上接《石墨烯水性防腐涂料技术要点，都在这篇文章里了！01》

3.2 解决石墨烯在水性涂料中的用量问题

在没有添加石墨烯填料时，纯树脂在成膜过程易产生裂纹，涂层微观多孔，腐蚀介质很容易通过空隙、裂纹扩散。当添加理想含量时，石墨烯的片层结构层层叠加、上下交错排列，在涂层中能够形成几十到上百的致密的物理阻隔层，大大提高涂层的抗渗透性。

当石墨烯填料添加量过大时，一方面由于其表面效应，石墨烯发生聚集，在涂层中出现大量的无序堆积，形成硬的团聚体成为涂料缺陷；另一方面石墨烯含量过高造成涂料的黏度、颜料体积浓度（PVC）过高，影响涂层的成膜性和附着力，使得涂层产生大量的裂纹和缺陷，促进腐蚀的进行。总之，石墨烯含量过低或过高都不能提供很好的防护性能，因此有必要考察石墨烯用量对涂层微观结构、黏度、附着力以及防护性能的影响，并针对特定的涂料体系选择理想的石墨烯添加量。

3.3 解决石墨烯在水性涂料中的分散性和相容性问题

石墨烯的高表面积、强范德华力和π-π 作用使其易发生团聚，与水、有机溶剂以及聚合物间不能形成稳定的化学键结合，导致其与树脂间的界面结合力微弱，相容性差，易发生相分离，严重影响涂层的性能。

目前研究较多的石墨烯分散技术包括化学法分散和物理法分散，即通过共价键及非共价键修饰实现石墨烯的功能化，石墨烯和涂料树脂的融合主要通过共混法和聚合法等。

3.3.1 共混法

共混法是将石墨烯直接分散于涂料中，其混合形式可以是溶液或熔融共混。一般采用高速磁力搅拌工艺、剪切乳化工艺、球磨法或砂磨分散工艺，利用剪切力使聚合物链吸附插入石墨烯片层中，应用的基体主要有聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等。然而，该方法存在一定的缺陷。一方面，石墨烯具有较高的表面自由能，易于发生自身团聚；另一方面石墨烯与聚合物之间没有化学键作用，相对位置并不牢固，因此在共混过程中，不可避免地出现石墨烯聚集。为解决此问题，在共混之前，研究者多利用非共价键修饰的方法，通过氢键作用、静电作用和π-π 相互作用等，实现修饰剂（助剂、稳定剂等）对石墨烯预浸湿，以便提高石墨烯的溶解性及其与涂料的相容性，而且，该法不破坏石墨烯的共轭结构，可保持其优异的性能。例如，在石墨烯还原过程中，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、聚对苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等）作为稳定剂，通过稳定剂与石墨烯间的π-π 相互作用，制备分散稳定的石墨烯纳米片。

3.3.2 聚合法

近年来，研究人员通过原位聚合、乳液聚合或可控自由基聚合等合成方法，将具有特定官能团的活性物质，以共价键的方式接枝到石墨烯表面，如图2 对石墨烯进行氢化、氟化、卤素化、自由基或者附加苯环等功能化修饰，实现了对石墨烯表面结构的裁剪，提高了其反应活性，有效改善了石墨烯无机纳米填料在涂料基体中的溶解性、分散性和相容性。Chang 等通过原位聚合法制备了4-氨基苯甲酸改性的石墨烯（ABF-G）片层材料，并将其作为无机纳米填料复合到聚苯胺涂料中。研究结果显示，与非导电有机黏土填料相比，接枝后的ABF-G 片层填料具有更高的长径比，有效延长了腐蚀介质进入金属基底表面的路径，使得聚苯胺/石墨烯复合涂料的防腐性能均优于聚苯胺和聚苯胺/黏土复合材料。Ruoff 等人通过异氰酸酯有机反应将GO 的羧基和羟基分别转变为酯胺和氨基甲酸酯，实现了对GO 溶解性的调控。与未改性的GO 相比，经过功能化改性后的GO 表面因存在大的疏水基团，在一些极性非质子溶剂中（如DMSO、DMF、NMP 等）表现出良好的分散稳定性。Duan 等人通过表面引发的原子转移自由基聚合（ATRP）将聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA ） 接枝到GO 表面， 所得到的PMMA-g-GO纳米复合材料具有GO的渗透抑制作用和PMMA 的多种溶剂可溶性的协同性质，并且所制备的涂层厚度均匀、可控。聚合法能够保证聚合物分子链连接、缠绕到石墨烯表面，并且二者间存在强的界面相互作用，可有效解决石墨烯在涂料中的分散性和相容性问题。然而，聚合法对反应的要求较高，反应过程中难以实现对官能团位置、比例以及接枝率的有效控制，不适合大规模应用。