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獨(dú)家專訪

北京慕成防火絕熱特種材料有限公司

首席科學(xué)家賈緯民和副總經(jīng)理盧芳

2018年11月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（GB 14907-2018）》發(fā)布，此標(biāo)準(zhǔn)適用于建（構(gòu)）筑物鋼結(jié)構(gòu)表面使用的各類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，且已于今年6月1日起正式實(shí)施。

根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，所有石化企業(yè)必須使用特種防火涂料，即能抵抗烴類火災(zāi)的涂料。但放眼國(guó)內(nèi)，能生產(chǎn)出合乎標(biāo)準(zhǔn)的、用于特種行業(yè)的防火涂料大多來(lái)自外資企業(yè)，國(guó)內(nèi)同類企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力還較薄弱涂料在線coatingol.com。

8月14日，在蘇州舉行的BOTH China 2019技術(shù)研討會(huì)上，艾涂邦對(duì)前來(lái)參會(huì)的北京慕成防火絕熱特種材料有限公司首席科學(xué)家賈緯民先生和副總經(jīng)理盧芳女士進(jìn)行了獨(dú)家采訪，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)特種防火涂料行業(yè)現(xiàn)狀和慕成的新產(chǎn)品研發(fā)有了進(jìn)一步地深入了解。

難得石墨烯，優(yōu)勢(shì)與困難并存

“之前，慕成水性涂料的市場(chǎng)認(rèn)可度較高，但在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，無(wú)溶劑環(huán)氧涂料成為了我們的主打產(chǎn)品。”盧芳女士介紹說(shuō)。

在慕成推出的無(wú)溶劑環(huán)氧系列產(chǎn)品中，有一類產(chǎn)品添加了一種新成分——石墨烯。它的加入，能令特種防火涂料的防火、防腐性能都得到進(jìn)一步的優(yōu)化，這類涂料也是慕成即將推出的新產(chǎn)品。

在防火性能上，一方面，石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)能在涂料中層層疊加，形成致密的物理隔絕層；另一方面，石墨烯可以與涂料中的樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)復(fù)合，形成致密保護(hù)膜，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)空氣的阻隔。

不僅如此，石墨烯涂層在高溫燃燒時(shí)會(huì)生成更加致密、連續(xù)的碳層，令阻隔作用更強(qiáng)。多重優(yōu)點(diǎn)的疊加，令涂料的阻燃性能大大提升。

作為用于石化企業(yè)的特種涂料，其防腐性能同樣重要。面對(duì)高強(qiáng)度的紫外線照射和高濃度的酸堿腐蝕，石墨烯良好的導(dǎo)電性能和片狀搭接阻隔性能，可以對(duì)氧氣和腐蝕介質(zhì)起到屏蔽作用，降低防腐涂層的滲透性，從而提高涂層的防腐性能。

石墨烯的優(yōu)越性早已顯而易見(jiàn)，它的“難得”也是眾所周知。

從石墨中剝離出石墨烯的方法出現(xiàn)于2004年。最初，科學(xué)家是用特制的膠帶將石墨薄片一層層剝離，最終得到僅有一層碳原子的石墨烯。后來(lái)又陸續(xù)出現(xiàn)了氧化還原法、取向附生法、碳化硅外延法、赫默法、化學(xué)氣相沉積法等等，但是，只有單層碳結(jié)構(gòu)的石墨烯活性極強(qiáng)，如何能得到大量且性質(zhì)穩(wěn)定的石墨烯，并普遍用于上萬(wàn)噸涂料的制作生產(chǎn)中，雖然有諸多涂料企業(yè)都在進(jìn)行深入研究，但目前在方法及設(shè)備上還沒(méi)有公認(rèn)的好方法。

立志突破，守得云開(kāi)見(jiàn)月明

曾專注于核能領(lǐng)域的華裔科學(xué)家賈緯民博士對(duì)石墨非常熟悉。大約6年前，他開(kāi)始專注于石墨烯材料的研究，3年前，他將對(duì)石墨烯的量產(chǎn)研究與涂料產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)。

“雖然國(guó)內(nèi)對(duì)石墨烯的研究熱情很高，但因?yàn)榛A(chǔ)研究非常薄弱，所以目前并沒(méi)有能夠進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化的階段。”對(duì)于國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀，賈博士了如指掌。

而談及當(dāng)初選擇北京慕成的初衷，賈博士的理由也很簡(jiǎn)單：“在我回國(guó)見(jiàn)到的諸多企業(yè)老板中，慕成（的老板）是最有使命感和責(zé)任感的一位。他堅(jiān)信，中國(guó)人一定能攻克這個(gè)難關(guān)，在特種涂料行業(yè)與外企一較高下。”

賈博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)外，成員大多是他之前的大學(xué)華裔同事，國(guó)內(nèi)則與天津大學(xué)合作，利用他們的設(shè)備進(jìn)行量測(cè)。

“我們的目標(biāo)很明確——如何將石墨烯運(yùn)用到能抵抗烴類火災(zāi)，同時(shí)具有防腐和抗靜電功能的PFP涂料中”。

傳統(tǒng)剝離石墨烯的方法有使用表面活性劑、分散劑、穩(wěn)定劑等，而賈博士所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在多年的研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了新的方法——利用石墨烯的磁致導(dǎo)向進(jìn)行剝離：石墨以磁性材料插層后剝離成石墨烯，并于以修飾其功能團(tuán)，均勻分散在環(huán)氧樹(shù)脂中。經(jīng)由外在磁場(chǎng)的操作，使已磁化的片狀石墨烯成垂直（磁致導(dǎo)向）于環(huán)境惡劣因子（水、濕氣……等）滲入向，大幅提升封閉、隔離的條件，進(jìn)而大幅增進(jìn)材料防腐防蝕能力。

但僅僅在實(shí)驗(yàn)室中剝離出分散均勻的石墨烯還不夠，要想用于涂料生產(chǎn)，還必須制造出能批量生產(chǎn)石墨烯的設(shè)備。

賈博士的團(tuán)隊(duì)所研發(fā)出的石墨烯超聲波制造生產(chǎn)線和微波制造生產(chǎn)線即能滿足連續(xù)生產(chǎn)的需求，其中，微波制造生產(chǎn)線每月能生產(chǎn)出一公噸的粉料。“只有運(yùn)用簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，才有可能達(dá)到量產(chǎn)的目的。”

利用這種剝離方法及設(shè)備，賈博士的團(tuán)隊(duì)對(duì)添加了少層石墨烯（＜5層）的無(wú)溶劑環(huán)氧涂料的性能進(jìn)行了一系列測(cè)試。

結(jié)果顯示：其導(dǎo)電率＜30Ω；抗壓、抗拉強(qiáng)度＞30％；細(xì)菌失活率＞90％；吸波性為7GHZ 6.5db/1mm。

當(dāng)問(wèn)到在研發(fā)過(guò)程中遇到的最困難的事時(shí)，賈博士的回答卻有點(diǎn)出乎意料——“（防火）測(cè)試是最難的”。

防火涂料測(cè)試 樣品準(zhǔn)備

*圖片來(lái)源于北京慕成

他有點(diǎn)無(wú)奈地說(shuō)：“首先，國(guó)內(nèi)的評(píng)估機(jī)構(gòu)是政府，申請(qǐng)測(cè)試需要等待很長(zhǎng)的時(shí)間。其次，因?yàn)槲覀冏龅氖钱a(chǎn)品，所以要進(jìn)行全尺寸測(cè)試。一件測(cè)試產(chǎn)品要涂好幾層，每涂完一層都要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，然后才能涂第二層，如此反復(fù)多次，而且每次測(cè)試都要準(zhǔn)備30余件產(chǎn)品。等一切全都備好后才能燒制、檢測(cè)、評(píng)估。這個(gè)等待的過(guò)程非常漫長(zhǎng)，但是別無(wú)他法。”

經(jīng)過(guò)防火測(cè)試，這種無(wú)溶劑環(huán)氧涂料的碳泡沫層厚度達(dá)到了6cm,12x,強(qiáng)度則達(dá)到了18N。事實(shí)證明，磁質(zhì)導(dǎo)向石墨烯的加入及取向，能夠極大提高涂料的碳泡沫強(qiáng)度和抗氧化能力。

對(duì)用于石化企業(yè)的特種涂料而言，這一新產(chǎn)品的防腐、防火和抗靜電性能都有了顯著提升。

首獲國(guó)家認(rèn)證，石墨烯涂料未來(lái)可期

雖然過(guò)程有諸多坎坷，但經(jīng)過(guò)多年不懈的努力，賈博士團(tuán)隊(duì)的研究成果讓添加了石墨烯的涂料規(guī)模化、質(zhì)量化生產(chǎn)成為可能，其無(wú)溶劑環(huán)氧涂料已順利通過(guò)GB14907-2018新標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，目前正在申請(qǐng)美國(guó)UL1709認(rèn)證；石墨烯的規(guī)模化、質(zhì)量化生產(chǎn)擬于今年10月正式投產(chǎn)。

談及未來(lái)，賈博士充滿信心。“我們（慕成）花費(fèi)了大量的時(shí)間、人力、物力對(duì)石墨烯進(jìn)行研究，目前已經(jīng)取得了初步的成果。將來(lái)，我們希望能與更多企業(yè)攜手合作，共同研究，將更多、更好的產(chǎn)品推向國(guó)際。”

來(lái)源：涂料工業(yè)