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可膨胀石墨的应用研究进展 2017-03-22 11:37:09


    膨胀石墨作为导电填料制备聚合物基导电复合材料可采用原位聚合插层方法。陈国华等将膨胀石墨分散于70%的乙醇水溶液中,超声分散处理8h后过滤烘干得到纳米石墨薄片,然后将纳米石墨薄片与甲基丙烯酸甲酯单体混合均匀后再聚合,得到聚甲基丙烯酸甲酯 /纳米石墨复合材料,复合材料的导电逾渗阀值仅为1.0%,远低于聚甲基丙烯酸甲酯 /普通石墨复合材料的导电逾渗阀值5.5%, 当纳米薄片石墨的质量分数为4.0%时,复合材料的电导率达103S·cm。此外,有研究者采用原位聚合插层方法制备研究了聚苯乙烯和聚酰胺与膨胀石墨的纳米导电复合材料。

    膨胀石墨作为导电填料与聚合物复合还可采用膨胀石墨与聚合物混合插层方法,混合插层方法有溶液插层法和熔体插层法两种.溶液插层法得到的导电复合材料的导电性能好,导电逾渗阀值约2%( 体积分数) 左右,但是制备工艺过程复杂并且消耗大量有机溶液,工艺成本很高,实际应用意义不大。熔体插层法是最有前途的方法,但是直接将膨胀石墨与聚合物进行熔体插层得到的导电复合材料的导电性能较差,导电逾渗阀值高。先将膨胀石墨经表面活性剂处理后再与聚合物进行熔体插层,工艺过程简单,并且制备得到的聚合物基导电复合材料具有优异的导电性能,导电逾渗阀值较低。

    膨胀石墨蠕虫作为导电填料可用于制备导电涂料,该类导电涂料与传统的粉末混合添加型涂料相比具有迥异的电阻特性。它的体积电阻率绝对值比后者低一个数量级,而且几乎不随填料加入量而变化, 具有非常稳定的体积电阻率, 其涂层的电磁屏蔽效能可达40dB以上,水中加热功率密度达到7W.cm2左右。

3.环境领域的应用研究

    膨胀石墨表面具有发达的孔隙,大多为中孔或大孔,且表面为非极性,因此对非极性大分子具有优异的吸附能力。研究发现,膨胀石墨对机油、柴油、润滑油、煤油等的吸附能力都很强,吸油倍率可高达 70~ 80 倍甚至更高。

膨胀石墨是一种优良的水中油类吸附剂,吸附大量油后可集结成块,浮在水面,便于收集,并可再生处理和循环使用。同时,膨胀石墨基本由纯碳组成,无毒和具有化学惰性,使用过程中不会造成二次污染。因此,膨胀石墨可用于在海上、河流、湖泊中吸除浮油,用于工业废水乳状液除油以及除去可溶于油的物质如农药等,并对许多其他的有机或无机有害成分有良好的 吸附效果。

采用膨胀石墨处理毛纺厂印染废水 ,静态条件处理时废水中COD的平均去除率可达 40%,色度平均可降低40%;现场应用时废水中COD的平均去除率可达20%,色度平均可降低 20%。膨胀石墨对焦化工业产生的高温煤焦油也有良好的吸附作用, 可以成为处理焦化废水的一种有效手段。

膨胀石墨除可用于在液相中进行选择性吸附外,还可以利用膨胀石墨的选择性吸附特性来净化气体。膨胀石墨对甲醛废气具有较好的吸附脱除能力,对工业废气及汽车尾气的主要成分SO x和NO x等也有一定的脱除效果。

4.军事领域的应用研究

    膨胀石墨粉碎成微粉,对红外波有很强的散射吸收特性,是很好的红外屏蔽( 隐身) 材料。将可膨胀石墨制成烟火药, 瞬间爆炸形成膨胀石墨并分散在预定空域,可形成气溶胶干扰云团烟幕剂。比如,利用强氧化剂氯酸钾和高氯酸钾等制成烟火药,采用适当的点火序列实现烟火药的燃烧转爆炸,利用该爆炸过程将可膨胀石墨快速膨化并分散,以实现干扰功能。

研究发现,膨胀石墨烟幕能够较好地衰减3 mm波和8 mm波辐射,对3 mm、8 mm波衰减分别为17.0dB和16.6dB , 而铝箔条分别只有7.4dB和4.1dB ,因此可以利用可膨胀石墨发烟剂产生的烟幕来干扰毫米波雷达探测。

彭俊芳等将氢氧化铁粉末和可膨胀石墨粉末均匀混合,然后在高温下快速膨化,使具有磁性的细小氧化铁颗粒比较均匀地分散在石墨基体中,得到兼备导电性和亚铁磁性的优良电磁波屏蔽材料。

5.其他领域的应用研究

    可膨胀石墨对某些化学反应具有催化作用。研究发现,可膨胀石墨对醋酸正丁酯、醋酸苄酯、富马酸二甲酯、季戊四醇双缩苯甲醛和丙烯酸甲酯的合成具有很高的催化能力。比如采用可膨胀石墨催化合成醋酸正丁酯,反应时间仅55 min ,酯产率却达98%以上。

由于膨胀石墨对有机、生物大分子具有优良的吸附特性,在生物医学材料上有广泛的应用前景。清华大学等开发了膨胀石墨制作医用敷料代替医用纱布,经过300多只小白鼠、大白鼠、豚鼠、家兔的动物实验,证明无毒、无副作用,对创面无刺激、不染黑, 并促进愈合。在第一军医大南方医院烧伤科等4所医院进行114例临床实验,其效果比传统纱布引流好,有明显的抗感染、抑菌、消炎作用,可代替50%~80%的纱布。这一成果已取得发明专利权,正在实施产业化。

    膨胀石墨添加入复合吸附剂块和复合相变蓄热材料中,可使导热系数和渗透传质性能显著提高。利用膨胀石墨吸附性强和本身是良导体的特点,采用交联剂把膨胀石墨压制成一定的形状和具有一定强度的电解液固定体,可以制成性能优异、使用方便的轻质蓄电池。此外,膨胀石墨也可作为电极材料等。

 6.结语

    今后,除应进一步加强高品质柔性石墨及其复合材料的研究外,可膨胀石墨在聚合物基复合材料、环境领域和电热元件等方面的应用研究还应进一步深入, 使其在这些领域获得广泛推广应用。