石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的制備與性能

成綿江

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東廣州 510000）

隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)各種行業(yè)都在飛速發(fā)展。房地產(chǎn)的發(fā)展，使得各種建筑材料、裝修材料需求增加，材料綠色安全環(huán)保問(wèn)題備受關(guān)注，材料環(huán)保問(wèn)題也隨之成為一個(gè)被廣泛關(guān)注的問(wèn)題。因此，合成新型材料或改良產(chǎn)品性能就成為一個(gè)重要的問(wèn)題。用石墨烯改性后的水性丙烯酸可以改善材料的不足，滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)新材料的需求。

1 石墨烯改性及優(yōu)點(diǎn)

1.1 表面改性

表面改性分為共價(jià)鍵功能化和非共價(jià)鍵功能化。石墨烯的表面和邊緣有反應(yīng)活性，會(huì)給石墨烯的表面造成缺陷。為了改善這些缺陷，可以在石墨烯的表面和邊緣地方引入官能團(tuán)，提高材料的穩(wěn)定性，增加石墨烯和各種材料、各種溶劑之間的相容性。改善石墨烯的表面也可以提升石墨烯的表面活性，便于石墨烯與其他物質(zhì)相容。非共價(jià)鍵功能化是指通過(guò)一些非共價(jià)鍵對(duì)石墨烯表面改性，增加石墨烯和其他物質(zhì)的功能。例如，一些被石墨烯改性的材料可以增加抗老化性，還可以提示材料的功能性。這兩種對(duì)石墨烯改性的方式都可以提升石墨烯的分散性，使石墨烯更易改善材料的性質(zhì)。對(duì)石墨烯改性可以提升石墨烯與丙烯酸的相容，對(duì)制造丙烯酸樹(shù)脂涂料有重大意義。

1.2 電子性能改性

電子性能改性是指通過(guò)改變電子結(jié)構(gòu)，提升石墨烯的物理性質(zhì)，通過(guò)對(duì)石墨烯物理性質(zhì)的改性改善石墨烯的電子性能[1]。石墨烯電子性能改性分有摻雜和電子轟擊兩種方式，對(duì)石墨烯進(jìn)行電子改性主要應(yīng)用在電子、高科技和半導(dǎo)體材質(zhì)等方面。雖然石墨烯的電子改性對(duì)改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料沒(méi)有影響，但石墨烯的電子改性能為精確儀器的制造提供更好的材料。改性石墨烯并將其加以改善再應(yīng)用，可以在提升石墨烯優(yōu)良性能的同時(shí)提升需改性材質(zhì)的性能。石墨烯的發(fā)展和進(jìn)步會(huì)為半導(dǎo)體和材料性能的提升提供更多的可能。

2 石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的制備

石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的方法有兩種，一種是通過(guò)氧化石墨烯改善丙烯酸樹(shù)脂涂料，另一種是共混的方法。

現(xiàn)代工業(yè)在很多方面都存在一定的欠缺，需要選擇一些物質(zhì)來(lái)改善材料或合成新的材料。例如，在環(huán)保方面可以采用石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料，使這種樹(shù)脂涂料的性能得到改善，增加材料的環(huán)保性能和其他綜合性能。在用石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料時(shí)可以進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，將石墨烯和丙烯酸以不同比例混合，通過(guò)化學(xué)方法結(jié)合一些儀器找出最合適的比例，然后進(jìn)行大規(guī)模的樹(shù)脂涂料改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、丙烯酸樹(shù)脂與交聯(lián)劑的比例為5：1時(shí)，水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的性能最好，經(jīng)過(guò)改性的丙烯酸的硬度和耐磨度也都有所增加；經(jīng)過(guò)石墨烯改性的水性丙烯酸樹(shù)脂涂料有毒物質(zhì)的排放量也有所降低；石墨烯的添加可以使水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的官能團(tuán)穩(wěn)定性和樹(shù)脂涂料的穩(wěn)定性都增加[2]，使水性丙烯酸的使用范圍更加廣泛。

通過(guò)氧化石墨烯改性水性丙烯酸的制備樹(shù)脂涂料用到的成分較多，其成分及大致含量如下：石墨烯改性后的溶液、水性丙烯酸溶解后的乳液、顏填料的比例約為1∶4∶1；分散劑、消泡劑、水和pH值調(diào)節(jié)劑的比例約為1∶1∶5∶1。這種通過(guò)氧化石墨烯改性水性丙烯酸的方法是通過(guò)改性石墨烯，將石墨烯與樹(shù)脂進(jìn)行物理化混合。通過(guò)這種方式對(duì)水性丙烯酸樹(shù)脂涂料進(jìn)行了改性，這種改性的方法可以提高水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的穩(wěn)定性和環(huán)境友好性，將水性丙烯酸樹(shù)脂涂料應(yīng)用到以前因環(huán)境等原因而無(wú)法應(yīng)用的地方，如氣候潮濕、對(duì)環(huán)保有很高要求的地方等。

通過(guò)共混的方法制備石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的方法，是將流變助劑在去離子水中攪拌，攪拌后再加入分散劑、共溶劑等攪拌一段時(shí)間，然后將改性后的石墨烯與鐵紅和其他一些化學(xué)材料攪拌約20分鐘，然后再加入調(diào)節(jié)劑、活性稀釋劑等眾多化學(xué)劑攪拌，這樣就可以得到經(jīng)石墨烯改性的水性丙烯酸樹(shù)脂涂料。在用石墨烯改性水性丙烯酸之前需要先改性石墨烯，對(duì)石墨烯進(jìn)行改性處理是涂料成功制備的重要一步。石墨烯具有很大的靈活性，應(yīng)用程度很高，對(duì)水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的制備有很大作用。

3 石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料后的性能

在沒(méi)有使用石墨烯改性水性丙烯酸之前，水性丙烯酸樹(shù)脂涂料的性能也很好。未經(jīng)改性的水性丙烯酸的應(yīng)用范圍十分廣泛，樹(shù)脂涂料的綜合性能和環(huán)境友好型性能都很好[3]。即便如此，水性丙烯酸還是存在很大的問(wèn)題。例如，雖然水性丙烯酸的應(yīng)用范圍很廣但是它使用起來(lái)有很大的限制，在潮濕、化學(xué)工廠、實(shí)驗(yàn)室等地都難以應(yīng)用。此外，水性丙烯酸的耐腐蝕性不高，在物理和化學(xué)方面的防腐蝕都不到位。但經(jīng)過(guò)石墨烯改性后的水性丙烯酸其性能耐腐蝕性都會(huì)得到很大的改善和提高。經(jīng)過(guò)石墨烯改性的水性丙烯酸在耐腐蝕、抗材料老化、提升材料的耐光性和耐熱性等方面都有很大的作用。改善石墨烯的性能，提高石墨烯的表面活性和分散性。用改性后的石墨烯改性水性丙烯酸可以增加水性丙烯酸的官能團(tuán)穩(wěn)定性。這種優(yōu)質(zhì)聯(lián)合的方式可以使水性丙烯酸的性能在原有的基礎(chǔ)上得到改善和提升，水性丙烯酸樹(shù)脂涂料也能在增加應(yīng)用范圍，減少環(huán)境限制的同時(shí)減少污染[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

石墨烯改性水性丙烯酸樹(shù)脂涂料可以提升水性丙烯酸的性能，是水性丙烯酸應(yīng)用的范圍變廣泛。通過(guò)改性石墨烯提升石墨烯的性能，使石墨烯變得適合與水性丙烯酸結(jié)合形成性能優(yōu)良的水性丙烯酸樹(shù)脂涂料。這種樹(shù)脂涂料的適用范圍廣、環(huán)保性能高。通過(guò)這種物質(zhì)結(jié)合提升材料綜合性能的方式將為后續(xù)有關(guān)方面的研究提供理論和思想研究的依據(jù)。

[1]褚偉偉,盧真真,岳燕麗,等.石墨烯/氧化石墨烯及其復(fù)合材料在污水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2018,46(2):217-221.

[2]金永學(xué),劉曉國(guó).石墨烯的表面改性及其在涂層中的應(yīng)用[J].電鍍與涂飾,2018,37(2):67-71.

[3]殷璐.熱還原石墨烯改性水泥砂漿抗鹽腐蝕性能研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2017.

[4]陳宇.碳鋼表面石墨烯復(fù)合防腐涂層的制備及性能研究[D].合肥:安徽工業(yè)大學(xué),2017.