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防火阻燃用可膨胀石墨的最新进展

2016-06-02

    可膨胀石墨是通过在鳞片石墨的层状晶体结构中插入酸(通常用硫酸、硝酸或有机酸)进行反应制得。此过程中,我们必须要使用一些氧化剂,如H2O2、HNO3或者KMnO4 等;或者可以通过电化学的方法制备石墨插层化合物。完成反应后,再进行中和、水洗和干燥而制作成最终的产品。
    可膨胀石墨的膨胀特性不同于其他膨胀剂。在受到高温时,由于吸留在层间点阵中化合物分解,可膨胀石墨膨胀,变成密度很低的蠕虫状。膨胀后的石墨可在阻燃材料表面形成一个非常好的绝热层,能有效隔热。其自身在火灾中的热释放率低,质量损失小,产生的烟气少。所以近年来,可膨胀石墨作为一种膨胀型阻燃剂应用于合成材料中,并且在科研及工业领域引起了越来越多的关注。
    可膨胀石墨在防火阻燃材料方面的应用已取得很大的进展,除了传统的阻火圈、防烟条、防火门、防火堵料、阻燃涂料等常规产品外,其他一些应用也日趋广泛。在泡沫产品中,可膨胀石墨的阻燃已经发挥了很大的作用。加入可膨胀石墨的PU 泡沫已经被应用到飞机、火车及其他交通工具的座椅中。由PP、PE 及其他聚烯烃合成的电线电缆中也已经应用可膨胀石墨来增强阻燃性能。除此以外,在屋顶使用的沥青卷材等领域中,可膨胀石墨也占有一席之地。
 
    随着可膨胀石墨在阻燃方向发展的日益广泛,各个行业针对可膨胀石墨的性能也提出了不同的要求,使其在发展过程中同时面临着机遇和挑战。
    1、PU 聚氨酯行业
    如前所述,可膨胀石墨是聚氨酯PU 泡沫材料的有效阻燃剂。可膨胀石墨在PU 泡沫中不但有阻燃作用,还有抑烟效果,是一种越来越受到业界关注的无卤阻燃剂。但是将可膨胀石墨应用到PU 泡沫中也存在着困难。
    大多数PU 发泡设备适用的反应体系均为液态,为了将可膨胀石墨有效地加入,必须对设备进行改进。同时为了在防止加工过程中,加入的可膨胀石墨对设备产生摩擦破坏,可膨胀石墨的灰分也成为了影响其应用的重要指标。这就要求可膨胀石墨中的灰分必须为软灰分,使得可膨胀石墨原料的选取条件更加严格。
    对于一些特殊制品,PU 泡沫后续的热压过程也对可膨胀石墨提出了更高的要求。如可膨胀石墨的起始膨胀温度(Start Expansion Temperature, SET)不能低于某一温度,否则可膨胀石墨会在热压的过程中开始膨胀,影响制品的性能。
此外,为了使可膨胀石墨很好的分散在聚氨酯的重要组成多元醇中,并不容易沉降,需要对可膨胀石墨进行表面处理,改变其表面性能,或者使其成为多元醇/石墨的触变体系,从而解决分散问题。
    2、涂料工业
    可膨胀石墨的细颗粒加入到普通涂料中,可以得到性能较好的阻燃防静电涂料,其在火灾中形成的大量轻质不燃碳层,能有效阻隔热量向基材的辐射,有效保护基材。此应用要求可膨胀石墨在保证其阻燃效果的同时,必须保证其具有较细的粒度。同时,针对不同的涂料配方,可膨胀石墨表面的酸碱度也要适当的进行调整。
    3、工程塑料领域
    目前,已有大量关于可膨胀石墨用于阻燃聚烯烃、阻燃橡胶、阻燃苯乙烯塑料等的报道。可膨胀石墨也可添加于阻燃工程塑料中,可有效的增强塑料防火性能,膨胀性能,同时不影响塑料本身的柔韧性和其它物理性能,且在火焰中不挥发出有毒气体、酸雾、烟等,不增加材料的危险性。但是这也对膨胀石墨的起始膨胀温度提出了严格的要求,如用于 PBT, PA 等工程塑料的可膨胀石墨,为了使其在加工时不膨胀,可膨胀石墨起始膨胀温度要求达到280 -300℃。以上所有这些,都是相关行业近年来对可膨胀石墨提出的新要求。