石墨烯具有獨(dú)特的性能和潛在的應(yīng)用前景，目前已成為全世界的關(guān)注焦點(diǎn)與研究熱點(diǎn)。石墨烯在納米復(fù)合材料、儲(chǔ)能材料、電子元器件及催化劑載體等領(lǐng)域已得到應(yīng)用，且顯現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。石墨烯電子遷移率高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性優(yōu)異、硬度高等優(yōu)點(diǎn)使其在涂料中獲得應(yīng)用，并取得了較好的應(yīng)用效果。本研究根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究成果，對(duì)石墨烯的在涂料中的應(yīng)用進(jìn)行了概述，以期拓寬石墨烯的工業(yè)應(yīng)用。

　　在涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其與水有機(jī)溶劑以及聚合物的相容性較差，因而增加了其在涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用難度。為解決該問(wèn)題，可在制備石墨烯的過(guò)程中先將GO功能化改性，再按需要進(jìn)行還原。

　?。ㄒ唬?、石墨烯的功能化改性

　　石墨烯經(jīng)功能化改性后既保留了原有性質(zhì)，還附帶了改性基團(tuán)的反應(yīng)活性，能有效提高石墨烯在涂料體系中的分散性、相容性，甚至可賦予涂料體系某種特殊功能，因此石墨烯的功能化改性是其在涂料領(lǐng)域應(yīng)用中必不可少的重要一環(huán)。

　　1、共價(jià)鍵修飾

　　共價(jià)鍵修飾是將活性較高具有特定官能團(tuán)的物質(zhì)以共價(jià)鍵的方式接枝到石墨烯上，以提高石墨烯的反應(yīng)活性、相容性及其他特性GO上存在羧基、環(huán)氧基、羥基等官能團(tuán)，這些基團(tuán)可作為功能化反應(yīng)的活性位點(diǎn)用聚乙烯醇的羥基與GO的羧基反應(yīng)，可制得能在二甲基亞砜和水中分散的功能化石墨烯。

　　Stankovich等用異氰酸酯衍生物反應(yīng)將GO的羧基和羥基轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚怎グ泛桶被姿狨?，產(chǎn)物可在極性質(zhì)子溶液中穩(wěn)定存在，且可作進(jìn)一步修飾GO的環(huán)氧基團(tuán)也可加以利用，Wang等將GO與十八胺進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，得到可在有機(jī)溶劑中均勻分散濃度達(dá)15mg/mL的功能化石墨烯分散體系。

　　2、非共價(jià)鍵修飾

　　非共價(jià)法修飾是將石墨烯與修飾劑相互作用（如氫鍵作用、靜電作用和π-π相互作用等）實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯的改性，該法不破壞石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)，可保持其優(yōu)異的導(dǎo)電性能。π－π相互作用可得到具有線－桿－線結(jié)構(gòu)的石墨烯/PEG－OPE－PEG復(fù)合材料，桿是帶共軛結(jié)構(gòu)的親油性低聚物，線則是親水性PEG，該復(fù)合材料在水和有機(jī)溶劑中都顯示出很好的相容性。

　?。ǘ?、在涂料體系中的應(yīng)用

　　石墨烯用于涂料中可制備純石墨烯涂料和石墨烯復(fù)合涂料，前者主要是指純石墨烯在金屬表面發(fā)揮防腐蝕、導(dǎo)電等作用的功能涂料；后者主要是指石墨烯首先與聚合物樹脂復(fù)合，然后以復(fù)合材料制備功能涂料，石墨烯可顯著提升聚合物的性能，因此石墨烯復(fù)合涂料成為石墨烯的重要應(yīng)用研究領(lǐng)域。石墨烯與聚合物樹脂復(fù)合方法大致有3種：（1）熔融共混。高溫下將聚合物與石墨烯熔融混合，可避免使用有機(jī)溶劑；（2）溶液共混。選擇合適的溶劑先溶解聚合物，再與石墨烯分散液均勻混合，最后除去溶劑；（3）原位聚合。將石墨烯分散到聚合物單體中，發(fā)生單體－單體間、單體－石墨烯－單體間聚合，原料通常為改性石墨烯，以提高兩者相容性。前兩種方法是使聚合物進(jìn)入石墨烯內(nèi)部形成插層復(fù)合物，第三種方法是使聚合物在石墨烯上生長(zhǎng)，三者均能有效地使石墨烯剝離并均勻分散。

　　1、導(dǎo)電涂料

　　石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)使之具有很高的電子遷移率和優(yōu)異的電學(xué)性能，這是人們最希望可以利用的性能。傳統(tǒng)的導(dǎo)電涂料通過(guò)加入導(dǎo)電性物質(zhì)作為添加劑來(lái)達(dá)到涂膜導(dǎo)電的目的，導(dǎo)電性添加劑通常為金屬或金屬氧化物顆粒（如銀粉、銅粉、氧化鋅等），以應(yīng)用較為廣泛的銀粉為例，其用量、粒徑和形態(tài)都對(duì)涂料的導(dǎo)電性能有很大影響，相比銀粉，石墨烯除了有很好的導(dǎo)電性能外，還具備優(yōu)異的機(jī)械性能及熱性能，是極佳的導(dǎo)電涂料添加劑。Pham等以一種快捷且低成本的方法制備了導(dǎo)電性石墨烯涂料。將制得的GO與還原劑水合肼制成混合分散液，將該分散液噴涂在已預(yù)熱的基底上。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于制備涂膜的同時(shí)還原了氧化石墨烯，通過(guò)簡(jiǎn)單步驟制得致密的導(dǎo)電性石墨烯涂膜，其表面電阻為2.2×10/sq，在波長(zhǎng)550nm下透光率高達(dá)84%石墨烯導(dǎo)電涂料也可通過(guò)旋涂工藝施工，涂膜表面電阻可低至102～103/sq，在550nm波長(zhǎng)下透光率達(dá)到80%。

　　2、防腐涂料

　　利用石墨烯優(yōu)異的電學(xué)性能可制得性能卓越的防腐涂料，王耀文采用溶液共混法將rGO添加到環(huán)氧樹脂中制備出含0.5%～2%不同比例石墨烯的防腐涂料，具有片層共軛結(jié)構(gòu)的rGO可層層疊加形成致密的隔絕層，抑制水對(duì)涂膜的浸潤(rùn)與滲透，起到物理防腐作用；rGO的導(dǎo)電性能使其能迅速地將陽(yáng)極反應(yīng)中Fe失去的電子傳導(dǎo)到涂料表面，從而阻止Fe3+生成沉淀而發(fā)生腐蝕。Yu等采用原位乳液聚合法將經(jīng)對(duì)苯二胺/4－乙烯基苯甲酸改性的氧化石墨烯（pv－GO）添加到聚苯乙烯（PS）中得到pv－GO/PS納米復(fù)合材料并制成涂料與純聚苯乙烯相比，涂膜防腐蝕效率從37.90%提高到99.53%，分解溫度由298℃提高到372℃，楊氏模量由1808.76MPa提高到2802.36Mpa。Prasai等采用2種方法制備石墨烯防腐涂層，一種以需要保護(hù)的金屬鎳作為襯底，用CVD法制得原生多層石墨烯涂層薄膜；另一種以銅作為襯底，用CVD法制備石墨烯涂層薄膜，以聚甲基丙烯酸甲酯作為介質(zhì)將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到需要保護(hù)的鎳表面上研究發(fā)現(xiàn)，前者制備的石墨烯防腐涂層可以使鎳的腐蝕減慢20倍，后者制備的涂膜可使腐蝕減慢4倍。后一種方法對(duì)許多不能直接以CVD法在其上制得石墨烯涂層的襯底非常適用，通過(guò)轉(zhuǎn)移工藝可保證石墨烯薄膜在合適的襯底上生長(zhǎng)，而在其他金屬表面發(fā)揮防腐作用。Schriver等則發(fā)現(xiàn)用CVD法制備的石墨烯只能提供短時(shí)間的防腐蝕效能，在長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕測(cè)試中，涂覆有石墨烯的銅表面比純銅表面腐蝕更為嚴(yán)重。由此可見，欲將石墨烯成功應(yīng)用于防腐涂料，還需對(duì)其進(jìn)行更多的功能化改性或與其他物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合等方面的研究。石墨烯雖具有諸多優(yōu)異性能，然而作為一個(gè)新的研究對(duì)象，還有很多未知的性質(zhì)需要探究，作為防腐材料工業(yè)化應(yīng)用前必須要完善相關(guān)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，避免相反結(jié)果發(fā)生。

　　3、建筑涂料

　　石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高，將其用于建筑隔熱涂料可有效降低建筑物的內(nèi)部溫度，增強(qiáng)節(jié)能效果。薛剛等采用回流法將石墨烯包裹在紅外發(fā)射粉末表面，制備了一種含石墨烯、電氣石和過(guò)渡金屬氧化物的復(fù)合散熱涂料，石墨烯可降低紅外顆粒的熱阻，與普通散熱涂料相比，含石墨烯的復(fù)合涂料紅外發(fā)射率達(dá)到96%，節(jié)能6.37%，體現(xiàn)出良好的節(jié)能效果。GO與石墨烯具有同樣優(yōu)異的力學(xué)性能，能顯著改善聚合物的抗拉強(qiáng)度與韌性，呂生華等采用溶液共混法將GO加入到以丙烯酸酯類聚合物與水泥復(fù)合而成的聚合物水泥防水涂料中，GO豐富的含氧基團(tuán)可調(diào)節(jié)水泥水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)，使涂膜的物理性能（如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗?jié)B性等）得到明顯提升。

　　4、抗靜電涂料

　　抗靜電涂料廣泛用于電子、電器、特種及化工等多種領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對(duì)其抗靜電性能的要求越來(lái)越高。石墨烯所具有的高導(dǎo)電性、強(qiáng)力學(xué)性能等特點(diǎn)，有利于制備高性能、高強(qiáng)度的抗靜電涂料。章勇將十六胺接枝到GO表面以增加與環(huán)氧樹脂的相容性，然后以溶液共混的方式將兩者均勻混合改變混合體系中石墨烯的用量，可得到具有不同表面電阻率的抗靜電涂料，當(dāng)改性石墨烯的添加量為0.5%時(shí)，抗靜電涂膜的表面電阻可降109/sq，達(dá)到抗靜電涂料的標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　5、其他功能涂料

　　如前所述，石墨烯是迄今為止發(fā)現(xiàn)的力學(xué)性能最好的材料之一，添加石墨烯到各種功能涂料中都能很大程度提高涂膜的力學(xué)性能。Wang等用溶膠凝膠法制備了石墨烯－水性聚氨酯涂料，添加2.0%的石墨烯即可使涂膜的抗張強(qiáng)度提高71%，楊氏模量提高86%。潘炳力等制備了聚苯硫醚（PPS）/聚四氟乙烯蠟/石墨烯復(fù)合涂料，摩擦學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，復(fù)合涂料的摩擦系數(shù)低于純PPS涂層，而耐磨性明顯高于純PPS涂層。王乾乾以溶液共混法制得GO/水性聚氨酯共混涂料，并用作皮革涂飾劑，應(yīng)用結(jié)果表明，適量加入GO可顯著改善被涂飾皮革的耐磨耗性能，耐干擦、濕擦等級(jí)分別達(dá)到4.5級(jí)和4.0級(jí)，優(yōu)于未改性的WPU涂層。Liang等發(fā)現(xiàn)在熱塑性聚氨酯（TPU）中加入少量（TPU用量的1%）的磺化石墨烯時(shí)，該復(fù)合材料的楊氏模量提高了120%。Pan等以溶液共混方式制備出聚酰胺11/石墨烯復(fù)合涂料，并噴涂在45鐵基底上研究其摩擦性能。結(jié)果表明，隨石墨烯用量的增加，涂膜的摩擦壽命增加且增幅顯著，摩擦系數(shù)基本不變，當(dāng)石墨烯用量為0.4%時(shí)，摩擦壽命比純聚酰胺11提高了880%。

　　結(jié)語(yǔ)

　　石墨烯所具有的獨(dú)特性能使其在各個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)了巨大的潛力與應(yīng)用前景，目前已成為國(guó)內(nèi)外科研的熱點(diǎn)。然而，有關(guān)石墨烯及其復(fù)合材料在涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用報(bào)道還較少，該研究尚處于起步階段，還有一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決，如:怎樣大規(guī)模、低成本制備出高質(zhì)量的石墨烯，并實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性；石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬及石墨烯功能化改性方法的創(chuàng)新；研究石墨烯與聚合物的相容性及其在涂料體系中的作用機(jī)理，為其在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)；如何實(shí)現(xiàn)石墨烯－聚合物納米復(fù)合材料的工業(yè)化模合成及其在涂料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。隨著研究的深入開展，石墨烯將有望推動(dòng)涂料工業(yè)的發(fā)展與革新，并以新型功能化涂料等形式走進(jìn)人們的日常生活。