近年来，随着科技的进步，人们的环保意识也不断增强，对于材料及日用化学品的绿色开发也成为了热点。
传统的溶剂型高分子聚合物具有良好的力学性能、化学稳定性、优异光学性能和耐候性等优点，被广泛应用与工业漆、家具漆等涂料行业，但大量有机溶剂地挥发也对环境造成了危害。
随着日益增加的环境压力以及各类环保安全标准的实施，水性聚合物的研发也成了未来高分子发展的主旋律。水性聚合物分子链上含有较多的亲水基团(如基、羚基、氨基等)，可以有效地分散在水介质中。
根据水性聚合物的来源不同，可分为天然水性聚合物包括:纤维素、淀粉壳聚糖等，以及合成水性聚合物包括:聚乙烯醇、水性环氧、水性聚氨酷等。水性聚合物具有绿色环保、加工过程方便、低黏度、低成本等优势，受到科研工作者的广泛关注。
聚乙烯醇/氧化石墨烯纳米复合材料
聚乙烯醇(PVA)由德国化学家Herrmann等人通过醋酸乙烯聚合醇解合成，其化学结构式如图1-5所示，具有良好的成膜性和水溶性、高结晶度、优异的力学性能及粘结性能，同时分子链上含有大量轻基使得会形成强烈的氢键作用。
因此PVA也具有一定的气体阻隔性(O2、N等)，被广泛运用在塑料包装、纺织、医药、胶粘剂、涂料等领域。随着科技的发展，为了适应更多复杂、高性能领域的要求，PVA的改性也逐渐成为研究的热点。
其改性方法通常分为三类:高分子共混法，将不同特性的高分子聚合物与PVA共混制备出PVA复合膜，通过此方式将多种聚合物与PVA的优点集中起来，达到优势互补来提高PVA的力学强度、柔韧性等性能。
化学交联法，主要目的是通过与PVA链上的基产生化学反应形成共价键以及网状交联结构，削弱分子链间氢键作用，降低结晶度，提高PVA热稳定性、耐水性、力学性能等。
纳米材料共混法，将纳米材料(如SiO2、粘土、石墨烯与氧化石墨烯、氮化硼等)引入PVA基体中，利用纳米材料独特的纳米效应以及功能性达到提高复合材料阻隔性能、导热导电性能、机械性能等效果。
为了更好的促进纳米材料与PVA的协同作用，通常需要对纳米材料进行改性，增强纳米粒子与PVA之间的界面相互作用及相容性。
聚乙烯醇/氧化石墨烯纳米复合材料
PVA具有很强的粘结性、气体阻隔性、生物相容性、耐磨性等特性，但也存在些缺点，如热稳定性不佳、高湿度下PVA吸水性增强导致力学性能不足、耐水性能差、阻隔性能下降等，单纯的PVA已不能满足高性能领域的要求。
近年来，越来越多的研究者将氧化石墨烯作为阻隔填料引入PVA基体中来提高PVA力学性能、热稳定性、阻隔性等。
相比石墨烯，氧化石墨烯(GO)表面具有较多的含氧基团可以与PVA分子链上的轻基产生氢键作用，或者通过改性修饰与PVA产生化学交联,增加了与GO与PVA的相互作用以及GO在PVA中的分散性、相容性。
同时纳米片在基材上层层堆叠，与PVA形成类似贻贝的砖泥结构，从而延长气体(O2、N2等)以及水等小分子的渗透路径，达到增强复合材料阻隔性能的效果，其阻隔机理如图1-6所示。
Zhan等采用层层自组装(LBL)的方式制备出聚乙烯醇/还原氧化石墨烯(PVA/RGO)复合涂层，用于PET阻隔包装，其制备过程如图1-7所示。
SEM显示PVA/RGO复合涂层呈完整致密的砖泥结构，涂覆5层的PET的氧气阻隔效率提高了92%，水蒸气阻隔效率提高了约30%，同时该复合涂层也具有良好的透光率和导电性Ma等利用聚多巴胺(PDA)改性氧化石烯并与PVA水液共混制备出PVA/PGO复合材料。
PDA与GO之间的氢键作用，以及PDA上的苯环与GO上石墨结构产生的π-π共扼作用使得PDA牢牢吸附在GO表面。
透射电镜显示PGO在PVA基体中能够均匀分散，PGO与PVA形成键作用，0.7wt%PVA/PGO复合材料的热分解温度提高了30°C，其水蒸气透过率降低了80%，拓展了PVA在电子、包装、电池等领域的应用。
Lai等利用硼酸盐离子作为交联剂制备出PVA/GO薄膜，硼酸根离子与PVA、GO上的基产生络合反应形成共价键，并产生交联网络。1wt%的硼酸盐离子交联的PVA/GO其氧气透过率(OTR)低于0.005cc·m2·day-1，复合膜的透光率保持在85%以上。
Ding等采用溶液浇铸法将超声剥离的氧化(a-ZrP)和氧化石墨烯(GO)溶液共混制备了PVA/a-ZrP/GO复合材料。在1wt%填料负载下a-ZrP:GO=5:1的杂化填料在PVA基体中具有良好的分散性，同时展现出较好的协同增强效应。
其拉伸应力和杨氏模量分别提高了50%和44%，玻璃化转变温度提高了16°C，同时其氧气透过率也降低了68%。
这些方法通过共价键和非共价键的作用将GO引入PVA基体中，增强了PVA的阻隔网络致密性并延长了气体及小分子水的渗透路径，改善了PVA的阻隔性能。
但这些方式也存在操作复杂，费时费力，界面结合力不强等问题，也限制了其在工业领域的发展，因此选择合适的改性方式及复合方法也可以影响纳米复合材料的综合性能。
随着聚乙烯醇/氧化石墨烯纳米复合材料的研究越来越多，其PVA与GO形成的类似贻贝的仿生砖泥结构也被认为是聚合物/无机纳米复合材料阻隔模型的代表，被广泛应用于PVA基体增强增韧、改善阻隔性能的研究和实践中，但真正应用在大规模生产和生活仍然面临着不少的挑战。
水性环氧/氧化石墨烯纳米复合材料
环氧树脂分子结构中含有两个及以上的环氧基，是一种常见的热固性树脂。环氧树脂中应用最多的是缩水甘油醚类环氧树脂，包括双酚A型、双酚F型、双酚S型。
其中由于双酚A型环氧树脂交联程度大、稳定性好，在市场中占有较大份额，其结构如图1-8所示。环氧树脂单独使用时，常温下是一种高粘度液体或脆性固体，必须与固化剂反应后才能发挥其价值，其固化作用主要通过与环氧基团发生亲核反应。
常用的固化剂包括胺类、酷胺类、酸酥类、有机酸等。环氧树脂中的环氧基活性很高，与相应的固化剂复配发生反应后可以形成交联结构。
这些交联结构赋予了环氧树脂附着力强、绝缘性高、耐腐蚀性强、优异的化学稳定性强等优点，在防腐涂料、胶粘剂、电子封装、工程复合材料等领域有较大的应用优势。
传统的环氧树脂大多都是油性环氧树脂，固化时会产生大量的有机挥发物排放到大气中，污染环境的同时，对人们的生活及生命安全也带来隐患。随着社会对环保的要求越来越高，水性环氧树脂的研究也越来越多。
水性环氧树脂与油性环氧树脂的最大区别在于主要分散介质是绿色溶剂-水，通过对制备工艺的改善以及环氧树脂的改性可以实现环氧树脂从油性向水性的转变。
从十九世纪六十年*开代**始研究水性环氧树脂至今，环氧树脂水性化的技术已经逐步趋向成熟，在部分性能上可以取代工业主流油性环氧树脂，此外 水性环氧还具有绿色环保、成本低廉、操作简便等优点，被广泛运用在涂料、胶粘剂、电子电器、复合材料等领域。
水性环氧/氧化石墨烯纳米复合材料
虽然水性环氧树脂在某些方面可以取缔传统油性树脂，但同样拥有不少的缺点水性环氧在固化时大量水分子的蒸发会导致水性环氧涂层表面的产生气泡与缺陷，影响水性环氧的阻隔效果，同时水性环氧也存在力学性能不足、脆性过大等问题限制了水性环氧在工业中的应用。
将无机纳米填料氧化石墨烯引入水性环氧体系是种有效的策略，这归因于氧化石墨烯大的比表面积、优异的力学性能、良好的阻隔性能、以及出色的热稳定性，同时氧化石墨烯表面丰富的含氧基团，增加了与环氧树脂良好界面的连接位点。
在改性环氧树脂以及制备防腐涂层方面具有巨大的潜力近年来，关于水性环氧/氧化石墨烯纳米复合材料在防腐性能方向的研究层出不穷根据制备方法分类主要有溶液共混法和原位聚合法。
溶液共混法，主要将氧化石墨烯和水性环氧树脂分散在溶剂中，通过物理机械混合制备相应的复合材料。
Cui等将聚多巴胺共价改性的氧化石墨烯(GO-PDA)与水性环氧树脂E-51物理共混，并加入水性固化剂搅拌均匀固化成膜后制备出WEP/GO-PDA复合材料，其制备过程如图1-9所示。
PDA上的氨基既参与GO的羧基化改性，又可充当水性环氧的固化剂发生开环反应，使得GO-PDA在水性环氧中有良好的分散性和相容性。同时由于GO-PD*片A**层堆叠形成的阻隔层，涂覆WEP/GO-PDA的衬底表面腐蚀区域明显减少。
Zhou等利用植酸(PA)与氧化石墨烯片层基的缔合作用得到改性氧化石墨烯PA-GO，并与水性环氧物理共混后加入水性胺固化剂固化得到WEP/PA-GO防腐涂层。
结果表明改性后的PA-GO在水性环氧中的分散性明显高于GO，可以有效降低聚合物基体的孔隙率或缺陷，且电化学阻抗和盐雾测试表明，WEP/PA-GO涂层具有更强的防腐性能。
Ramezanzadeh等利用聚苯胺(PANI)的氨基共价改性氧化石墨烯，并通过静电吸附作用接枝二氧化铺(CeO2)得到改性氧化石墨烯GO-PANI-CeO2，并与水性环氧和水性胺固化剂共混制备出GO-PANI-Ce02/WEP防腐涂层。
改性后GO-PANI-CeO2片层上的氨基可参与环氧树脂的开环反应，增加了改性氧化石墨烯与环氧树脂的相容性。
电化学(EIS)和盐雾试验证实，改性GO-PANI-CeO2明显增强了涂层阻隔保护性能，同时CeO2颗粒的加入也提高了复合涂层的活性缓蚀性能。这种溶液共混法简单、高效，同时机械作用也可以减少氧化石墨烯的团聚。
原位聚合法，是通过利用氧化石墨烯可修饰的活性位点将氧化石墨烯接枝或聚合在环氧树脂基体、单体或环氧固化剂上参与后续反应。
Zhou等利用氧化石墨烯上的羚基和环氧基与氨基的反应，将氧化石墨烯原位接枝在烷基缩水甘油醚(AGE)封端的水性固化剂三乙烯四胺(TETA)上得到改性固化剂GO-WCA，并与水性环氧乳液复合制备WEP/GO-WCA防腐涂料，其制备过程如图1-10所示。
原位引入的GO-WCA增加了GO在环氧树脂基体中的相容性，同时GO-WCA也提高了复合涂层的硬度和柔韧性。电化学和盐雾测试表明WEP/GO-WCA涂层表现出更优异的防腐性能。
Li等将环氧固化剂聚醚胺(D230)原位接枝在氧化石墨烯片层上，在碳钢表面制备了DGO-WEP防腐涂层。
改性DGO可在水中稳定保存八个月以上，并且在水性环氧中有着良好的分散。电化学和盐雾试验表明DGO的加入明显提高了涂层的阻抗和盐水阻隔性等防腐性能，也改善了涂层的耐候性。
原位聚合法可以极大程度地改善氧化石墨烯与环氧树脂基体的相容性和界面相互作用，进而提高环氧树脂的综合性能，在水性环氧/氧化石墨烯纳米复合材料的研究方法中比较常见。
