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可膨胀石墨在阻燃领域的应用和发展 1 2 刘利亚 王江黎 沈康 1 石家庄爱迪特贸易有限公司；河北省晋州市中兴街西段 052260； chinaadt@；0311 2 北京艾迪泰克技术咨询有限公司；北京市海淀区中关村南大街2号数码银座 addtech_shen@；010 摘 要：近年来，可膨胀石墨作为一种膨胀型阻燃剂应用于合成材料中，并且在科研及工 业领域引起了越来越多的关注。与用作密封材料的可膨胀石墨不同，阻燃石墨有其自身的 特殊性能。本文简要介绍了阻燃型可膨胀石墨，包括其主要类型、特殊性能（特殊的可调 表面性能，起始膨胀温度，膨胀体积，膨胀力度等）以及不同应用。现在，可膨胀石墨凭 借其无卤、抑烟、无重金属、对基材影响小等优点，已成为一种重要的膨胀型阻燃剂，已 被广泛用于塑料、橡胶、涂料、纺织品，特别是聚氨酯泡沫中。 关键词：可膨胀石墨；阻燃石墨；膨胀型阻燃剂 1 简介 膨胀型阻燃体系多年来一直有所应用。传统的膨胀型阻燃剂一般包括三种成份作为形 成覆盖层的基本元素：酸源、气源、碳源。现在市场上销售的此类膨胀型阻燃剂一般含多 聚磷酸铵（酸源），季戊四醇（碳源）和三聚氰胺（气源）。含有此种阻燃体系的材料通过 其燃烧时能在表面形成一层覆盖层从而起到保护作用。 最近，已有研究表明可膨胀石墨可作为单一成份的膨胀型阻燃剂并已应用于一些材料 中。此类阻燃石墨无论是从性质还是生产工艺上都与传统用来生产密封材料的石墨有很多 的不同。 本文介绍了可膨胀石墨作为膨胀型阻燃剂方面的最新进展，包括其生产、性质以及应 用。此外，本文还讨论了如何将可膨胀石墨作为阻燃剂应用广泛领域。 2 可膨胀石墨的形成及特点 可膨胀石墨是通过向鳞片石墨的晶体层结构中插入酸（通常用硫酸、硝酸或有机酸） 199 进行反应制得。此过程中，我们必须要使用一些 H O 、HNO 或者 KMnO 等氧化剂。或 2 2 3 4 者可以通过电化学的方法制备石墨插层化合物，完成反应后，再进行中和、水洗和干燥而 制作成最终的产品。 鳞片石墨来源于天然石墨矿石。经过研磨和浮选后，鳞片石墨的纯度能达到 95% 。为 了进一步除去石墨中的有机和无机杂质得到更高的纯度，可以将鳞片石墨在强酸中浸泡 后，在高温下与碱一起焙烧，然后水洗，最后可达 99.5% 以上纯度。有些企业也使用氢氟 酸浸泡鳞片石墨来提高碳含量，但用这种工艺提纯的石墨在阻燃领域的使用中是很有危害 的。 可膨胀石墨是石墨插层的化合物（GIC ）。与其他炭单质如金刚石或 C60 比较，它独 特的层状晶体结构使得它能够被其他的化合物插层。 图 1 鳞片石墨的晶体结构 可膨胀石墨在很长时间内一直作为中间体在市场上流通。它通常是通过电炉 1000℃ 加热膨胀后制造成石墨蠕虫，然后经过积压而得到石墨纸而后加工成各种密封材料。作为 一种密封材料的原料，可膨胀石墨国标中（GB/T 10698-1989 ）的几项指标包括粒径、膨 胀体积、碳含量和挥发份就能满足使用要求（在一些高科技领域要求低硫含量），此类可 膨胀石墨的 pH 值偏低（约为 4 ），有效保存时间也仅有六个月。 从90年代开始，可膨胀石墨作为一种无卤膨胀型阻燃剂越来越多的被应用于防火材料 和阻燃剂中。可膨胀石墨作为阻燃材料，与传统阻燃材料相比具有以下特点：在防火时， 产烟量少；无滴落，不造成二次着火;并且瞬间膨胀力强，阻燃效果好。 可膨胀石墨同时也具备以下优点 ： ■ 无毒 ■ 无重金属 200 ■ 无卤 ■ 不溶于水或其他溶剂 ■ 抑烟及其他有毒气体 ■ 减小热量释放速率