環氧樹脂(EP)因具備不一樣的分子式，能夠主要表現出不一樣的性能。且因為易與不一樣的環氧固化劑、油漆稀釋劑、改性劑等混和應用，制取出具有出色的機械設備、結構力學、熱力學、粘結力、絕緣層和防腐蝕性能的環氧樹脂原材料，而被廣泛運用于防腐蝕涂料。但伴隨著應用場景復雜，單純性的EP涂料主要表現出一些不夠:一是因為導熱系數低造成 耐溫性差，大部分EP只適用100℃下列的自然環境;二是因干固后交聯密度大，以至于摩擦阻力高，耐磨性能和抗沖擊能力差;三是電阻高易造成靜電作用;四是干固后容易造成缺點，危害防腐蝕性能。為能夠更好地利用EP的優勢，常添加填充料以改進性能。

石墨烯因其與眾不同的分子結構和出色的物理學性能以及化合物可引起縮聚反應等特性，引進軟性開鏈，在改進環氧樹脂基原材料性能層面具備極大的發展潛力。因為石墨烯的比表面大、表面高，做為填充料加上到環氧樹脂里時易團圓，進而危害涂料性能。為將石墨烯勻稱分散化到環氧樹脂常規中，學者們開展了很多科學研究。從最開始的簡易混和，發展趨勢到超聲波分散化技術性，從而利用硅烷偶聯劑改進石墨烯與環氧樹脂中間的緊密連接性和相溶性。研究發現:石墨烯的添加有利于提升涂料性能，但當加上到一定量時，因為石墨烯的沉積會危害涂料性能的進一步提高。近些年，一部分學者根據對石墨烯表層開展官能團異構裝飾，制取出了功能性石墨烯，發覺其在保存石墨烯基礎特點的另外，可改進與環氧樹脂常規的緊密連接性，促使石墨烯/環氧樹脂復合型涂料的科學研究擁有新的進度。

  1、石墨烯/環氧樹脂涂料的研究成果

從熱力學性能看來，石墨烯是現階段孰知具備最大導熱系數的原材料(單面約為5000W/mK)，做為填充料添加可提升環氧樹脂的耐溫性;從機械設備性能和結構力學性能看來，石墨烯由sp2雜化的平面圖氧原子組成，具備高韌性、高韌性，且石墨烯固層具備較低的剪切應力和低摩擦阻力，非常容易遷移到環氧樹脂鍍層對偶表層產生轉移膜，與環氧樹脂復合型應用后可提升鍍層的耐磨性能與抗沖擊性;從電力學性能看來，石墨烯單面基礎理論電阻約為10-6Ω?m，且因為其堆密度低，在環氧樹脂中加上小量石墨烯時就可以有著優良的導電率;從防腐蝕性能看來，因為石墨烯的小規格效用和二維層狀構造，可改進環氧樹脂鍍層中的缺點，使其可在鍍層中產生高密度的阻隔層，進而緩解浸蝕。

1.1熱力學性能

黃坤等以石墨烯為填充料添加到環氧樹脂、環氧樹脂改性材料有機硅材料、乙烯基樹脂3個管理體系中，根據烤制試驗和電加熱脆化試驗檢測了石墨烯對鍍層耐熱性和電加熱抗老化性的危害。結果顯示:與不用石墨烯對比，三者的耐熱性都獲得了提升，且在接電源500h后，環氧樹脂出現相近后干固的全過程，促使干固后化學交聯更高密度，石墨烯收攏也更緊湊型，耐溫性更強。Yang等根據科學研究石墨烯片(G)/多壁納米碳管(MWCNTs)/環氧樹脂(EP)高分子材料，發覺G與MWCNTs中間存有協同作用，因為這類橋接功效，促使其與EP的觸碰總面積增大，防止填充料團圓。測得高分子材料導熱系數為0.321W/mK，較純EP(0.13W/mK)提升了146.9%。

1.2耐磨損改性性能

伍方將石墨烯(G)和空氣氧化石墨烯(GO)用以改進碳碳復合材料與環氧樹脂中間的頁面構造，試驗測出G/EP復合型鍍層在干磨擦和海面磨擦中的摩擦阻力較純EP鍍層減少了14.5%和33.7%，磨損量減少了69.1%和32.1%;GO/EP復合型鍍層的摩擦阻力較純EP鍍層減少了15.6%和35.5%，磨損量減少了79%和67.9%。任小孟等制取了G、GO/EP高分子材料，調查二者對EP的改性提高實際效果。研究表明:當G與GO摩爾質量為2%時，高分子材料的沖擊韌性各自提升102%和48.5%;當G與GO摩爾質量為1%時，高分子材料的抗壓強度各自提升18%和2%。

1.3電力學性能

王國建等根據自做的石墨烯與商業服務級納米碳管、富勒烯及其高純石墨各自做為納米技術導電性原材料添加EP中制取高分子材料，科學研究其電力學性能。研究表明:G是一種好于納米碳管、富勒烯和高純石墨的導電性填充料，當G的摩爾分數為0.25%時，高分子材料的導電率產生穩定滲流突然變化，表明這時G早已在EP中產生了導電性網絡通道;當摩爾分數超出0.5%時，導電率保持穩定做到2.02×10-7S/m。Serena等根據自做的金鋼石和石墨烯/環氧樹脂高分子材料，比照了二者的電力學性能。結果顯示:石墨烯的閥值遠小于人造鉆石，當石墨烯加上量為0.5%(摩爾分數)時，高分子材料的電阻從7.14×107Ω?m降低到1.02×103Ω?m，它是因為石墨烯是一種出色的電導體。

1.4防腐蝕性能

周楠等以生物基沒食子酸(GA)和環氧氯丙烷(ECP)為原材料，生成了沒食子酸基環氧樹脂(GEP)，并為此做為石墨烯增稠劑，制取了GEP-G/EP復合型鍍層。根據利用鍍層吸水性、Tafel極化曲線和中性化鹽霧試驗對防腐蝕性能開展了定性分析。研究表明:對比純EP鍍層，該鍍層電極化電阻器和自腐蝕電流相對密度提升了一個量級，且吸水性降低了0.22%，耐耐腐蝕性也獲得了合理提升。王玉瓊等以聚丙烯酸鈉做為增稠劑，根據離心機分散化2h，再超聲波分散化30min后，獲得了石墨烯水溶性分散化液，并制取了G成分為0.5%(摩爾質量)的G/水溶性環氧樹脂E44復合型鍍層。研究表明:石墨烯的添加提升了水溶性環氧樹脂的防水防火實際效果，且較純E44鍍層的Fick熱擴散系數減少了兩個量級;純E44鍍層自腐蝕電流相對密度為0.13μA/cm2，而G/E44復合型鍍層的自腐蝕電流相對密度僅為0.038μA/cm2。

  2、存在的不足

因為石墨烯比表面大(標準偏差約為2630M2/g)、表面高，在環氧樹脂里加量很大時候產生團圓和纏結，造成 其在常規中的滲透性、可靠性不佳。針對熱力學和電力學性能而言，當加上小量石墨烯時，就可以做到穩定滲流閥值，再次提升石墨烯成分，對耐溫性和導電率進一步提高的力度縮小。但針對機械設備和結構力學性能、防腐蝕性能，小量的石墨烯盡管能夠提高性能，可到一定量時因為其在環氧樹脂鍍層中的團圓，會在鍍層中導致裂痕、應力點和缺點，進而導致性能的降低。

伍方根據摩擦阻力檢測儀精確測量了不一樣成分G/EP鍍層的干磨擦和海面磨擦中的摩擦阻力，發覺當G為1%(摩爾質量)時，鍍層的摩擦阻力和磨損量會升高。并強調它是因為G成分過高時，會在鍍層中產生團圓導致裂痕，造成 鍍層在磨擦全過程極易脫落，造成的磨屑提升了鍍層的摩擦阻力和磨損量。

Zhi等利用超聲波分散化技術性制取了G/EP復合型涂料，并在鍍層干固后開展三點彎折實驗，再利用場發送掃描儀透射電鏡(FE-ESM)觀查鍍層的破裂面。研究發現當石墨烯成分為1%(摩爾質量)時在鍍層中分散化較勻稱，且當成分低于1%時涂料的延展性明顯提升。但當成分做到2%時在鍍層中會造成團圓，進而造成缺點產生應力點，造成 涂料的延展性減少。

Liu等將G做為脫硫劑添加到環氧樹脂E44管理體系中制取了G/EP復合型鍍層，并在3.5%的NaCl水溶液中置放48h后測出了動電位差極化曲線。

研究表明:0.5%(摩爾質量)G/E44與1%(摩爾質量)G/E44鍍層的自浸蝕電位差顯著小于E44鍍層，且0.5%G/E44的腐蝕電流相對密度(0.0551μA/cm2)遠小于1%G/E44(0.934μA/cm2)和E44(0.121μA/cm2)鍍層，表明石墨烯的添加促使環氧樹脂鍍層的防水防火性能獲得了提升，減少了浸蝕物質的滲入。但加上過多的石墨烯會在鍍層表層造成團圓，減少鍍層的防水防火性能。

3、功能性石墨烯/環氧樹脂涂料的研究成果

3.1功能性石墨烯

因為本征石墨烯表層的大π鍵構造具備疏水性和有機化學可塑性，在環氧樹脂涂料極易層疊集聚，造成 石墨烯在環氧樹脂常規中無法充分運用性能。為處理這一難題，世界各國學者根據在石墨烯的基本上加上別的成份和構造，產生一種新式的功能性石墨烯。這類石墨烯在維持原來基礎性能的另外，還會繼續授予一種新的特點，而且還可以依據對涂料性能的要求對石墨烯開展目的性的提升。

依照化學結構看來，石墨烯的功能性分成共價鍵融合和非共價鍵融合。共價鍵融合是根據毀壞石墨烯表層的π鍵構造，使其表層活性化，但這一平穩構造的毀壞，會造成 功能性石墨烯比本征石墨烯在導電性、傳熱等性能上有一定的降低。非共價鍵融合就是指利用石墨烯具備的超大型比表面這一特性，根據表層吸咐的方式，與別的有著出色性能的顆粒復合型起來。這類方式盡管沒有對石墨烯的基礎構造造成毀壞，維持了石墨烯原有的性能特性，但分散化實際效果略遜于共價鍵融合，一般必須加上增稠劑或開展超聲波分散化。

盡管針對功能性石墨烯的科學研究還處在初步階段，將其運用于環氧樹脂防腐蝕涂料的科學研究還較少。但現有一部分學者根據一些官能團異構對石墨烯表層開展裝飾后，添加環氧樹脂管理體系中，并證實了功能性石墨烯好于單純性的石墨烯的加上實際效果。

3.2功能性石墨烯在環氧樹脂涂料中的運用

Ghaleb等根據差示掃描儀量熱儀剖析了G/EP鍍層和ch-G/EP(氯仿功能性石墨烯/環氧樹脂)鍍層的夾層玻璃轉換溫度Tg，發覺G/EP中僅有在石墨烯容積成分為0.1%時的Tg高過純EP，而ch-G/EP中的全部試品都高過純EP的Tg。它是因為單純性的石墨烯在加上到一定量時候在鍍層中產生團圓危害鍍層性能，而歷經氯仿功能性后的石墨烯可以非常好地分散化在鍍層中。

Martin-GALLEGO等根據Au3 的有機化學復原，以在金顆粒表層產生的自堆積所造成的金金納米顆粒對石墨烯表層開展了功能性裝飾，并根據超聲波分散化將Au/G分散化在光固化機環氧樹脂涂料中。研究發現:在同樣的加上量下，Au-G/EP的導電率要比G/EP高于約4個量級。陳宇選用水熱法，以甲階脲醛樹脂和空氣氧化石墨烯做為原材料，制取了脲醛樹脂裝飾的石墨烯氣凝膠(p-GA)，并為此做為導電性填充料與EP產生高分子材料。研究發現:因為甲階脲醛樹脂的添加促使p-GA的三維網絡架構更為健全堅固，加上小量的p-GA就可以得到 出色的導電性性能和磁屏蔽材料性能。當填充料成分為0.33%(摩爾質量)時，導電率為73S/m，磁屏蔽材料性能做到35dB。

Qi等在空氣氧化石墨烯表層熱聚合了硅烷，獲得了硅烷功能性石墨烯(g-GO)，并與液晶顯示屏環氧樹脂(LCE)做為混和填充料添加到環氧樹脂常規中，制取了環氧樹脂復合型涂料。研究表明:當混和填充料為3%時[2%(摩爾質量)g-GO和1%LCE]，與純環氧樹脂鍍層對比，復合型鍍層的抗沖擊性提高了132.6%，抗壓強度和抗拉強度各自提高了27.6%和37.5%。較未功能性的石墨烯性能擁有進一步提高。

Ramezanzadeh等根據疑膠基硅烷裝飾了空氣氧化石墨烯，制取了硅烷功能性空氣氧化石墨烯/環氧樹脂鍍層，并根據光電催化特性阻抗譜、耐腐蝕法和負極脫離實驗科學研究了硅烷功能性空氣氧化石墨烯對涂料性能的危害。研究表明：根據掃描儀透射電鏡觀查到經硅烷裝飾的空氣氧化石墨烯在環氧樹脂常規中分散化勻稱，且鍍層的防腐蝕性能獲得了合理提升，負極脫離狀況降低。

功能性石墨烯環氧樹脂涂料的科學研究盡管獲得了不一樣水平的進度，但因為反映標準不易控制，復合型涂料的秘方設計方案麻煩，不宜規模性制取，還需進一步尋找簡單高效率的制取線路。

  4、未來展望

伴隨著當代科技的發展，大家對環氧樹脂基復合型涂料性能的規定愈來愈高，但因為現階段針對石墨烯/環氧樹脂復合型涂料制取的技術性科學研究并未完善，還必須在下列好多個層面進行科學研究。

(1)不可以限于考慮到石墨烯/環氧樹脂涂料的綜合性性能，應對于獨特自然環境對石墨烯開展目的性的功能性裝飾或找尋目的性的高效率增稠劑用以提高涂料的某一特殊性能。

(2)石墨烯中含氧量官能團異構成分和類型是挑選適合改性材料分子結構、改性材料方式的基本，常量元素制取出構造和性能可控性的功能性石墨烯應是將來的科學研究關鍵。

(3)伴隨著環境保護規定的提升，防腐蝕涂料水溶性化過程已經加速開展。水溶性石墨烯環氧樹脂涂料有寬闊市場前景，必須處理的難題是石墨烯在水溶性環氧樹脂中的滲透性及其確保涂料優良導電性性能和傳熱性能。

(4)功能性石墨烯與環氧樹脂復合型涂料的性能檢驗與應用研究還需進一步深層次，做為邊緣學科，石墨烯基復合型涂料涉及到諸多行業，如石墨烯基環氧樹脂涂料的阻燃等級、抗掛流性等，尚需科學研究工作人員進一步科學研究和探尋。

(5)在石墨烯表層引進功能性官能團異構的總數操縱與性能定性分析，及其在石墨烯表層精確地挑選功能性部位點，并對石墨烯/環氧樹脂在化學結構上開展精細化管理的設計方案以融入涂料的不一樣運用還需進一步科學研究。

來源于：涂料工業生產