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石墨烯在防火涂料中的应用
时间: 2020-05-01 05:17     作者: AG体育

  石墨烯是单层二维蜂窝状碳网络结构,平面内由周期性紧密排列的碳六元环构成,各碳原子之间通过sp 2杂化轨道相连接。

  (1)石墨烯的二维片层结构能在涂料中层层叠加,形成致密的物理隔绝层,提高阻燃性能。

  (2)石墨烯可以与涂料中树脂进行交联复合,进一步形成一层致密的保护膜,起到阻隔空气的作 用,从而发挥阻燃的效果。

  (3)在高温下石墨烯涂层燃烧产生二氧化碳和水,并生成更加致密、连续的碳层,阻隔作用更强。

  李洪飞等以丙烯酸乳液为成膜物质,钛白粉 为颜料,石墨烯作为协效阻燃/抑烟剂制备成防火涂料。研究结果表明:氧化石墨烯能有效提高涂料试样的耐燃时间和降低峰值生烟速率,当氧化石墨烯的添加量为 0.025 份时(以100份乳液记),试样耐燃时间可以增加59.5%,当添加0.125份时,试样的峰值生烟速率从0.024 m 2/s降至0.013 m2 /s。

  结合扫描电镜、热重分析、差热分析和红外光谱等手段对试样碳层的结构形貌进行分析后发现,具有片层结构的氧化石墨烯在涂料受热膨胀过程中会使自身和基体分子链取向,进而在聚合物碳化过程中形成骨 架结构,增加碳层强度,达到阻燃和抑烟的目的。此外,由于石墨烯出色的屏蔽效应,即使发生火灾,石墨烯涂料形成的隔绝层也可以阻隔一氧化碳等有毒降解产物的挥发,从而降低火灾的危险。

  石墨烯由于屏蔽性好,比表面积大,很容易在涂层中形成致密薄膜,对于提高防腐性能有很大帮助,也吸引了众多关注。一系列的研究证明,CVD生长的石墨烯可以在铜、铝等金属表面形成保护层,防止金属的氧化和腐蚀。

  氧化还原制备的石墨烯可以与有机树脂混合制备复合材料涂层,发挥石墨烯的屏蔽作用和树脂优异的附着能力,达到长效防 腐的目的,用其制备的石墨烯涂层相比于普通涂层,可以使低合金钢的腐蚀速率降低1个数量级。除常规防腐蚀之外,石墨烯还可以与金属中的氢发生化学反应,防止氢脆的发生。此外,由于石墨烯可以提高金属耐微生物腐蚀能力,也可以用作生物环境防腐保护层。

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