石墨烯如何改变安防

近年来，石墨烯已成为一种革命性材料，其卓越的性能使其成为许多工业创新的焦点。由于石墨烯在橡胶和塑料等材料中用作阻燃剂，它在改善消防安全方面大显身手。这种应用不仅有望提高防火性能，还能大大减少传统化学阻燃剂的使用，因为其中许多化学阻燃剂都是有毒或污染环境的。

什么是石墨烯，为什么它如此特别？

石墨烯是一种碳基材料，由厚度仅为一个原子的薄片组成，呈类似石墨的六边形结构排列。石墨烯的这些特性使其成为已知最薄的二维材料，并因其卓越的物理、化学和机械性能组合而彻底改变了材料科学。尽管很薄，石墨烯的强度却比钢铁高出约 200 倍，具有难以置信的柔韧性和轻质，并且是热和电的绝佳导体。

这些优异的性能使石墨烯成为一种具有广泛应用前景的材料，从电子产品、能源存储到工业涂料，无所不包。不过，石墨烯最新兴的应用之一是在聚合物基体中用作阻燃剂。

塑料和橡胶的易燃性问题

橡胶和塑料是制造从汽车部件到电子设备等各种产品的基本材料，但它们有一个主要缺点：易燃性高。许多此类材料，尤其是热塑性聚合物，在燃烧时很容易点燃并释放有毒气体。

为了缓解这一问题，几十年来，工业界一直在使用传统的阻燃剂，如卤素、磷化合物或锑。然而，其中许多添加剂都存在严重问题，如毒性、环境污染和材料机械性能下降。这就是阻燃石墨烯发挥作用的地方。

石墨烯如何用作阻燃剂？

在橡胶或塑料基体中加入少量石墨烯后，它可通过以下几种方式减缓火势蔓延：

• 与其他材料的良好协同作用： 在聚合物基体中加入石墨烯，可显著增强磷基化合物等其他阻燃添加剂的效果，从而以较低的材料用量达到相同的阻燃效果。
• 氧气阻隔： 石墨烯还能起到阻隔作用，减少氧气进入易燃材料，从而防止或减缓燃烧。
• 炭层形成： 当暴露在火中时，石墨烯可促进聚合物表面形成稳定的炭层，起到抵御热量和火焰的保护作用。
• 减少有毒气体排放： 与许多传统阻燃添加剂不同，石墨烯在热降解过程中不会释放有毒气体，从而提高了用户和环境的安全性。

在橡胶和塑料行业的应用

大量研究表明，即使浓度很低，石墨烯也能显著提高聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氨酯（PU）和热塑性弹性体等聚合物的阻燃性能。

例如，在汽车行业，已经开始评估阻燃石墨烯的使用，以在不牺牲轻质特性或机械强度的情况下提高汽车内饰件的安全性。

在建筑领域，石墨烯正在隔热和塑料涂层中进行测试，以降低建筑物的火灾风险。

此外，石墨烯与现有生产工艺的兼容性意味着，采用石墨烯无需对生产线进行重大改造，这是一个关键的竞争优势。

在 Avanzare，我们开发了一种基于石墨烯衍生材料组合的阻燃添加剂 avanFIRE GR-8，该添加剂可通过产生炭层来增强化合物的耐火性能。这对防止燃料和氧化剂进一步进入火焰、减少滴落和分散火焰产生的热量非常有效。此外，avanFIRE GR-8 的配方不含卤素和锑氧化物（SVHC），因此非常环保。

可持续性和对环境的尊重

石墨烯作为阻燃剂的另一大吸引力在于其可持续性。与其他会产生有害有毒废物的阻燃添加剂不同，石墨烯不仅安全，而且可以通过热解或化学剥离等工艺从有机废物等可再生碳源中获取。

随着环保法规的日益严格以及对安全和可持续材料需求的增加，石墨烯在阻燃剂中的应用极有可能变得更加广泛。

此外，随着新型混合化合物（如石墨烯与金属氧化物或碳纳米管的结合）的开发，在效率方面正在取得更加令人鼓舞的成果。

因此，阻燃石墨烯的使用代表了一种创新的材料选择，将安全性、效率和可持续性融为一体。将石墨烯融入橡胶和塑料中不仅能提高阻燃性，还能带来热稳定性、机械强度和毒性降低等额外优势。

尽管距离这些解决方案被广泛采用还有一段距离，但所有迹象都表明，石墨烯将成为制造更安全、更环保材料的重要盟友。