石墨烯树脂涂料的制备及石墨烯分散性研究

石墨烯作为一种新型功能材料，添加到涂料中可以增强|生能，目前已被应用于防腐涂料、防污涂料和导电涂料等领域。石墨烯在水以及有机溶剂中的分散性并不好，国内外不同的课题组，通过以胆酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚羧酸活性剂等作为分散剂121或将石墨烯表面接枝改性吲等方法，使得石墨烯在涂料中能够分散均匀。石墨烯分散均匀性对涂料性能的影响较大，石墨烯复合涂料在研究的过程中，主要通过透射电镜翻或紫外分光光度计嘲观察石墨烯在分散剂中的分散程度，然而这并不能代表其在产品中的分散情况。在材料中用扫描电镜观察石墨烯在断面的分布，或通过透射电镜来观察对比石墨烯在UV固化树脂中的形态，从而用来判断石墨烯的加入是否能增加材料的复合能力。通过文献查阅，发现石墨烯在树脂中的加入量通常小于1％。

实验方法

将石墨烯浆料配比到树脂涂料中，通过超声震荡进行分散，再使用50微米的线棒刮涂到马口铁上，在70℃的烘箱中烘干。

分别使用高速搅拌器在2500r/min转速下搅拌1min和使用超声振荡仪在23℃振荡30min，对石墨烯一环氧树脂涂料进行处理，在400倍放大条件下观察石墨烯的分散性。

分别使用粒径为50微米、80微米和100微米的线棒对涂料进行刮涂，并使用光学显微镜进行观察。在两个烧杯中分别取40g环氧树脂，其中一个烧杯中加入1g油性石墨烯浆料。将两个烧杯常温超声30min，加入固化剂2g，搅拌均匀，用50微米线棒进行刮涂，在显微镜下放大400倍，使用光学显微镜分别对纯环氧树脂涂料和石墨烯一环氧树脂涂料进行观察，得到光学显微镜观察图。

使用红外光谱分别对纯石墨烯泡沫与石墨烯油性浆料刮片进行全扫描，得到红外谱图，并进行对比分析。

使用石墨烯浆料、树脂和稀释剂，在常温下超声30min，并用50微米的线棒刮涂到马口铁板上，制备了不同石墨烯含量（0.5％和1.0％）的环氧树脂涂料，将制备好的试样置于金相显微镜的载物台上。采用显微镜的测微目镜对显微镜视场中石墨烯颗粒清晰度进行调节。测量时应选择随机性的视场。

结果与分析

1、石墨烯涂料的显微镜观察

石墨烯涂料混合后在400倍放大倍数下拍摄图像见下图。从图中可以看出，在相同的配比下，使用超声振荡仪进行混合，涂料中的石墨烯分散得更加均匀。

2、石墨烯浆料与石墨烯的红外图

石墨烯浆料和石墨烯的红外谱图见下图。如图所示为石墨烯浆料与石墨烯的红外图。2923cm-1处的吸收峰是-CH振动峰，1717cm-1处的吸收峰是C=O键的伸缩振动，1618cm-1是C=C键的吸收峰，在1022cm-1处有强烈的吸收峰，其为C-O伸缩振动峰，l403cm-1为羟基或羧基中的C-OH伸缩振动峰。石墨烯浆料比氧化石墨烯多出的1403cm-1的峰，可能是溶剂丙二醇甲醚官能团引起的。

3、石墨烯粒径分布

对石墨烯含量为0.5％（使用电压为4.4V，曝光时间为140ms）和1.0％的涂料（使用电压为4.4V，曝光时间为150ms）放大500倍进行观察，得到光镜原图，并分别使用0～145和0-110的灰度进行图像分析。对下图中石墨烯粒径进行统计分析，得到粒径柱状分布图。从图中可以看出，两种含量下，14～25微米的颗粒数是最多的，其次是26～100微米的颗粒，且从分散性分析，5个点的规律比较接近；含量为0.5％时，存在0.5微米的颗粒，但数量较少；含量为1.0％时，存在101～150微米的颗粒，数量也较少，这可能是当石墨烯含量较高时，浆料中有一部分石墨烯颗粒团聚。

结果与分析

对同一批石墨烯树脂涂料，在相同的电压、曝光时间下利用光学显微镜进行观察，并在相同的灰度下使用分析软件进行粒径分析。对石墨烯树脂涂料中不同位置的石墨烯粒径分布进行统计分析，判断石墨烯在涂料中的分散性。该方法能够对不同粒径的表层石墨烯进行识别，并计算出其最大的外接圆直径，根据不同位置石墨烯的粒径大小分布，判定石墨烯的分散性和团聚程度。光学显微镜具有应用普遍性，该方法能够很好的进行推广和应用。

审核编辑 ：李倩