水性涂料是国家提倡发展的环境友好型涂料，但某些性能尚不及相应的溶剂型涂料，影响其发展。石墨烯具有独特性能，可改善水性涂料性能，促进其发展，给涂料工作者带来新的期待。石墨烯在涂料中应用首先是改性溶剂型涂料，但用于改性水性涂料也有明显进展。改性方法可用共混法复合改性，也可用原位聚合和溶胶-凝胶技术复合法改性，还可用偶联剂修饰，同时实行不同的功能改性。
用钛酸酯偶联剂修饰水分散改性石墨烯
按通用方法将石墨制成氧化石墨烯，向氧化石墨烯分散液内分别加入钛酸酯和水合肼，在水浴加热法下发生反应，使氧化石墨烯还原并同时嫁接上钛酸酯偶联剂分子。将获得的混合液进行后处理和真空干燥，得到粉末状改性石墨烯。
由于钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯进行了表面修饰，不再产生团聚，故石墨烯水分散体稳定性高，可长时间贮存，适合用于复合材料及涂层材料的制备。制备工艺简便，生产效率高，生产过程和产品均能符合环保要求。
石墨烯与基体树脂共混复合水性涂料
1.水性导电涂料
石墨烯/聚酯树脂复合水性导电涂料。用Hummers法制备氧化石墨烯，经两步化学还原法得到有机分子修饰的石墨烯水溶液，加入聚酯、助剂和交联剂、催化剂，经液态共混，制备得到水性导电石墨烯涂料。该涂料具有高导电性能和力学性能，可应用于电磁屏蔽、抗静电、防腐、散热、耐磨及电子线路等领域，具有广泛的应用价值。
2.石墨烯改性水性环氧树脂耐磨玻璃涂料
石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料由两组分组成，第一组分为基体成膜物，第二组分为固化剂。其中第一组分包括改性环氧树脂20%～40%、助剂0.5%～7%、氧化石墨烯0.1%～5%、偶联剂1%～2%，其余为水（均为质量分数）；第二组分是胺类固化剂。在使用前将两组分混合，其中第二组分占混合物质量分数的3%～30%。该涂料具有硬度高、耐磨性好、与玻璃基底亲和力与附着力强、耐水、耐乙醇性好，且符合环保要求。另外制备方法简便，具有重要的商业化应用价值。
3 .石墨烯改性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料
用Hummers法制备的氧化石墨烯加入丙烯酸酯类聚合物乳液中，加入选用的助剂，按比例加入水泥，搅拌分散，制成氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。该涂料显著增加了丙烯酸酯类聚合物乳液成膜的抗拉强度；提高了耐水性；此外，氧化石墨烯丰富的含氧官能团可以调节水泥水化产物晶体的生长，提高其抗拉强度和韧性。故氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料具有良好的耐久性、抗渗性以及物理力学性能，应用前景广阔。
4.石墨烯改性聚氨酯树脂复合水性涂料
4.1 石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳液
将真空脱水的聚醚多元醇（N210）和TDI反应制得聚氨酯预聚体，加入二羟甲基丙酸引入亲水羧基，加三乙胺中和盐基化，加入氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反应，减压蒸馏出丙酮后，滴加维生素C溶液进行原位还原反应，得到石墨烯/水性聚氨酯纳米复合乳胶树脂。该乳胶树脂可应用于静电防护、防腐涂层、建筑涂料等领域，本发明工艺简便、环保、适合大规模生产。
4.2 石墨烯/TiO2复合材料改性水性聚氨酯抗菌涂料
纳米TiO2作为光催化纳米材料的一种，有抗菌灭菌作用，但它对于可见光吸收率较低，纳米粒子趋向于聚集，大大降低了其灭菌作用。在含纳米TiO2抗菌涂料中，引入5%以下的石墨烯，明显提高涂料对可见光吸收率，并加强纳米TiO2的光催化活性和抗菌、灭菌能力，使改性后的水性聚氨酯在抗菌灭菌综合性能方面有很大提高。并且具有良好的表面性能、耐水性和力学性能。
4.3 石墨烯/聚氨酯原位聚合的水性导电涂料
石墨烯相比传统的碳系导电填料（炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维等）具有更加优异的导电性及机械性能。
用二元胺对氧化石墨烯进行氨基化改性，后用化学还原恢复石墨烯的共轭导电体系，利用石墨烯表面的—NH与—NCO封端的水性聚氨酯原位聚合，制得含石墨烯的水性聚氨酯导电涂料。
该导电涂料具有防辐射、抗静电、防腐蚀、耐磨等特性，可用于高分子材料、金属材料、纺织材料表面等方面。
4.4 用溶胶-凝胶技术制备改性石墨烯/水性聚氨酯纳米复合涂料
用溶胶-凝胶技术制备改性石墨烯/水性聚氨酯复合纳米涂料，分3部分：
（1）硅烷改性石墨烯纳米薄膜制备。用Hummers法制备氧化石墨烯（GO），然后对GO水分散体用水合肼化学还原成GNS，再用DCC（N,N'-二环己基碳化二亚胺）和3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）功能改性，用超声波分散1 h，在70 ℃下搅拌反应24 h，经后处理得到APTES功能改性的石墨烯纳米膜f-GNS。
（2）硅烷APTES封端的水性聚氨酯（WPU）制备。用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙二醇、一缩二乙二醇和三羟甲基丙烷混合多元醇合成PU预聚物，再和二羟甲基丙酸反应，然后加APTES反应，得到APTES封端的水性聚氨酯（WPU），产率86.3%，数均分子量28 600（GPC测定）。
（3）溶胶-凝胶技术制备f-GNS/WPU纳米复合涂料。借助超声波将f-GNS粉末分散在去离子水中制成悬浮液，将APTES封端的WPU加入其中一起混合，用三乙胺调节pH值，制成f-GNS/WPU纳米复合涂料。
