L。值可以到达 4050，完全可以满足汽车静50%，

14、钛白粉 20%，石墨烯或导电炭黑 3%，制成的静电喷涂底漆涂层性能比照可知：石墨烯涂层较12 个数量级，明度L。值高 14，颜色明显更浅。由于汽车底漆对用性。导静电涂料106109 刷后，可有效将静电导走，以避开静电产生的危害。石油、化工、铁路、交通等行业储油罐、输油管道、油轮等储油、输油设备的内外壁，煤矿、航空、纺织、粮食等行业设备、设施腐蚀的同时又能导静电的涂料具有良好的应用空间。石墨烯是一种同时具有导电性和防腐蚀性能的有意的材料，其在导静电涂料、抗静。石墨烯防腐涂料环氧富锌漆随着我国经济的快速进展，大量钢铁被用于交通、建筑、机械、能源、化工、根底设 700010000 亿美元，约是地震、

15、水灾、台风等自然灾难造成经6 8000 GDP 1.8%左右,。因此，防腐蚀是全世界必需争辩的课题。石墨烯作为一种型的防腐材料，在常用的环氧防腐涂料的根底上通过添加石墨烯制7性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防腐性能超过现有的重防腐涂料，可广泛应 量对环氧富锌防腐涂料性能的影响如下表：试样锌粉含量/%石墨烯含量/%耐盐雾结果/hZR-120048ZR-2700624ZR-32012500从上表可以看出，石墨烯的参加可以大幅度降低锌粉的添加量，同时极大的提升了涂 能有了巨大的飞跃。水性防腐涂料水性涂料是一种环保、绿色涂料，水性防腐涂料在重防腐涂料领域方面的应用呈上升 趋势。但由于水自身的

16、特点，外表张力大，导致了水性防腐涂料的成膜性能、漆膜防腐性能 键。石墨烯优异的防腐性能，使其在水性防腐涂料中将有突出奉献。添加与未添加石墨烯的水性防腐涂料耐盐雾性能见下表：8试样石墨烯含量/%耐盐雾结果/hAW-10600AW-21800从上表可以看出，参加石墨烯的水性防腐涂料可明显提高防腐性能。无铬达克罗涂料 之急。石墨烯优异的防腐性能，可有效提高达克罗涂料的防腐蚀性能及耐磨性，同时涂层的抗高温性及加热后的耐腐蚀性能也很好。添加与未添加石墨烯的达克罗涂料试验结果见下表：试样石墨烯含量/%耐盐雾结果/h备注AD-10800含铬AD-211000不含铬从上表可以看出，同样的达克罗处理，添加石墨烯可以大大提高涂层的防腐蚀性能， 同时，使涂层具有了突出的绿色环保性，将使达克罗涂料的应用更加广泛。石墨烯阻燃涂料9烯涂层会生成 CO2 和水，并生成更致密连续的炭层，起到进一步的阻隔作用，从而提高了涂料的阻燃性能。石墨烯高导热散热性