?石墨烯在導電和抗靜電涂料中的應用
石墨烯具有獨特的性能和潛在的應用前景,目前已成為全世界的關注焦點與研究熱點。石墨烯經(jīng)功能化改性后既保留了原有性質,還附帶了改性基團的反應活性,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域應用中必不可少的重要一環(huán)。
一、在導電涂料中的應用
石墨烯用于涂料中可制備純石墨烯涂料和石墨烯復合涂料,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合,然后以復合材料制備功能涂料,石墨烯可顯著提升聚合物的性能,因此石墨烯復合涂料成為石墨烯的重要應用研究領域。石墨烯的共軛結構使之具有很高的電子遷移率和優(yōu)異的電學性能,這是人們最希望可以利用的性能。傳統(tǒng)的導電涂料通過加入導電性物質作為添加劑來達到涂膜導電的目的,導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),以應用較為廣泛的銀粉為例,其用量、粒徑和形態(tài)都對涂料的導電性能有很大影響。相比銀粉,石墨烯除了有很好的導電性能外,還具備優(yōu)異的機械性能及熱性能,是極佳的導電涂料添加劑。
導電性石墨烯涂料制備流程
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熱的基底上。該方法的優(yōu)點在于制備涂膜的同時還原了氧化石墨烯,通過簡單步驟制得致密的導電性石墨烯涂膜,其表面電阻為2.2×103Ω/sq,在波長550nm下透光率高達84%。石墨烯導電涂料也可通過旋涂工藝施工,涂膜表面電阻可低至102~103Ω/sq,在550nm波長下透光率達到80%。
二、抗靜電涂料的應用
抗靜電涂料廣泛用于電子、電器、航空及化工等多種領域,隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,對其抗靜電性能的要求越來越高。石墨烯所具有的高導電性、強力學性能等特點,有利于制備高性能、高強度的抗靜電涂料。
1、汽車靜電噴涂淺色底漆
汽車是重要的工業(yè)產品。汽車組成構件中有很大一部分,比如說汽車車身、保險杠、內外飾件等,都是塑料制品,無法形成電場。為了實現(xiàn)靜電噴涂工藝,就要先在加工件表面先涂上一層導電底漆,然后在進行靜電噴涂。當前汽車噴涂導電底漆主要通過添加導電炭黑使涂料具有導電性。由此導致導電底漆顏色較深,為了美觀,往往要再噴涂一層底漆進行遮蓋,然后再進行正式的靜電噴涂。這種方法工藝復雜,也提高了成本,故此推廣難度較大。 石墨烯導電性好、顏色淺,理論上單層的石墨烯是透明的,這樣就可以回避因為導電劑帶來的底漆顏色變深問題,對于汽車靜電噴涂的改進十分有利。數(shù)據(jù)顯示,加入2%到4%的石墨烯后,底漆涂層值為40 到50,完全可以滿足汽車靜電噴涂的色度要求。
2、導靜電涂料
石墨烯在導電涂料中的另一個重要應用領域是導靜電涂料。該種涂料表面電阻通常位于106 到109 之間,可以有效防止靜電導走現(xiàn)象發(fā)生,故而一般應用于對防火、防爆等要求很高的場合。比如石油、化工、鐵路、交通等行業(yè)貯油罐、輸油管道、油輪等貯油、輸油設備的內外壁,煤礦、航空、紡織、糧食等行業(yè)設備的防腐涂料一般都是使用導靜電涂料作為防腐涂料,這樣既可以最大限度防止設備腐蝕,又可以避免電荷集聚產生靜電引發(fā)火災事故的問題。石墨烯兼具良好的導電性和防腐蝕性,因而在導靜電涂料中應用效果很好。
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