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專訪北京慕成:突破與創新,石墨烯涂料潛力無限
2019年09月30日    閱讀量:89547    新聞來源:涂料工業  |  投稿

獨家專訪

北京慕成防火絕熱特種材料有限公司

首席科學家賈緯民和副總經理盧芳


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2018年11月,國家標準《鋼結構防火涂料(GB 14907-2018)》發布,此標準適用于建(構)筑物鋼結構表面使用的各類鋼結構防火涂料,且已于今年6月1日起正式實施。


根據新標準的規定,所有石化企業必須使用特種防火涂料,即能抵抗烴類火災的涂料。但放眼國內,能生產出合乎標準的、用于特種行業的防火涂料大多來自外資企業,國內同類企業的競爭力還較薄弱涂料在線coatingol.com


8月14日,在蘇州舉行的BOTH China 2019技術研討會上,艾涂邦對前來參會的北京慕成防火絕熱特種材料有限公司首席科學家賈緯民先生和副總經理盧芳女士進行了獨家采訪,對當前國內特種防火涂料行業現狀和慕成的新產品研發有了進一步地深入了解。

難得石墨烯,優勢與困難并存


“之前,慕成水性涂料的市場認可度較高,但在新標準實施后,無溶劑環氧涂料成為了我們的主打產品。”盧芳女士介紹說。


在慕成推出的無溶劑環氧系列產品中,有一類產品添加了一種新成分——石墨烯。它的加入,能令特種防火涂料的防火、防腐性能都得到進一步的優化,這類涂料也是慕成即將推出的新產品。


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在防火性能上,一方面,石墨烯的二維片層結構能在涂料中層層疊加,形成致密的物理隔絕層;另一方面,石墨烯可以與涂料中的樹脂進行交聯復合,形成致密保護膜,進一步加強對空氣的阻隔。


不僅如此,石墨烯涂層在高溫燃燒時會生成更加致密、連續的碳層,令阻隔作用更強。多重優點的疊加,令涂料的阻燃性能大大提升。


作為用于石化企業的特種涂料,其防腐性能同樣重要。面對高強度的紫外線照射和高濃度的酸堿腐蝕,石墨烯良好的導電性能和片狀搭接阻隔性能,可以對氧氣和腐蝕介質起到屏蔽作用,降低防腐涂層的滲透性,從而提高涂層的防腐性能。


石墨烯的優越性早已顯而易見,它的“難得”也是眾所周知。


從石墨中剝離出石墨烯的方法出現于2004年。最初,科學家是用特制的膠帶將石墨薄片一層層剝離,最終得到僅有一層碳原子的石墨烯。后來又陸續出現了氧化還原法、取向附生法、碳化硅外延法、赫默法、化學氣相沉積法等等,但是,只有單層碳結構的石墨烯活性極強,如何能得到大量且性質穩定的石墨烯,并普遍用于上萬噸涂料的制作生產中,雖然有諸多涂料企業都在進行深入研究,但目前在方法及設備上還沒有公認的好方法。


立志突破,守得云開見月明


曾專注于核能領域的華裔科學家賈緯民博士對石墨非常熟悉。大約6年前,他開始專注于石墨烯材料的研究,3年前,他將對石墨烯的量產研究與涂料產品結合起來。


“雖然國內對石墨烯的研究熱情很高,但因為基礎研究非常薄弱,所以目前并沒有能夠進入到產業化的階段。”對于國內的研究現狀,賈博士了如指掌。


而談及當初選擇北京慕成的初衷,賈博士的理由也很簡單:“在我回國見到的諸多企業老板中,慕成(的老板)是最有使命感和責任感的一位。他堅信,中國人一定能攻克這個難關,在特種涂料行業與外企一較高下。”


賈博士帶領的研究團隊在國外,成員大多是他之前的大學華裔同事,國內則與天津大學合作,利用他們的設備進行量測。


“我們的目標很明確——如何將石墨烯運用到能抵抗烴類火災,同時具有防腐和抗靜電功能的PFP涂料中”。


傳統剝離石墨烯的方法有使用表面活性劑、分散劑、穩定劑等,而賈博士所帶領的團隊在多年的研究過程中,發現了新的方法——利用石墨烯的磁致導向進行剝離:石墨以磁性材料插層后剝離成石墨烯,并于以修飾其功能團,均勻分散在環氧樹脂中。經由外在磁場的操作,使已磁化的片狀石墨烯成垂直(磁致導向)于環境惡劣因子(水、濕氣……等)滲入向,大幅提升封閉、隔離的條件,進而大幅增進材料防腐防蝕能力。


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但僅僅在實驗室中剝離出分散均勻的石墨烯還不夠,要想用于涂料生產,還必須制造出能批量生產石墨烯的設備。


賈博士的團隊所研發出的石墨烯超聲波制造生產線和微波制造生產線即能滿足連續生產的需求,其中,微波制造生產線每月能生產出一公噸的粉料。“只有運用簡單的方法進行連續生產,才有可能達到量產的目的。”


利用這種剝離方法及設備,賈博士的團隊對添加了少層石墨烯(<5層)的無溶劑環氧涂料的性能進行了一系列測試。


結果顯示:其導電率<30Ω;抗壓、抗拉強度>30%;細菌失活率>90%;吸波性為7GHZ 6.5db/1mm。


當問到在研發過程中遇到的最困難的事時,賈博士的回答卻有點出乎意料——“(防火)測試是最難的”。


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防火涂料測試 樣品準備

*圖片來源于北京慕成


他有點無奈地說:“首先,國內的評估機構是政府,申請測試需要等待很長的時間。其次,因為我們做的是產品,所以要進行全尺寸測試。一件測試產品要涂好幾層,每涂完一層都要經過一段時間的養護,然后才能涂第二層,如此反復多次,而且每次測試都要準備30余件產品。等一切全都備好后才能燒制、檢測、評估。這個等待的過程非常漫長,但是別無他法。”


經過防火測試,這種無溶劑環氧涂料的碳泡沫層厚度達到了6cm,12x,強度則達到了18N。事實證明,磁質導向石墨烯的加入及取向,能夠極大提高涂料的碳泡沫強度和抗氧化能力。


對用于石化企業的特種涂料而言,這一新產品的防腐、防火和抗靜電性能都有了顯著提升。


首獲國家認證,石墨烯涂料未來可期


雖然過程有諸多坎坷,但經過多年不懈的努力,賈博士團隊的研究成果讓添加了石墨烯的涂料規模化、質量化生產成為可能,其無溶劑環氧涂料已順利通過GB14907-2018新標準檢測,目前正在申請美國UL1709認證;石墨烯的規模化、質量化生產擬于今年10月正式投產。


談及未來,賈博士充滿信心。“我們(慕成)花費了大量的時間、人力、物力對石墨烯進行研究,目前已經取得了初步的成果。將來,我們希望能與更多企業攜手合作,共同研究,將更多、更好的產品推向國際。”


來源:涂料工業

標簽:原材料石墨烯高端訪談技術中心
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