關(guān)鍵詞:石墨烯，涂料，導(dǎo)電，防腐，散熱，阻燃，增強(qiáng)
引言
石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是一種新型的由碳原子以SP2雜化軌道組成的六角形呈蜂窩晶格的平面薄膜，是世界上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料[1]，硬度超過(guò)鉆石，同時(shí)又像橡膠一樣可以伸展。石墨晶體薄膜的厚度只有0.335納米，把20萬(wàn)片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。具有超高的比表面積(理論值約2600m2/g)和優(yōu)異的耐熱性、力學(xué)強(qiáng)度、氣體阻隔性[2]。其強(qiáng)度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/(m·K)，高于碳納米管(3000W/mK)和金剛石。常溫下其電子遷移率超過(guò)15 000 cm2 /(V·s)，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6 Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，達(dá)到了光速的1/300。因此,石墨烯同時(shí)具有高比表面積、快速導(dǎo)電性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、突出的力學(xué)性能、高導(dǎo)熱性、韌性和屏蔽性等性能。可廣泛應(yīng)用于功能涂料領(lǐng)域的導(dǎo)電涂料、防腐涂料、阻燃涂料、導(dǎo)熱涂料和高強(qiáng)涂料等[2]。
1石墨烯在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用
導(dǎo)電涂料按導(dǎo)電機(jī)理不同可分為本征型和填充型兩類。本征型導(dǎo)電涂料是指聚合物本身或經(jīng)參雜而具有導(dǎo)電性，該類涂料存在著電荷載流子遷移率低且溶解性和加工性差等問(wèn)題。填充型導(dǎo)電涂料由成膜樹(shù)脂和導(dǎo)電填料均勻混合而成，其中成膜物不具有導(dǎo)電性，主要依靠填充的導(dǎo)電粒子提供自由載流子而具有導(dǎo)電性。填充型導(dǎo)電涂料的制備和使用簡(jiǎn)單易行，目前在靜電耗散、電磁屏蔽、電子封裝等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3]。
導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電機(jī)理是：均勻分散在涂膜內(nèi)的導(dǎo)電填料含量超過(guò)一定值時(shí)，涂膜的電阻率迅速下降，表現(xiàn)出導(dǎo)電性能，這種現(xiàn)象被稱為滲流，這一臨界值即為滲流閾值。理論研究認(rèn)為涂膜內(nèi)的導(dǎo)電填料含量達(dá)到滲流 閾值后，復(fù)合體系內(nèi)的導(dǎo)電粒子便會(huì)彼此搭接或列隊(duì)形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)回路。導(dǎo)電粒子與聚合物混合時(shí)會(huì)形成界面，體系界面能過(guò)剩。導(dǎo)電填料含量越高，分散效果越好，體系界面能過(guò)剩也就越大。但是，當(dāng)填料含量超過(guò)滲流閾值后，電導(dǎo)率提升變緩并維持恒定值。一般認(rèn)為，當(dāng)石墨烯含量較高時(shí)，電子主要經(jīng)過(guò)導(dǎo)電通道進(jìn)行傳輸;當(dāng)其含量較低時(shí)，形成連續(xù)導(dǎo)電通道的機(jī)率較小，這時(shí)電子主要通過(guò)場(chǎng)致發(fā)射和隧道效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸。
車輛塑料件靜電噴涂具有傳遞效率高、裝飾性好、生產(chǎn)效率高、顯著降低VOC排放等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。對(duì)ABS、PP等塑料件采用靜電噴涂，必須先噴涂一層導(dǎo)電底漆，使塑料底材與噴槍之間形成有效的電壓場(chǎng)，然后才可以進(jìn)行靜電噴涂金屬面漆。車輛塑料件用水性淺色導(dǎo)電底漆1.1基礎(chǔ)配方及工藝如下:
(1) 配方
| 原料 | W% |
| 去離子水 | 12-15 |
| 功能助劑 | 2-3 |
| 石墨烯粉 | 1-4 |
| 顏填料 | 15-25 |
| 水性丙烯酸樹(shù)脂 | 40-50 |
| 成膜助劑 | 8-10 |
1.2制備工藝
將去離子水加入分散缸中，中速攪拌下加入分散劑、潤(rùn)濕劑、消泡劑、殺菌劑，再加入石墨烯粉，高速分散1h后再研磨成細(xì)漿。中速攪拌下將成膜助劑加入細(xì)漿料中，再加入鹽填料，高速分散1h轉(zhuǎn)中速攪拌，加入丙烯酸乳液、各種功能助劑，攪拌20min，過(guò)濾、出料。
1,3 產(chǎn)品性能：| 檢驗(yàn)項(xiàng)目 | 指標(biāo) | 實(shí)測(cè)值 | 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) |
| 色漆細(xì)度/um | ≤30 | 20-25 | GB/T1724-89 |
| 黏度（涂-4杯，25℃）/S | 100-150 | 120 | GB/T1723-93 |
| 涂膜外觀 | 平整，光滑 | 符合 | 目測(cè) |
| 光澤（600）/% | 50-55 | 53 | GB/T1742-89 |
| 耐QUV（100h） | 無(wú)明顯變色、無(wú)起泡 | 符合 | Lso4892-3:1994 |
| △E≤3 | △E=2.1 | ||
| 鉛筆硬度 | ≥HB | F | GB/T6739-2006 |
| 附著力（1mm,粘揭5次） | 100%不脫落 | 10次 | GB/T9286-1998 |
| 耐醇性（50次，95%乙醇） | 無(wú)發(fā)白、變色、軟化 | 棉布包500g砝碼 | |
| 等不良現(xiàn)象 | 100次 | 蘸乙醇擦≥50次 | |
| 耐冷熱循環(huán) | 無(wú)異常、用膠帶粘揭 | 60℃、2h-20℃、 | |
| 5次，附著力≤1級(jí) | 符合 | 2h,10次循環(huán) | |
| 耐磨耗性 | 100次以上 | 200次 | 砂質(zhì)橡皮摩擦，W |
| =19.6N顯露底次數(shù) | |||
| 不粘著性 | 無(wú)痕跡 | 符合 | 發(fā)泡PVC,W=4.9N, |
| 50℃、48h | |||
| 干膜電阻/Ω | - | 105-106 | GB/T1410-2006 |
| 耐鹽霧性/h | 500 | 2500 | GB/T1740-79 |
1.4 在配方因素相同的條件下，添加石墨烯后對(duì)導(dǎo)電涂料主要性能的影響，如下：
| 項(xiàng)目 | 無(wú)石墨烯 | 有石墨烯 | 提高/% |
| 附著力（1mm,粘揭5次） | 100%不脫落 | 10次 | 100 |
| 耐醇性（50次，95%乙醇）涂膜無(wú)異常 | 100次 | 100 | |
| 耐磨耗性 | 100次以上 | 200次以上 | 100 |
| 耐鹽霧性/h | 500 | 2000 | 300 |
| 干膜電阻/Ω | - | 105-106 |
2石墨烯在導(dǎo)靜電涂料中的應(yīng)用
石墨烯的共軌體系使其電子傳輸能力很強(qiáng)，在室溫下的載流子遷移率可達(dá)200000cm2/V.S。黃坤等[6]制備的石墨烯/環(huán)氧E44復(fù)合導(dǎo)電涂料，當(dāng)石墨烯用量為0.5%時(shí)，涂層耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、濃鹽溶液浸泡和耐鹽霧侵蝕的性能優(yōu)良，用量為1%時(shí)，涂層表面電阻率為106Ω,且導(dǎo)電性能穩(wěn)定，附著力良好，可作為一種新型導(dǎo)靜電防腐涂料。
藍(lán)席建等[7]研制的石墨烯導(dǎo)電海洋重防腐蝕涂料，是一種雙組分丙烯酸/聚氨酯涂料，當(dāng)石墨烯用量為0.6%時(shí)，涂層表面電阻率達(dá)到108Ω，附著力達(dá)到6.9MPa，柔韌性為1mm，耐沖擊性為50cm，耐鹽霧性達(dá)到4800h，綜合性能較優(yōu)。
筆者提供兩種研制的導(dǎo)電防腐涂料參考配方，如下：
一種高固含、低VOC導(dǎo)電重防腐涂料參考配方：
A組分
| 原材料 | W% |
| 聚酯改性丙烯酸樹(shù)脂 | 40-50 |
| 石墨烯粉 | 0.6-1.0 |
| 助劑 | 2-5 |
| 鈦白粉 | 10-15 |
| 填料 | 20-25 |
| 醋酸丁酯與丙二醇甲醚醋酸酯混合溶劑 | 15-20 |
B組分為N-3390，按A組分：B組分=100：20(質(zhì)量分?jǐn)?shù))配制施工。涂層表面電阻率達(dá)到107Ω，附著力達(dá)到7.5MPa，柔韌性為1mm，耐沖擊性為50cm，耐鹽水性4000h，耐鹽霧性達(dá)到5000h，綜合性能很好，可廣泛應(yīng)用于內(nèi)陸、海洋環(huán)境下的石油、化工、鐵路、交通、航空、煤礦、紡織、糧食等行業(yè)需要導(dǎo)靜電防腐金屬裝備、設(shè)施等涂裝保護(hù)。
(1) 一種紙箱和建筑墻面用石墨烯水性環(huán)保導(dǎo)靜電涂料的參考配方如下:
| 原料 | W% |
| 去離子水 | 20-30 |
| 各種助劑 | 1-2 |
| 丙二醇 | 10-20 |
| 醇酯-12 | 15-20 |
| 石墨烯水分散漿 | 5-10 |
| 金紅石鈦白粉 | 20-25 |
| 硅丙乳液 | 40-50 |
涂料的制備:
將水加入分散罐內(nèi),攪拌下加入功能助劑、丙二醇、醇酯-12、鈦白粉，高速分散30min，再研磨成細(xì)度小于30um的鈦白漿料。將鈦白漿料加入調(diào)漆缸，中速攪拌下加入石墨烯漿、硅丙乳液、剩余水、消泡劑、增稠劑，攪拌20min，過(guò)濾、包裝。
涂料性能：常規(guī)指標(biāo)符合建筑外墻涂料優(yōu)等品性能，涂膜表面電阻為107Ω。
3石墨烯在散熱導(dǎo)熱涂料中的應(yīng)用
散熱導(dǎo)熱涂料的主要功能是增加散熱器、冷卻器、電子零件等的熱傳導(dǎo)、加快熱源散發(fā)速度，從而提高被涂制品的使用壽命及其效能。制備高效散熱導(dǎo)熱涂料的技術(shù)關(guān)鍵是:(1)降低涂層與金屬之間的接觸熱阻。(2)降低涂層自身的熱阻。(3)提高被涂制品的表面積，增加對(duì)流效果。(4)提高涂層的紅外發(fā)射率。(5)降低涂層的厚度，減小熱傳導(dǎo)路徑。優(yōu)秀的散熱導(dǎo)熱涂料，涂膜外觀應(yīng)該是宏觀平整光潔、微觀相對(duì)粗糙的表面，涂膜具有熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流三種散熱機(jī)制。實(shí)現(xiàn)上述三種散熱機(jī)制的有效方法是優(yōu)選具有導(dǎo)熱散熱綜合性能好的復(fù)合填料。
大量研究表明，超細(xì)化、納米化后的物質(zhì)具有微觀的松散結(jié)構(gòu)，可有效地降低物體的折射系數(shù)，增加其輻射深度，最終大大增強(qiáng)其輻射性能[8];而填料的形貌和粒徑對(duì)涂料的發(fā)射率也有重要影響，在一定范圍內(nèi)，填料顆粒的片狀化程度越高，鋪展性越好，發(fā)射率就越低，反之，填料粉的粒徑越小，比表面積越大，呈現(xiàn)一定形狀如球狀時(shí)，其發(fā)射率就相對(duì)越高。
3.1納米石墨烯是散熱導(dǎo)熱涂料最理想的功能填料。
石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m.K，高于碳納米管和金剛石。石墨烯具有高比表面積、高導(dǎo)熱性、快速導(dǎo)電性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定新、突出的力學(xué)性能。納米石墨烯散熱涂料以涂層薄(5-10um)、熱阻小、散熱比表面積大、力學(xué)性能好為顯著特征。石墨烯散熱涂料涂層的導(dǎo)熱系數(shù)較高，一般為1.5-3.8W/m.k。石墨烯的高比表面積使其均勻分散在涂層中，增大了涂層散熱面積，能夠降低物體表面和內(nèi)部溫度，同時(shí)高比表面積使其表面吸附力強(qiáng)，表面能大，涂膜干燥時(shí)能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)涂膜與基層的附著力及物化性能。此外，石墨烯二維結(jié)構(gòu)和高比表面積可以激發(fā)被涂金屬散熱器表面的共振效應(yīng)，顯著提高紅外發(fā)射率，加快熱量從散熱器表面快速散發(fā)。因此石墨烯散熱涂料具有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射的綜合性能。
3.2中空納米碳球是輻射散熱涂料理想的功能填料。
中空納米碳球是由多層石墨烯以球中球的結(jié)構(gòu)組成的多面體碳簇，其直徑約3-60nm，具有特殊的富勒烯(fullerene)結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)，密度0.91g/cm3，熱導(dǎo)性1600-2800W/(m.k)，電導(dǎo)性102-103s/cm2，比表面積600-1000m2/g。是一種具有超高導(dǎo)熱系數(shù)、低膨脹系數(shù)、無(wú)毒環(huán)保、化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、耐腐蝕、耐氧化、易加工的中空納米碳球。與石墨烯一樣同時(shí)具有熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流三種散熱機(jī)制，因其球形，外殼封閉多層石墨烯，中央部分是六圓環(huán)，在邊角或轉(zhuǎn)折部分則由五圓環(huán)組成，輻射發(fā)射率達(dá)0.98，熱輻射散熱是其突出特性。
對(duì)于填充性導(dǎo)熱涂料來(lái)講,導(dǎo)熱率取決于導(dǎo)熱填料和樹(shù)脂基料與導(dǎo)熱填料的共同作用。分散于樹(shù)脂中的不同形狀的導(dǎo)熱填料用量較小時(shí)，雖然均勻分散于樹(shù)脂中，但若彼此間未能形成接觸和相互作用，材料導(dǎo)熱性提高不大;當(dāng)填料用量提高到某一臨界值時(shí)，填料間形成接觸和相互作用，體系內(nèi)形成了類似網(wǎng)狀或鏈狀的結(jié)構(gòu)形態(tài)，即形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，熱導(dǎo)率提高很快[9]。
3.3 一種單組分水性散熱涂料的參考配方如下:
| 原料 | W% |
| 去離子水 | 20-30 |
| 成膜助劑 | 5-10 |
| 中空納米碳球 | 5-15 |
| 石墨烯 | 1-4 |
| 聚氨酯/丙烯酸分散體 | 40-60 |
| 助劑 | 1-2 |
3.4 水性散熱涂料性能:
| 檢測(cè)項(xiàng)目 | 性能指標(biāo) |
| 涂料外觀顏色 | 黑色液體 |
| 涂層垂直方向熱導(dǎo)率 | 1.8-2.2W/(M.K) |
| 涂層輻射率 | 0.96-0.98 |
| 涂層表面電阻 | 102-103 |
| 涂層硬度 | 5B |
| 涂層附著力/級(jí) | 1 |
| 涂層抗沖擊性（kg.100cm） | 通過(guò) |
| 耐溫性（℃） | 150 |
| 散熱降溫效果：基層85℃時(shí)涂層降低（℃） | 15 |
| 散熱降溫效果：基層65℃時(shí)涂層降低（℃） | 10 |
使用范圍：金屬薄膜、金屬散熱片、玻璃、LED燈座、電器散熱外殼、冷氣機(jī)、引擎等電子、交通、工業(yè)、軍工行業(yè)。
4石墨烯在水性防腐涂料中的應(yīng)用
水性涂料是一種環(huán)保涂料,水性防腐涂料在重防腐涂料領(lǐng)域的應(yīng)用呈上升趨勢(shì).但由于水的表面張力大,導(dǎo)致了水性防腐涂料的成膜性能、附著力、防腐性能都不及溶劑型防腐涂料[10]。因此，提高水性防腐涂料的防腐性能是其能在中防腐領(lǐng)域推廣的關(guān)鍵。
水性環(huán)氧防腐涂料的防腐性、物理機(jī)械性能與涂層的致密度呈正相關(guān)。當(dāng)顏填粒經(jīng)小，在有機(jī)連續(xù)性網(wǎng)狀涂膜中分散均勻、結(jié)合緊密、空隙率低時(shí)，涂層致密。將納米材料應(yīng)用于涂料中，不僅能增進(jìn)涂層的致密度，可有效地阻止腐蝕介質(zhì)對(duì)基材的浸蝕，而且也能提高涂層的耐磨性、耐沖擊性及附著力等機(jī)械性能。本文將納米石墨烯分散到水性環(huán)氧涂料中，納米粒子與環(huán)氧樹(shù)脂和水發(fā)生界面反應(yīng)，形成活性吸附中心，使涂層中樹(shù)脂和顏填料及基材之間形成鍵合力，構(gòu)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大提高了涂層的致密度、韌性、硬度、耐沖擊性、附著力及耐腐蝕等性能。與未添加石墨烯的同配方涂料相比，耐鹽霧性由600h提高到2500h。
4.1一種水性環(huán)氧重防腐涂料的參考配方如下:
| A組分： > | w/% > |
| 水性環(huán)氧固化劑 > | 25-30 > |
| 助劑 > | 1-2 > |
| 石墨烯粉 > | 1-2 > |
| 復(fù)合防銹顏料 > | 20-30 > |
| 絹云母500目 > | 2-5 > |
| 沉淀硫酸鋇800目 > | 1-3 > |
| 滑石粉 > | 3-5 > |
| 防閃銹劑 > | 0.5 > |
| 去離子水 > | 30-40 > |
| B組分： > | > |
| 水性環(huán)氧樹(shù)脂 > | 91 > |
| 去離子水 > | 9 > |
配漆：A組分：B組分=1：1
4.2 性能
水性環(huán)氧重防腐涂料性能
| 測(cè)試項(xiàng)目 | 性能指標(biāo) | 測(cè)試方法 | |
| 顏色 | 灰白色 | 眼觀 | |
| 細(xì)度/μm | 40 | GB/T1724-89 | |
| 粘度/KU | 82 | GB/T9269-88 | |
| 干燥時(shí)間/h | 表干 | 2 | GB/T1728-89 |
| 實(shí)干 | 20 | ||
| 附著力/級(jí) | 1 | GB/T1720—89 | |
| 柔韌性/mm | 1 | GB/T1731—93 | |
| 沖擊強(qiáng)度/kg·cm | 50 | GB/T1732—93 | |
| 耐堿性(10%NaOH水溶液) | 90d無(wú)變化 | GB/T1763—79 | |
| 耐酸性（10%H2SO4水溶液） | 90d無(wú)變化 | GB/T1763—79 | |
| 耐鹽水性（5%NaCL水溶液） | 90d無(wú)變化 | GB/T1763—89（甲法） | |
| 耐溶劑性（90#汽油） | 180d無(wú)變化 | GB/T1763—79 | |
| 耐水性 | 90d無(wú)變化 | GB/T1733—93 | |
| 耐鹽霧性/h | 1500 | GB/T1771-91 | |
4.3在配方因素相同的條件下，添加石墨烯后對(duì)水性環(huán)氧重防腐涂料主要性能的影響，如下：
| 項(xiàng)目 | 無(wú)石墨烯 | 有石墨烯 | 提高/% |
| 耐堿性/90d | 5%NaOH液 | 10%NaOH液 | 100 |
| 耐酸性/90d | 5%H2SO4液 | 10%H2SO4液 | 100 |
| 耐溶劑性（90#汽油 | 90d | 180d | 100 |
| 耐鹽霧性/h | 500 | 1500 | 200 |
5石墨烯在水性膨脹型防火涂料中的應(yīng)用
現(xiàn)代化大型建筑物的框架及石油化工設(shè)施大多采用鋼結(jié)構(gòu)。然而，鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)大，一般為52W/(m·k)，一旦遇到火災(zāi)，在10-15分鐘內(nèi)其溫度可升至700℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了自身的臨界溫度(538℃)，此時(shí)，因其屈服值強(qiáng)度急劇降至常溫態(tài)的40%左右而失去承載能力，因此，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)。將防火涂料噴涂于鋼構(gòu)件表面，涂層受火時(shí)膨脹發(fā)泡，形成一個(gè)比原涂層厚幾十倍的難燃海綿狀碳質(zhì)層，其導(dǎo)熱系數(shù)低，一般小于0.2W/(m·k)。 通過(guò)泡沫碳化層傳給底材的熱量Q只有未膨脹涂層的幾十分之一，甚至幾百分之一【11】，可有效地阻隔熱量向基材傳遞，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)起防火隔熱作用，防止或延緩鋼材在火災(zāi)中迅速升溫而強(qiáng)度降低，避免導(dǎo)至建筑物垮塌。
本文選用硅丙乳液作成膜基料，選用高聚合度(DP=1000)聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟組成膨脹阻燃體系、以鈦白粉和三氧化二銻為顏填料，氧化石墨烯為阻燃抑煙協(xié)效劑，在多種助劑的配合下，制備成膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。一種膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的配方如下:
| 原材料名稱 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% |
| 硅丙乳液 | 15-25 |
| 聚磷酸銨 | 18-22 |
| 三聚氰銨 | 10-12 |
| 季戊四醇 | 8-10 |
| 氯化石蠟 | 3-5 |
| 三氧化二銻 | 2-3 |
| 金紅石型鈦白粉 | 3-5 |
| 納米SiO2漿料 | 2-3 |
| 氧化石墨烯 | 0.04-0.06 |
| 各種助劑 | 適量 |
| 去離子水 | 余量 |
氧化石墨烯是單個(gè)碳原子厚度的片狀晶體，具有高比表面積、優(yōu)異的耐熱性、力學(xué)強(qiáng)度、氣體阻隔性和易分散性。粒子表面帶有環(huán)氧基、羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)，在聚丙烯分子鏈上存在大量極性較強(qiáng)的羧酸側(cè)基，易與氧化石墨烯之中的羥基等結(jié)合并生成氫鍵。在涂膜干燥過(guò)程中，石墨烯與丙烯酸分子鏈發(fā)生酯化反應(yīng)，從而產(chǎn)生交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯基本是一種絕緣體，導(dǎo)熱系數(shù)為0.14-2.8W/(m.k)。因此，添加氧化石墨烯的涂料與無(wú)氧化石墨烯的涂料相比，涂膜的耐火性、物理強(qiáng)度、氣密性、絕緣性都有較大提高。
研究結(jié)果表明，在水性膨脹性防火涂料中，添加少量氧化石墨烯就能顯著提高涂層的耐燃性和抑煙性，并能提高物理性能。當(dāng)氧化石墨烯的添加量達(dá)到乳液的0.02-0.03%時(shí)，防火涂料的耐燃時(shí)間就由78min(未加氧化石墨烯)提高到125min，提高了60%;涂膜燃燒時(shí)峰值煙生成速率(pSPR)降低近50%，特別是在燃燒初期階段，涂膜對(duì)煙氣有顯著的阻隔效應(yīng)[12]。
6石墨烯在抗石擊涂料中的應(yīng)用
汽車、火車、裝甲車、坦克等在行駛過(guò)程中，車身底盤經(jīng)常遭到飛濺砂石的撞擊，致使防腐保護(hù)層受損，導(dǎo)致鋼鐵基材銹蝕，減少了車輛的使用壽命，為了提高車輛的耐久性，需要在車身底盤和車身下部涂刷一層防石擊防腐保護(hù)層。國(guó)外使用的抗石擊底漆主要有瀝青類、橡膠類和PVC塑溶膠類三種，國(guó)內(nèi)主要使用丙烯酸脂系水性抗石擊底涂涂料和PVC型抗石擊底涂涂料兩種。PVC型抗石擊底涂涂料系無(wú)溶劑型，不揮發(fā)份在95%以上，環(huán)保無(wú)毒且能厚涂不流掛，涂膜耐酸堿、而鹽霧性、耐磨防腐蝕性、阻燃性等方面優(yōu)于瀝青類、橡膠類和丙烯酸酯類。車輛底盤采用防銹底漆+PVC型抗石擊底涂涂料+聚氨酯中、面涂漆配套涂裝體系，可使高速列車、汽車、軍用裝甲車、兩棲作戰(zhàn)坦克等延長(zhǎng)維修周期，提高使用壽命.
PVC型抗石擊底涂涂料是一種以聚乙烯糊樹(shù)脂、摻混樹(shù)脂為主，配合增塑劑、增粘劑、石墨烯、活性填充劑等制成的單組份糊狀物，將其噴涂在車身底板(架)、輪罩、車身下部等部位，經(jīng)150℃左右溫度烘烤(30min)塑化而成彈性涂層。涂層對(duì)金屬底材具有很好的附著力，且涂膜的耐沖擊性、柔韌性、耐擦傷性及車身的結(jié)合配套性好[13]。
6.1 PVC抗石擊底涂涂料的參考配方如下：
PVC抗石擊底涂涂料的參考配方
| 原材料 | W/% |
| PVC糊樹(shù)脂 | 15-20 |
| 摻混樹(shù)脂 | 15-20 |
| 增塑劑 | 30-40 |
| 穩(wěn)定劑 | 1-2 |
| 增粘劑 | 1-3 |
| 脫水劑 | 1-2 |
| 吸油劑 | 0.5-1 |
| 石墨烯粉 | 0.3-1 |
| 金紅石型鈦白粉 | 3-6 |
| 納米碳酸鈣 | 15-20 |
6.2涂料制備方法
(1)按配方將PVC糊樹(shù)脂、增塑劑加入納米分散機(jī)內(nèi)，中速攪拌下加入石墨烯粉，高速分散研磨30min成石墨烯漿。再依次加入配方中其他原料，高速分散研磨30min;
(2)將分散漿料通過(guò)三輥研磨機(jī)研磨2遍，細(xì)度≤30um;
(3)將研磨漿料打入釜內(nèi)，密封、抽真空、攪拌30min脫泡后灌裝。
6.3 產(chǎn)品性能
PVC抗石擊涂料目前還沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本研究采用意大利標(biāo)準(zhǔn)：FLAT9.55650/02進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)下表。
PVC抗石擊涂料性能
| 項(xiàng)目 | 指標(biāo) | 實(shí)測(cè)值 |
| 密度/（g.cm-3） | 1.1-1.3 | 1.20 |
| 粘度/（MPa.s） | 15000-30000 | 20000 |
| 固體含量/% | ≥98 | 99 |
| 附著力 | 大于內(nèi)聚力 | 合格 |
| 內(nèi)聚力/（N.mm-2） | ≥1.8 | 3.1 |
| 柔韌性 | 彎曲無(wú)裂紋 | 合格 |
| 耐鹽霧性 | 3000h無(wú)銹蝕 | 5000h無(wú)銹蝕 |
| 流墜性 | 3mm不流淌 | 合格 |
| 耐磨蝕沖擊性/（kg.mm-1） | ≥90 | 210 |
| 延伸率/% | ≥150 | 200 |
| 人工加速老化性 | 1500h無(wú)粉化變色 | 3000h合格 |
在配方因素相同的條件下，添加石墨烯后對(duì)PVC抗石擊涂料主要性能的影響，如下：
| 項(xiàng)目 | 無(wú)石墨烯 | 有石墨烯 | 提高/% |
| 內(nèi)聚力/（N.mm-2） | 1.8 | 3.1 | 72 |
| 延伸率/% | 150 | 200 | 13 |
| 人工加速老化性 | 1500 | 3000 | 100 |
| 耐鹽霧性/h | 3000 | 5000 | 66 |
PVC塑溶膠的填充劑，選擇以納米活性碳酸鈣為主、以金紅石型鈦白粉為輔、以石墨烯為增強(qiáng)改性劑。石墨烯的高比表面積，使其表面活性高、吸附力強(qiáng)，表面能大、屈服應(yīng)力高，能在涂料干燥時(shí)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)涂層與基底的吸附作用，使涂層更加致密，提高涂層的附著力、機(jī)械強(qiáng)度。納米活性碳酸鈣具有粒徑小(≤50 nm)、活性高、功能性強(qiáng)、分散性好的特點(diǎn)，石墨烯與納米碳酸鈣配合用于PVC糊中，利用其納米材料獨(dú)有的“表面效應(yīng)”、“小尺寸效應(yīng)”以及“量子效應(yīng)”，可顯著改善塑溶膠的流變性，具有明顯的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用，提高材料的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，增強(qiáng)耐磨抗劃傷性、抗沖擊強(qiáng)度及彈性模量，同時(shí)具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性。
7結(jié)語(yǔ)
石墨烯具有高比表面積，快速導(dǎo)電性，優(yōu)異的導(dǎo)熱性，極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，突出的力學(xué)性能，使其在功能涂料中有廣泛應(yīng)用。石墨烯在導(dǎo)電涂料、重防腐涂料、散熱涂料、防火涂料、抗石擊涂料等領(lǐng)域使用，可大幅度提高涂料的特殊功能效果和物化綜合性能。
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