活性涂料市场已成为社会不可分割的一部分。化学家、工程师和产品设计师已经注意到，消费者期待卓越的产品性能，并欣赏增值功能，以确保其安全

防火涂料提供了更多的防火保护，以及对其覆盖的基材的保护。近50年来，NeoGraf Solutions公司的GrafGuard®可膨胀石墨一直作为一种可靠的高性能膨胀材料用于阻燃应用。

防火涂料是非常多样化的，它们根据应用而有所不同;从结构，钢支撑构件，到工程木梁，到聚合物供水管道，再到下拉式天花板瓦。需要保护的基材随着应用的不同而多样;因此，活性涂料需要与许多高分子涂料体系兼容(图1)。

这些涂层的结果是最大限度地延长受影响人员在火灾路径上的安全逃生时间，同时遵守地理区域的所有法规和要求。活性涂料还可以减少火灾和烟雾造成的财产损失。

活性涂料通常是一种复合材料，具有非常特定的功能，单独，并提供改进的功能，由于它们的协同作用。可膨胀石墨薄片可用于复合材料的多层，或简单地作为防火保护层中的反应物质(图2)。

这种材料的多功能性被它所包含的各种聚合物涂层系统所证明。几乎所有现有的优质涂料解决方案都使用了这种石墨基膨胀涂料，包括环氧树脂、乳胶、硅酮、硅氧烷、沥青混合物、聚氨酯和许多杂化结构。

可膨胀石墨的特性

起始温度定义为石墨材料开始以不可逆形式膨胀的温度。在为应用选择合适的材料等级时，必须考虑加工的所有方面，包括涂层的固化或后固化，以防止加工过程中石墨薄片的膨胀。设定温度可以控制在160°C到280°C左右，这取决于材料的等级。使用热机械分析仪和整齐的样品测量启动温度。聚合物基质中的初始温度会有所不同，因为如果聚合物不够软，材料无法膨胀，那么周围聚合物的压力可能会减缓或延迟薄片的膨胀。对于玻璃化转变温度较高的环氧树脂，柔性石墨制品可能会积聚压力，直到周围温度达到环氧树脂的玻璃化转变温度，然后薄片会膨胀形成焦层。

当涉及到形成的焦层的高度和密度时，GrafGuard等级的膨胀体积是主要的区分因素。典型的膨胀体积因等级不同而不同，但在200℃至1000℃的不同膨胀温度下都有很好的表征。值得注意的是，更大的扩张并不总是更好。虽然更大的膨胀体积意味着更高的焦炭量，但如果表面有高速风，焦炭的密度可能非常低，并且可以被吹走。图3描述了许多等级材料的典型膨胀体积。

片状尺寸是可膨胀石墨的下一个指定特征。一般来说，薄片越大，膨胀的可能性越大。薄片大小是制作涂层时要考虑的一个重要特征，因为薄片可能是可见的，并可能改变涂层的质地。

应用技术还将通过将薄片对准基材来影响涂层的质地，从而实现尽可能薄的涂层。涂层的使用方法也可以决定材料的等级。如果涂层是通过卷对卷系统应用的，颗粒大小可能没有影响，但如果涂层是通过喷涂系统应用的，材料的颗粒大小是一个需要观察的关键参数。颗粒必须足够小，可以通过最后的喷嘴，以及系统内的任何过滤器。产品等级的颗粒尺寸是众所周知的，可以与将要使用的设备的孔尺寸进行比较。

薄片的表面处理用于使薄片在聚合物体系中更容易混溶。根据体系的不同，材料表面的酸性活性位点可能会使薄片的离子悬浮，而相同的基团可能会导致聚合物聚集在薄片周围，从而导致不均匀的体系。薄片通常中和到pH值约为7，但根据涂层系统的灵敏度和特性，可以将其改变为pH值较低或较高。

可膨胀石墨是如何工作的

当暴露在高温下时，柔性石墨材料膨胀并形成石墨焦，这种石墨焦比由典型化学膨胀材料形成的其他碳焦更耐火。焦炭层是一层保护层，可以有效地保护“燃料”免受火灾的影响。石墨不燃烧的事实也减少了基体中可燃材料的总量。可膨胀石墨不含卤化添加剂，制造时不含铅或铬等有害重金属，这些重金属可能存在于其他可膨胀石墨薄片中。

通过专有的加工技术，GrafGuard材料是通过在石墨薄片层之间放置夹层来制造的。当暴露于低至160°C的高温时，插层剂分解为气体，气体在“Z”方向上强力膨胀石墨薄片，将石墨层平面分离，形成高效的炭层。所产生的炭保护反应性涂层基材免受火的热，并最大限度地减少保护基材的聚合物涂层燃烧所产生的烟雾。

典型的防火反应涂料可以由单一组分组成，或者该涂料使用多种不同的防火材料可能更有效。所述涂层可以具有不同活化基团的几层，或者与几种不同的活性材料协同作用组合成较厚的均质层。观察了可膨胀石墨与金属氢氧化物、微小膨胀材料、有机磷酸盐和焦碳促进剂的协同作用。小膨胀剂是一种利用发泡剂和碳供体膨胀以产生焦层的材料，如聚磷酸铵、聚磷酸三聚氰胺、红磷和硼酸锌。使用可膨胀石墨产品与轻微膨胀剂协同将使配方机大大减少或消除发泡剂和碳供体。图4中的示意图描述了反应性涂层在火或辐射热源刺激下的简化动作。

有效利用可膨胀石墨

根据经验，含石墨层的最小厚度建议在200 μm左右。这是因为石墨薄片的标称厚度约为35 μm，为了达到最有效的效果，需要将多个薄片并入所形成的石墨焦层中。这将允许膨胀石墨在形成炭层时编织在一起，并产生屏障效应，使热量远离系统的其余部分和被保护的基材。图5描述了含有可膨胀石墨的反应涂层形成的焦炭。

材料的分层效果，因为它是分散在整个涂层允许自我修复的炭层，因为膨胀石墨从表面升华。当热量深入涂层时，加热到设定温度的材料膨胀，使焦炭致密，并继续保护基材。

可膨胀石墨的应用范围不仅限于涂料。它已被纳入聚氨酯，乳胶(天然和合成)，乙丙二烯单体橡胶，聚苯乙烯，和高冲击聚苯乙烯的形式板材和模压泡沫。

除薄膜涂料外，可膨胀石墨还可用于泡沫涂料、绝缘泡沫、包装泡沫、乳胶剂材料、沥青屋面和密封产品、环氧胶粘剂、聚丙烯、聚乙烯(低、中、高密度)、硅酮、硅氧烷、热塑性聚氨酯和聚氯乙烯。更高的安装GrafGuard材料现在被纳入热塑性注塑成型零件和热成型板。产品还可直接应用于一些建筑材料中，如定向刨花板、刨花板、板岩、水泥板等。

NeoGraf Solutions在美国俄亥俄州莱克伍德生产石墨和石墨烯产品已有140多年的历史。今天，该公司的高性能产品用于各种行业的各种苛刻应用。NeoGraf专业开发和制造高质量的天然和合成石墨片和粉末，用于最新的消费电子设备，建筑和建筑材料，运输，密封和垫圈。欲了解更多信息，请访问www.neograf.com或发送电子邮件dstuart@neograf.com。