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专访北京慕成:突破与创新,石墨烯涂料潜力无限

发布日期:2019-09-27 10:47:48 来源:艾涂邦公众号
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8月14日,在苏州举行的BOTH China 2019技术研讨会上,艾涂邦对前来参会的北京慕成防火绝热特种材料有限公司首席科学家贾纬民先生和副总经理卢芳女士进行了独家采访,对当前国内特种防火涂料行业现状和慕成的新产品研发有了进一步地深入了解。

独家专访

北京慕成防火绝热特种材料有限公司

首席科学家贾纬民和副总经理卢芳

2018年11月,国家标准《钢结构防火涂料(GB 14907-2018)》发布,此标准适用于建(构)筑物钢结构表面使用的各类钢结构防火涂料,且已于今年6月1日起正式实施。

根据新标准的规定,所有石化企业必须使用特种防火涂料,即能抵抗烃类火灾的涂料。但放眼国内,能生产出合乎标准的、用于特种行业的防火涂料大多来自外资企业,国内同类企业的竞争力还较薄弱。

8月14日,在苏州举行的BOTH China 2019技术研讨会上,艾涂邦对前来参会的北京慕成防火绝热特种材料有限公司首席科学家贾纬民先生和副总经理卢芳女士进行了独家采访,对当前国内特种防火涂料行业现状和慕成的新产品研发有了进一步地深入了解。

难得石墨烯,优势与困难并存

“之前,慕成水性涂料的市场认可度较高,但在新标准实施后,无溶剂环氧涂料成为了我们的主打产品。”卢芳女士介绍说。

在慕成推出的无溶剂环氧系列产品中,有一类产品添加了一种新成分——石墨烯。它的加入,能令特种防火涂料的防火、防腐性能都得到进一步的优化,这类涂料也是慕成即将推出的新产品。

在防火性能上,一方面,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,另一方面,石墨烯可以与涂料中的树脂进行交联复合,形成致密保护膜,进一步加强对空气的阻隔。

不仅如此,石墨烯涂层在高温燃烧时会生成更加致密、连续的碳层,令阻隔作用更强。多重优点的叠加,令涂料的阻燃性能大大提升。

作为用于石化企业的特种涂料,其防腐性能同样重要。面对高强度的紫外线照射和高浓度的酸碱腐蚀,石墨烯良好的导电性能和片状搭接阻隔性能,可以对氧气和腐蚀介质起到屏蔽作用,降低防腐涂层的渗透性,从而提高涂层的防腐性能。

石墨烯的优越性早已显而易见,它的“难得”也是众所周知。

从石墨中剥离出石墨烯的方法出现于2004年。最初,科学家是用特制的胶带将石墨薄片一层层剥离,最终得到仅有一层碳原子的石墨烯。后来又陆续出现了氧化还原法、取向附生法、碳化硅外延法、赫默法、化学气相沉积法等等,但是,只有单层碳结构的石墨烯活性极强,如何能得到大量且性质稳定的石墨烯,并普遍用于上万吨涂料的制作生产中,虽然有诸多涂料企业都在进行深入研究,但目前在方法及设备上还没有公认的好方法。

立志突破,守得云开见月明

曾专注于核能领域的华裔科学家贾纬民博士对石墨非常熟悉。大约6年前,他开始专注于石墨烯材料的研究,3年前,他将对石墨烯的量产研究与涂料产品结合起来。

虽然国内对石墨烯的研究热情很高,但因为基础研究非常薄弱,所以目前并没有能够进入到产业化的阶段。”对于国内的研究现状,贾博士了如指掌。

谈及当初选择北京慕成的初衷,贾博士的理由也很简单:“在我回国见到的诸多企业老板中,慕成(的老板)是最有使命感和责任感的一位。他坚信,中国人一定能攻克这个难关,在特种涂料行业与外企一较高下。”

贾博士带领的研究团队在国外,成员大多是他之前的大学华裔同事,国内则与天津大学合作,利用他们的设备进行量测。

“我们的目标很明确——如何将石墨烯运用到能抵抗烃类火灾,同时具有防腐和抗静电功能的PFP涂料中”。

传统剥离石墨烯的方法有使用表面活性剂、分散剂、稳定剂等,而贾博士所带领的团队在多年的研究过程中,发现了新的方法——利用石墨烯的磁致导向进行剥离:石墨以磁性材料插层后剥离成石墨烯,并于以修饰其功能团,均匀分散在环氧树脂中。经由外在磁场的操作,使已磁化的片状石墨烯成垂直(磁致导向)于环境恶劣因子(水、湿气……等)渗入向,大幅提升封闭、隔离的条件,进而大幅增进材料防腐防蚀能力。

 

图1

图2

图3

图1:石墨烯纳米片磁场模型

图2、3:磁致取向装置安排

*图片来源于北京慕成

但仅仅在实验室中剥离出分散均匀的石墨烯还不够,要想用于涂料生产,还必须制造出能批量生产石墨烯的设备。

贾博士的团队所研发出的石墨烯超声波制造生产线和微波制造生产线即能满足连续生产的需求,其中,微波制造生产线每月能生产出一公吨的粉料。“只有运用简单的方法进行连续生产,才有可能达到量产的目的。”

利用这种剥离方法及设备,贾博士的团队对添加了少层石墨烯(<5层)的无溶剂环氧涂料的性能进行了一系列测试。


结果显示:其导电率<30Ω;抗压、抗拉强度>30%;细菌失活率>90%;吸波性为7GHZ 6.5db/1mm。

当问到在研发过程中遇到的最困难的事时,贾博士的回答却有点出乎意料——“(防火)测试是最难的”。

防火涂料测试 样品准备

*图片来源于北京慕成


他有点无奈地说:“首先,国内的评估机构是政府,申请测试需要等待很长的时间。其次,因为我们做的是产品,所以要进行全尺寸测试。一件测试产品要涂好几层,每涂完一层都要经过一段时间的养护,然后才能涂第二层,如此反复多次,而且每次测试都要准备30件产品。等一切全都备好后才能烧制、检测、评估。这个等待的过程非常漫长,但是别无他法。”

经过防火测试,这种无溶剂环氧涂料的碳泡沫层厚度达到了6cm,12x,强度则达到了18N/cm²。事实证明,磁性石墨烯的加入及取向,能够极大提高涂料的碳泡沫强度和抗氧化能力。

对用于石化企业的特种涂料而言,这一新产品的防腐、防火和抗静电性能都有了显著提升。

首获国家认证,石墨烯涂料未来可期

虽然过程有诸多坎坷,但经过多年不懈的努力,贾博士团队的研究成果让添加了石墨烯的涂料规模化、质量化生产成为可能,其产品已通过国家GB-14907检测,并拟于今年10月正式投产,目前正在申请美国UL-1709的认证。

谈及未来,贾博士充满信心。“我们(慕成)花费了大量的时间、人力、物力对石墨烯进行研究,目前已经取得了初步的成果。将来,我们希望能与更多企业携手合作,共同研究,将更多、更好的产品推向国际。”

 


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