行业宝典 |《2021石墨烯涂料行业研究报告》正式发布
基于石墨烯的优良性能，石墨烯成为新一代涂料的焦点。带有大量含含氧基团的功能化石墨烯，它与树脂、高分子材料的结合力强，及其适合作补强材料或功能化材料。石墨烯涂料在防腐、导电、抗静电等领域性能优秀。2012年左右，美国研究人员开展石墨烯直接覆盖到金属上的防腐性能基础研究，但在真正涂料中的产品开发和产业化进程中，中国的石墨烯规模化制造、石墨烯材料在防腐涂料应用都处于国际领先地位。
石墨烯是纳米材料中厚度最小、强度最大的种类。由于吸光率很低，只有 2.3%，所以外观几乎是完全透明的。石墨烯物理性能优异，导热性能比碳纳米管和金刚石还高，为 5300W/m·K，室温环境下其电子迁移率大于 15000c㎡/vs，超过纳米碳管或硅晶体。
石墨烯是当前世界上已知材料中导电性最好的材料，电阻率仅为 10-8Ω·cm，低于铜或银。基于石墨烯的优良性能，石墨烯成为新一代涂料的焦点。带有大量含含氧基团的功能化石墨烯，它与树脂、高分子材料的结合力强，及其适合作补强材料或功能化材料。石墨烯兼具比表面积大、导电性好、化学稳定性强、力学性能和导热性能优异等优点，在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料和高强度涂料等方面都有着非常深远的应用前景。
（1）石墨烯导电涂料。①汽车静电喷涂浅色底漆：使用石墨烯作为导电剂后，可以回避因为导电剂带来的底漆颜色变深问题，对于汽车静电喷涂的改进十分有利。数据显示，加入 2%到 4% 的石墨烯后，底漆涂层值为 40 到 50，完全可以满足汽车静电喷涂的色度要求。②导静电涂料：石墨烯兼具良好的导电性和防腐蚀性，因而在导静电涂料中应用效果很好。
（2）石墨烯防腐涂料。①环氧富锌漆：提升抗冲击性、附着力、耐水性、硬度等性能。②水性防腐涂料：石墨烯的加入可有效改善涂料的成膜性。
（3）石墨烯阻燃涂料。石墨烯单体二次元结构，分散到漆膜中层层相叠，形成致密的隔离层，可以起到防火阻燃作用。如果在涂料中加入树脂，石墨烯还可以与树脂分子发生交联，进一步强化隔离效果，阻燃效果得到加强。另外，石墨烯涂料燃烧后的产物除了二氧化碳与水外，还会在原处留下连续分布的碳层，从而再次提高阻燃效果。
（4）石墨烯高导热散热性涂料。在涂料中加入石墨烯，可以显着改善涂料的导热性能。此外，石墨烯比表面积很大，漆膜中含有一定数量的石墨烯，可以使漆膜散热面积大幅增加，有助于漆膜表面和内部热量的散发，使得内外温度趋于一致。由于石墨烯涂料具有很好的机械性能、耐腐蚀性和耐老化性，所以在许多条件严苛的使用环境中通常使用石墨烯涂料作为部件的散热涂料。
（5）石墨烯高强度涂料。由于石墨烯的比表面积很高，因此具有很强的吸附力。涂料中添加石墨烯后，其在漆膜固化的过程中形成网状结构，极大地增强了漆膜和底材的粘结性，漆膜更加稳定，强度更好。试验结果显示，加入石墨烯后，涂料的耐冲击性能，耐摩擦性能，导热性，耐候性及防腐性能都有了较大改善。
目前石墨烯涂料制备方法主要有两种，一种是通过添加法，将石墨烯材料加入涂料中；一种是复合法，将石墨烯与聚合树脂复合。
将石墨烯材料加入涂料中可通过两种方法：①直接将石墨烯添加到涂料中，发挥防腐和导电等性能；②把石墨烯与聚合物树脂 / 其他功能性纳米材料混合后再添加到涂料中。
将石墨烯与聚合树脂复合主要有三种方法：①在高温条件下，将聚合物与石墨烯熔融混合。②选择合适的溶剂先将聚合物溶解，后再将其与石墨烯分散液均匀混合，最后将溶剂除去即可。③先将改性石墨烯分散到聚合物单体中，再以单体 - 单体、单体 - 石墨烯 - 单体聚合反应方式获得石墨烯涂料。
石墨烯涂料利用石墨烯大比表面积和独特二维结构的覆盖能力，使其能够在涂料中层层叠加，有效覆盖基材，从而形成致密的物理隔绝，对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程，从而达到对材料的防腐蚀功能。
在迷宫效应的作用下，铜的腐蚀速率下降 4 倍，镍的腐蚀速率下降 20 倍，水的渗透率下降 10 万倍。根据中性盐雾测试，卓越的“迷宫效应”使得石墨烯环氧防腐涂料在 90μm 的膜厚下，中性盐雾测试已超过 3000 小时，是国家标准要求的 3 倍以上，因此石墨烯涂料涂装后的基材延长了防腐年限，可大大节约后期养护成本，提高生产效率；同时利用石墨烯导电性能，减少膜层静电的产生。在同等膜厚条件下，石墨烯防腐能力远高于常规涂料......
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《石墨烯涂料行业研究报告》
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来源：石墨烯联盟
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