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石墨烯在功能涂料中的应用特性及发展趋势!

2019-01-20 20:53 151

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,厚度在一个纳米以下,具有非常良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能,被誉为新世纪的“材料之王”。

石墨烯具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能,石墨烯作为功能性添加剂,能赋予涂料导电、防腐、阻燃、导热和高强度等特殊功能,如利用石墨烯的物理阻隔性能,可提高涂料的防腐、防污、阻燃效果;利用其高导电、高导热性能,可开发导电涂料、散热涂料、电磁屏蔽涂料等。

1、石墨烯在功能涂料中的应用特性

(1)石墨烯在导电涂料中的应用

相对于传统的导电物质,石墨烯具有更加优良的导电性能和良好的机械性能,而且石墨烯比表面积大,导电渗流阈值低,只需很少的添加量即可达到导电的目的,是目前制备导电涂料的不二选择。

目前,市场用量最多的导电填料是导电炭黑,一般添加量为质量分数10%以内就能达到导静电水平,成本远低于石墨烯。而石墨烯的优势则是添加量少,添加量为质量分数1%以内即可达到导静电水平。由于添加量少,石墨烯导电涂料的涂层的力学性能一般优于炭黑导电涂料涂层的力学性能,因此石墨烯导电涂料能够实现涂层导电性和力学性能的同步提高。

此外,由于石墨烯的物理阻隔性能可以提高漆膜的致密性,进而提高漆膜的耐溶剂和耐腐蚀性,能够既导静电又耐腐蚀,可以用作石油、化工等领域的导静电涂料。

(2)石墨烯在防火涂料中的应用

石墨烯在防火涂料中的阻燃机理被认为是以下几种阻燃作用的叠加:

一是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。

二是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。

三是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。

研究表明: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。

(3)石墨烯在防污涂料中的应用

防污涂料是涂装于船底和海洋水下设施的一种特殊涂料,主要是通过在涂料中添加重金属等毒料,在涂膜表面形成有毒表面层,将附着于涂膜的海洋

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