1 用钛酸酯偶聯劑修飾水分散改性石墨烯

按通用方法将石墨制成氧化石墨烯，向氧化石墨烯分散液内分别加入钛酸酯和水合肼，在水浴加熱法下發生反應，使氧化石墨烯還原并同時嫁接上钛酸酯偶聯劑分子。将獲得的合液進行後處理和真空幹燥，得到粉末狀改性石墨烯。

由于钛酸酯偶聯劑對氧化石墨烯進行了表面修飾，不再産生團聚，故石墨烯水分散體穩定性高，可長時間貯存，适合用于複合材料及塗層材料的制備。制備工藝簡便，生産效率高，生産過程和産品均能符合環保要求。

2 石墨烯與基體樹脂共混複合水性塗料

2.1 水性導電塗料

石墨烯/聚酯樹脂複合水性導電塗料。用Hummers法制備氧化石墨烯，經兩步化學還原法得到有機分子修飾的石墨烯水溶液，加入聚酯、助劑和交聯劑、催化劑，經液态共混，制備得到水性導電石墨烯塗料。該塗料具有高導電性能和力學性能，可應用于電磁屏蔽、抗靜電、防腐、散熱、耐磨及電子線路等領域，具有廣泛的應用價值。2.2 石墨烯改性水性環氧樹脂耐磨玻璃塗料

石墨烯改性的耐磨水性玻璃塗料由兩組分組成，第一組分為基體成膜物，第二組分為固化劑。其中第一組分包括改性環氧樹脂20%～40%、助劑0.5%～7%、氧化石墨烯0.1%～5%、偶聯劑1%～2%，其餘為水（均為質量分數）；第二組分是胺類固化劑。在使用前将兩組分混合，其中第二組分占混合物質量分數的3%～30%。該塗料具有硬度高、耐磨性好、與玻璃基底親和力與附着力強、耐水、耐乙醇性好，且符合環保要求。另外制備方法簡便，具有重要的商業化應用價值。

2.3 石墨烯改性丙烯酸酯聚合物水泥防水塗料

用Hummers法制備的氧化石墨烯加入丙烯酸酯類聚合物乳液中，加入選用的助劑，按比例加入水泥，攪拌分散，制成氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水塗料。該塗料顯著增加了丙烯酸酯類聚合物乳液成膜的抗拉強度；提高了耐水性；此外，氧化石墨烯豐富的含氧官能團可以調節水泥水化産物晶體的生長，提高其抗拉強度和韌性。故氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水塗料具有良好的耐久性、抗滲性以及物理力學性能，應用前景廣闊。

2.4 石墨烯改性聚氨酯樹脂複合水性塗料

2.4.1石墨烯/水性聚氨酯納米複合乳液

将真空脫水的聚醚多元醇（N210）和TDI反應制得聚氨酯預聚體，加入二羟甲基丙酸引入親水羧基，加三乙胺中和鹽基化，加入氧化石墨烯水溶液、去離子水和乙二胺進行乳化反應，減壓蒸餾出丙酮後，滴加維生素C溶液進行原位還原反應，得到石墨烯/水性聚氨酯納米複合乳膠樹脂。該乳膠樹脂可應用于靜電防護、防腐塗層、建築塗料等領域，本發明工藝簡便、環保、适合大規模生産。

2.4.2 石墨烯/TiO2複合材料改性水性聚氨酯抗菌塗料

納米TiO2作為光催化納米材料的一種，有抗菌滅菌作用，但它對于可見光吸收率較低，納米粒子趨向于聚集，大大降低了其滅菌作用。在含納米TiO2抗菌塗料中，引入5%以下的石墨烯，明顯提高塗料對可見光吸收率，并加強納米TiO2的光催化活性和抗菌、滅菌能力，使改性後的水性聚氨酯在抗菌滅菌綜合性能方面有很大提高。并且具有良好的表面性能、耐水性和力學性能。

3 石墨烯/聚氨酯原位聚合的水性導電塗料

石墨烯相比傳統的碳系導電填料（炭黑、石墨、碳納米管、碳纖維等）具有更加優異的導電性及機械性能。

用二元胺對氧化石墨烯進行氨基化改性，後用化學還原恢複石墨烯的共轭導電體系，利用石墨烯表面的—NH與—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導電塗料。

該導電塗料具有防輻射、抗靜電、防腐蝕、耐磨等特性，可用于高分子材料、金屬材料、紡織材料表面等方面。

4 用溶膠-凝膠技術制備改性石墨烯/水性聚氨酯納米複合塗料

中國科技大學XinWang等于2012年在《Surface&Coatings Technology》上發表了他們的研究論文：用溶膠-凝膠技術制備改性石墨烯/水性聚氨酯複合納米塗料，分3部分：

（1）矽烷改性石墨烯納米薄膜制備。用Hummers法制備氧化石墨烯（GO），然後對GO水分散體用水合肼化學還原成GNS，再用DCC（N,N'-二環己基碳化二亞胺）和3-氨基丙基三乙氧基矽烷（APTES）功能改性，用超聲波分散1 h，在70 ℃下攪拌反應24 h，經後處理得到APTES功能改性的石墨烯納米膜f-GNS。

（2）矽烷APTES封端的水性聚氨酯（WPU）制備。用異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙二醇、一縮二乙二醇和三羟甲基丙烷混合多元醇合成PU預聚物，再和二羟甲基丙酸反應，然後加APTES反應，得到APTES封端的水性聚氨酯（WPU），産率86.3%，數均分子量28 600（GPC測定）。

（3）溶膠-凝膠技術制備f-GNS/WPU納米複合塗料。借助超聲波将f-GNS粉末分散在去離子水中制成懸浮液，将APTES封端的WPU加入其中一起混合，用三乙胺調節pH值，制成f-GNS/WPU納米複合塗料。

用1H-NMR、FTIR、XPS、GPC、AFM、HRTEM等表征了GO、f-GNS的結構，基本驗證了圖1所示的分子結構式與反應過程，及f-GNS/WPU納米複合塗料産品結構和組成。納米複合物中的T1、T2和T3代表了單、二和三取代的矽烷鍵合，證實在APTES封端的WPU和f-GNS相鄰的矽氧烷分子之間縮聚反應，形成共價鍵。

圖1 用溶膠-凝膠法制備f-GNS/WPU納米複合塗料過程

近年來，基于石墨烯的防腐應用研究主要集中在純石墨烯防腐塗層以及石墨烯複合防腐塗層。純石墨烯塗層一般通過化學氣相沉積（CVD）方法、機械轉移法、噴霧法等方法，将純石墨烯覆蓋到銅、鎳等金屬基材表面，利用石墨烯自身二維片層結構層層疊加形成的緻密隔絕層對金屬進行防護。然而，單純使用石墨烯防腐蝕塗層具有很多局限性：對石墨烯品質要求高，一旦薄膜有輕微的缺陷便會加劇金屬腐蝕，隻能提供短時間的抗氧化腐蝕效能；對金屬基底可選擇的不多，對設備要求高；難以大規模、大面積制備，難以産業化。

與純石墨烯防腐塗料相比，石墨烯複合防腐塗料能夠兼顧石墨烯優異的化學穩定性、快速導電性、突出的力學性能和聚合物樹脂的強附着力、成膜性，可協同提高塗料的綜合性能。另外，石墨烯複合防腐塗料的制備方法和塗覆工藝等都可建立在傳統塗料生産的工藝基礎上，在工業化合成和産業化應用中表現出很好的可控性和施工性。因此，石墨烯複合防腐塗料将是未來新型防腐蝕塗層材料的新生力量。

目前，石墨烯複合防腐塗料的研究主要以溶劑型複合材料為主，因含有大量的有毒重金屬和揮發性有機物質（VOC），溶劑型防腐塗料的發展受到越來越多的限制。随着人們環保意識的不斷提高，世界各國對防腐塗料的發展提出越來越多的要求，防腐塗料正向高性能化、功能化、綠色化的方向發展，特别是發展水性塗料已成為重防腐蝕塗料的重要發展方向。我國塗料行業“十二五”規劃明确指出，将水性防腐塗料向重防腐領域推廣，塗料行業“十三五”規劃亦将大力發展高固體分和水性等環境友好型塗料作為重點研發項目。

1 石墨烯防腐機理

石墨烯本身具有的獨特結構性質，使其在物理防腐和電化學防腐方面都展現出一定的優勢。石墨烯的片層結構層層疊加、交錯排列，在塗層中可形成“迷宮式”屏蔽結構，能夠有效抑制腐蝕介質的浸潤、滲透和擴散，提高塗層的物理阻隔性。同時，由于其小尺寸效應，石墨烯可以填充到塗層的缺陷當中，減少塗層孔隙率，增強塗層緻密性，進一步延緩或阻止腐蝕因子浸入到基體表面。石墨烯層與層之間有良好的潤滑作用，石墨烯的片層結構可以将塗層分割成許多小區間，能夠有效地降低塗層内部應力，消耗斷裂能量，進而提高塗層的柔韌性、抗沖擊性和耐磨性。另外，石墨烯的共轭結構使其具有很高的電子遷移率，表現出良好的導電性，同時，其片層結構亦能夠保證塗層間有較好的電化學接觸，形成導電網絡，提供更佳的電化學保護。

2 石墨烯在水性複合防腐塗料中的應用

水性塗料因低污染、易淨化、無刺激等特點，成為塗料行業大力發展的綠色環保型塗料。目前全國各地正加快進行油改水的進程，但水性塗料的防護效果仍比不上其對應的溶劑型塗料，導緻其在重防腐領域中的應用程度仍然不高。水性塗料存在一些技術性的問題：由于成膜機理的不同，與溶劑型塗料相比，水性防腐塗料難以形成組成高度均一、結構高度完整的高質量塗層，其成膜性、耐磨蝕性能不好；水性防腐塗料中殘留的水性基團使其對水、氧氣等腐蝕介質的屏蔽能力差；因水的表面張力大，水性塗層難以達到對顔填料的高度浸潤和分散，因此改善水性塗料的防腐性已成為環保塗料發展中的重點。石墨烯具有的獨特性能，為改善水性塗料的緻密性、阻隔性、機械性能以及防腐性能帶來新的改進途徑。近年來，石墨烯的制備、功能化改性以及石墨烯聚合物納米複合材料的研究進展顯着，通過溶液或熔融共混、原位聚合等方法制備的溶劑型複合防腐塗料所展現出的效果亦被證實可行，這些為石墨烯水性複合防腐塗料的應用開發提供了研究依據，并帶來了新的可能。

2.1 石墨烯水性聚氨酯防腐塗料

水性聚氨酯（WPU）具有溶劑型聚氨酯的性能，又克服了溶劑揮發對環境的污染。但是WPU 的熱穩定性、耐溶劑性及力學性能等較差，影響其應用範圍，因此為了提供WPU 的綜合性能，通常要對其進行交聯改性、環氧樹脂改性、有機矽改性以及無機納米材料（SiO2、TiO2、CNTs）改性等。石墨烯作為新的高性能納米增強體，使聚氨酯的耐水性、熱性能、力學性能均有不同程度的提升。Yoon 等利用共混法将異氰酸烯丙酯改性後的氧化石墨烯（iGO）與WPU進行複合，經考察，複合物的拉伸強度、玻璃化轉變溫度和熱穩定性能都有顯着提高。Yang 等将氧化石墨烯（GO）、還原型氧化石墨烯（RGO）以及功能化的石墨烯衍生物作為無機納米填料添加到水性聚氨酯（PU）防腐塗料中，結合鹽霧試驗、電化學阻抗（EIS）表征手段，詳細考察了石墨烯的表面化學狀态、分散狀态以及用量等因素對PU 複合塗層耐蝕性能的影響。結果表明，質量分數為0.2%的RGO對PU 複合塗層的耐腐蝕性能具有最優異的增強效果。Chen 等[13]發現在熱塑性聚氨酯（TPU）中加入少量的磺化石墨烯後，複合材料的楊氏模量提高了120%。

從複合塗料的相容性和穩定性考慮，Li 等用钛酸酯偶聯劑來功能化石墨烯，使其在水性聚氨酯中均勻分散。Wang 等采用溶膠-凝膠法将矽烷功能化的石墨烯與WPU 複合，結果發現添加2.0%的石墨烯可使塗層的楊氏模量提高86%，抗張強度提高71%。

丁建甯等利用氨丙基三乙氧基矽烷（KH550）對GO 表面功能化修飾，提高了GO 在丙酮、DMF 有機溶劑中的分散性，并利用GO 上的-NH2 基團與WPU聚合物單體間的化學反應，通過原位聚合法制備了GO/WPU 複合材料，改善了GO 在WPU 基體中的相容性。李友良等通過原位聚合法，在制備水性聚氨酯的加水乳化反應過程中加入氧化石墨烯溶液、去離子水和乙二胺，再加入維生素C 進行原位還原，最後制得石墨烯/水性聚氨酯納米複合材料。朱科等通過逐步聚合反應将異氰酸酯功能化石墨烯（IGN）接枝到水性聚氨酯（WPU）鍊段中，制備得到水性異氰酸酯改性石墨烯/聚氨酯納米複合乳液（ IGN/WPU），并将其應用到金屬防腐塗層領域。結果表明，随IGN 含量的增加，塗層硬度提高，水蒸氣透過率下降，防腐效率增大。

2.2 石墨烯水性環氧防腐塗料

經過研發工作者們多年的努力，水性環氧塗料已經克服了耐水性/耐蝕性差的缺點，逐步應用到溶劑型塗料所涉及的重防腐領域。為進一步提高其防腐性能，研究人員将石墨烯複合到水性環氧塗料中開發出新型複合塗層。

王玉瓊等用聚丙烯酸鈉将石墨烯漿料均勻穩定地分散到水溶液中，再經物理混合得到石墨烯水性環氧樹脂塗層，通過極化曲線、交流阻抗譜和中性鹽霧試驗探讨了塗層的耐蝕性能。

結果表明添加石墨烯後，複合塗層表現出較好的隔水性能，水分子在塗層中的擴散速率明顯減緩；同時，塗層的防腐效果明顯提高，電化學測試結果顯示，添加了石墨烯的複合塗層的自腐蝕電流密度明顯減小，塗層電阻和電荷轉移電阻增大。

張蘭河等利用原位聚合-化學還原法将苯胺插層聚合到石墨烯的表面和片層間，制備出聚苯胺/石墨烯複合材料，并采用機械共混法獲得聚苯胺/石墨烯-水性環氧樹脂複合防腐塗料。

研究結果發現，與聚苯胺相比，摻雜了石墨烯的聚苯胺複合材料具有更高的比表面積，且保持了石墨烯原有的片層狀結構；所制備的複合塗層表現出的抗滲性、耐蝕性和防腐性，均優于聚苯胺和純環氧樹脂的防護性能。

為使石墨烯複合塗料的分散性和穩定性更好，Zhang 等在氧化石墨烯GO 還原過程中加入聚乙烯吡咯烷酮PVP，借助于兩者間的非共價鍵π-π 相互作用得到高穩定性的PVP-rGO 分散液， 利用原位合成法将PVP-rGO 與水性環氧樹脂複合制備石墨烯-環氧塗層，并詳細考察了不同石墨烯添加量對複合塗層防護性能的影響。與純環氧塗層相比，添加了PVP-rGO的石墨烯-環氧塗層的熱分解溫度、楊氏模量、防腐蝕性能均有顯着提高，且石墨烯用量存在最優值。餘海斌等利用苯胺低聚物衍生物與石墨烯之間形成π-π 鍵，使得石墨烯在水中的溶解度大于1 mg/mL，導電率~1.5 S/cm。高延敏等利用GO 表面含氧官能團與氨基矽烷偶聯劑中氨基的反應，制備了氨基矽烷偶聯劑功能化修飾的GO，大大提高了GO 的疏水性和其與環氧樹脂的親和力，提高了水性環氧防腐塗料的耐磨性和耐腐蝕性能。

2.3 石墨烯水性丙烯酸防腐塗料

水性丙烯酸防腐塗料價格低廉，具有安全環保、耐老化性優異、耐堿性佳、合成加工簡單等特點，但因親水性基團的殘留，其耐水性較差，易閃蝕。藍席建等人将石墨烯用于水性丙烯酸樹脂的防腐塗料中，通過配用相應的分散劑或偶聯劑，改善了石墨烯在塗料中的分散性，并進一步通過攪拌、砂磨、過濾等工藝，實現水性石墨烯塗料的制備。結果表明，水性石墨烯塗料具有突出的耐水性和耐鹽霧性，其防腐效果明顯優于其他碳系材料填充的水性塗料。呂生華等人利用溶液共混法制備氧化石墨烯/丙烯酸酯/水泥複合塗料，研究發現GO 表面的含氧基團可有效調控水泥水化産物的生長，使複合塗層的抗滲透性、拉伸強度和斷裂伸長率等性能得到明顯提升，而且塗層對環境友好、無污染。

2.4 石墨烯水性無機富鋅

水性無機富鋅底漆是以矽酸鹽溶液為重要成膜物質，以高含量的鋅粉（為提高塗膜性能，可适量摻混些片狀鋁粉、絹雲母粉、磷鐵粉、磷鐵鋅矽粉等）等為防腐顔料的水性重防腐底漆。由于富鋅含量高，鋅粉在空氣中易發白，減少了塗層的附着力，塗層在使用過程中易起泡和幹裂，防腐性能降低。袁高兵等将石墨烯作為防腐助劑加入到水性無機富鋅塗料矽酸鹽液體體系中，結果表明不含石墨烯防腐助劑的塗膜闆耐鹽霧試驗1500 h 後就開始出現點繡、氣泡等異常變化，而含有微量石墨烯防腐助劑的塗膜闆耐鹽霧實驗2000 h 後仍無任何變化，表明添加石墨烯提高了塗膜的耐鹽霧性能。

國内外腐蝕防護工作者在石墨烯水性複合防腐塗料性能研究方面做了大量工作，石墨烯水性複合防腐塗料所展現出的效果，說明水性塗料經石墨烯改性後，性能有所提高。然而，多數研究都是實驗室成果，研究内容碎片化，且研究重點集中在如何制備石墨烯複合防護塗層以及驗證石墨烯的防腐性能，忽略了對石墨烯選材、石墨烯水性複合塗料的配套體系的研究，特别是對石墨烯對水性塗層防腐性能間的構效關系以及石墨烯與塗層的分散、界面問題等認識不足。

3 石墨烯在水性防腐領域中的應用難點

3.1 解決石墨烯的選材及與水性塗料的配套問題

石墨烯的制備方法不同，其物理結構、化學性質也不盡相同。如圖1 所示，氧化石墨烯GO、還原氧化石墨烯RGO 的結構雖與石墨烯GNP 類似，但由于化學修飾的影響，其表面存在大量的結構缺陷，造成其導電、機械、力學等性能均沒有GNP 的優異。

在親疏水性方面，受表面效應的影響，GNP 對水的浸潤性很差，表現出良好的疏水性，相比于GNP，GO、RGO 表面因含有大量或少量的含氧有機官能團，表現出良好的親水性。當GNP 和GO 作為填料添加到樹脂中時，疏水性的GNP 将阻止或延緩水、氧等腐蝕介質的滲透，而親水性的GO 将在一定程度上促進腐蝕介質的滲透。

在分散性和相容性方面，GO、RGO 因表面含有的一些有機官能團（羧基、羰基、環氧基）具有一定的反應活性，能與樹脂中的一些基團反應生成化學鍵，表現出比GNP 和樹脂之間更好的界面相容性。Chang 等人探究了不同溫度下熱還原所得到的氧化石墨烯（TRGs）表面羧基含量的變化，對聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/TRGs 複合塗料防腐性能的影響，研究結果發現，熱還原溫度較低時，石墨烯表面可以保留更多的羧基基團，在塗料基體中所表現出的分散性和相容性也更好。

在導電性方面，GNP 因良好的共轭結構，表現出優異的導電性，與GNP 相比，GO、RGO 表面因有機官能團的存在破壞了其原有的共轭結構，導電性遠不如GNP。此外，石墨烯的厚度、片徑尺寸、片層結構的卷曲程度、比表面積等特性，與塗層防護性能之間亦有直接聯系。目前國内石墨烯相關的研究機構、生産廠家有上百家，所采用的制備方法、生産工藝不盡相同，生産出的石墨烯産品性能各異，在将石墨烯用于防腐塗料時，效果必然不同，因此選擇使用何種石墨烯是研究者首要考慮的問題。

塗料是一個複雜的配套體系，各組分間協同發揮防護作用。目前關于石墨烯水性複合防腐塗料的研究趨于多樣化，不僅石墨烯的選擇多樣，而且成膜樹脂、顔填料、助劑的選擇也是多樣的，因此針對不同的腐蝕環境選擇何種石墨烯和水性防腐塗料形成完整的配套體系是研究的重點。對此，有必要建立一個石墨烯及防腐塗料的綜合評價體系，詳細考察不同結構和物化性質的石墨烯材料對不同組分水性塗料防護性能的影響，深入探索其作用機理，為後續水性防腐塗料專用石墨烯的選擇提供理論和實驗實踐依據。

3.2 解決石墨烯在水性塗料中的用量問題

在沒有添加石墨烯填料時，純樹脂在成膜過程易産生裂紋，塗層微觀多孔，腐蝕介質很容易通過空隙、裂紋擴散。當添加理想含量時，石墨烯的片層結構層層疊加、上下交錯排列，在塗層中能夠形成幾十到上百的緻密的物理阻隔層，大大提高塗層的抗滲透性。

當石墨烯填料添加量過大時，一方面由于其表面效應，石墨烯發生聚集，在塗層中出現大量的無序堆積，形成硬的團聚體成為塗料缺陷；另一方面石墨烯含量過高造成塗料的黏度、顔料體積濃度（PVC）過高，影響塗層的成膜性和附着力，使得塗層産生大量的裂紋和缺陷，促進腐蝕的進行。總之，石墨烯含量過低或過高都不能提供很好的防護性能，因此有必要考察石墨烯用量對塗層微觀結構、黏度、附着力以及防護性能的影響，并針對特定的塗料體系選擇理想的石墨烯添加量。

3.3 解決石墨烯在水性塗料中的分散性和相容性問題

石墨烯的高表面積、強範德華力和π-π 作用使其易發生團聚，與水、有機溶劑以及聚合物間不能形成穩定的化學鍵結合，導緻其與樹脂間的界面結合力微弱，相容性差，易發生相分離，嚴重影響塗層的性能。

目前研究較多的石墨烯分散技術包括化學法分散和物理法分散，即通過共價鍵及非共價鍵修飾實現石墨烯的功能化，石墨烯和塗料樹脂的融合主要通過共混法和聚合法等。

3.3.1 共混法

共混法是将石墨烯直接分散于塗料中，其混合形式可以是溶液或熔融共混。

一般采用高速磁力攪拌工藝、剪切乳化工藝、球磨法或砂磨分散工藝，利用剪切力使聚合物鍊吸附插入石墨烯片層中，應用的基體主要有聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）和聚對苯二甲酸乙二酯（PET）等。

然而，該方法存在一定的缺陷。一方面，石墨烯具有較高的表面自由能，易于發生自身團聚；另一方面石墨烯與聚合物之間沒有化學鍵作用，相對位置并不牢固，因此在共混過程中，不可避免地出現石墨烯聚集。

為解決此問題，在共混之前，研究者多利用非共價鍵修飾的方法，通過氫鍵作用、靜電作用和π-π 相互作用等，實現修飾劑（助劑、穩定劑等）對石墨烯預浸濕，以便提高石墨烯的溶解性及其與塗料的相容性，而且，該法不破壞石墨烯的共轭結構，可保持其優異的性能。例如，在石墨烯還原過程中，加入水溶性的小分子或芳香族的聚合物（如吡啶酸、磺酸基化的聚苯胺、聚對苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮等）作為穩定劑，通過穩定劑與石墨烯間的π-π 相互作用，制備分散穩定的石墨烯納米片。

3.3.2 聚合法

近年來，研究人員通過原位聚合、乳液聚合或可控自由基聚合等合成方法，将具有特定官能團的活性物質，以共價鍵的方式接枝到石墨烯表面，如圖2

對石墨烯進行氫化、氟化、鹵素化、自由基或者附加苯環等功能化修飾，實現了對石墨烯表面結構的裁剪，提高了其反應活性，有效改善了石墨烯無機納米填料在塗料基體中的溶解性、分散性和相容性。Chang 等通過原位聚合法制備了4-氨基苯甲酸改性的石墨烯（ABF-G）片層材料，并将其作為無機納米填料複合到聚苯胺塗料中。

研究結果顯示，與非導電有機黏土填料相比，接枝後的ABF-G 片層填料具有更高的長徑比，有效延長了腐蝕介質進入金屬基底表面的路徑，使得聚苯胺/石墨烯複合塗料的防腐性能均優于聚苯胺和聚苯胺/黏土複合材料。

Ruoff 等人通過異氰酸酯有機反應将GO 的羧基和羟基分别轉變為酯胺和氨基甲酸酯，實現了對GO 溶解性的調控。與未改性的GO 相比，經過功能化改性後的GO 表面因存在大的疏水基團，在一些極性非質子溶劑中（如DMSO、DMF、NMP 等）表現出良好的分散穩定性。

Duan 等人通過表面引發的原子轉移自由基聚合（ATRP）将聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ） 接枝到GO 表面， 所得到的PMMA-g-GO納米複合材料具有GO的滲透抑制作用和PMMA 的多種溶劑可溶性的協同性質，并且所制備的塗層厚度均勻、可控。

聚合法能夠保證聚合物分子鍊連接、纏繞到石墨烯表面，并且二者間存在強的界面相互作用，可有效解決石墨烯在塗料中的分散性和相容性問題。

然而，聚合法對反應的要求較高，反應過程中難以實現對官能團位置、比例以及接枝率的有效控制，不适合大規模應用。

4 總結與展望

水性防腐塗料經石墨烯改性後，機械力學性能、化學穩定性及防腐性能等得到提升，國内已有不少相關研究工作和專利發表，發展勢頭較好。

但是，石墨烯在水性塗料中的應用研究多數都是實驗室成果，研究尚處于起步階段，仍存在許多棘手的科學問題和技術難題，如：

針對水性塗料需達到的防護功能，選擇何種結構性質的石墨烯原材能制備出防護效果最優的石墨烯水性複合塗料配套體系；

根據水性樹脂基體的表面特性，如何選擇簡單高效的改性和複合方法改善石墨烯與聚合物樹脂的界面相容性；選擇何種分散技術與工藝實現石墨烯的高效分散，突破其下遊應用的瓶頸；

如何建立完善的評價方法，考察石墨烯的結構、性質、用量及分散性能與塗料防護性能間的構-效關系，明晰其作用機理。

石墨烯水性複合防腐塗料的應用開發熱潮持續升溫，其進一步發展可期。

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