真空镀铝纸在化妆品包装应用
2018-12-28 14:46:50
化妆品的外包装在设计和选料上都十分考究。面对当今竞争日益激烈的市场,化妆品的包装必须求新求异,于是对新型包装材料的需求也呼之欲出。进入中国包装市场不久的新一代包装材料———真空镀铝纸兼具美观、高档及环保等诸多优点,从对防伪及美观要求极高的香烟包装开始,正被广泛运用于烟酒、食品、日化、百货、礼品等行业,将成为高档化妆品外盒包装选料的关注焦点。 真空镀铝纸具有金属光泽又易于印刷,能够最大限度地满足化妆品包装的首要要求———美观和时尚。化妆品的主要消费群体是女性,而对于美丽的追求是女性天生的特质,化妆品包装是否精美很大程度地影响着化妆品在女性心目中的地位以及她们对特定品牌的偏爱。真空镀铝纸印刷透明的多彩油墨,能透出高贵富丽的金属光泽,同时给人以一种心理暗示:用了这种化妆品后自己也能光彩照人。
其次,真空镀铝纸易于进行镭射全息处理,具有很好的防伪作用。可根据不同化妆品的需要在外包装上印上闪光的镭射LOGO或特定的漂亮图案,既美观新鲜又易于辨认,也使假冒伪劣产品望而却步。
最后,现代包装的一大问题也是包装业不断讨论探究的主题就是环保。真空镀铝包装材料是一种新型的复合型环保包装材料,它逐渐代替铝箔复合纸作为铝纸基材。它本身具有可回收、可在土壤中降解的绿色环保特性,并且节约金属资源,是一种有利于环境保护的绿色包装材料。
真空镀铝纸在一些发达国家已经作为一种环保型新材料,被广泛应用于多种产品的包装。来到中国以后,它的全面推广必将成为包装业发展的大趋势,以其优秀的性能和特质成为包装纸中的佼佼者。
湿法云母粉在涂料、橡塑、化妆品等领域的应用
2019-01-03 14:43:39
湿法云母粉的应用非常广泛,下面仅仅提及一些面广量大的领域和有特殊意义的领域,下文中“云母粉”一词,如无说明,均指“湿法云母粉”。1涂料
湿法云母粉微粒(晶片)直径与厚度的比例(径厚比)达到80-120倍,晶片厚度仅数十纳米至一百纳米左右。这样的产品具有高度的遮盖率和紫外吸收功能,在漆膜中能形成高效的阻隔作用,使腐蚀性物质在漆膜中扩散、渗透和迁移的变得极其迂回曲折(屏蔽和迷宫效应),穿透漆膜的时间延长到3倍,从而极大地提高防腐涂料的性能。涂料一般比较关心填料的粒度,有时还考虑白度。
1)阻隔作用
片状填料在漆膜内形成基本平行的取向排列,水和其它腐蚀性物质对漆膜的渗透受到强烈阻隔,在使用优质云母粉的情况下(晶片的径厚比至少50倍,最好70倍以上),水和其它腐蚀性物质穿透漆膜的穿透时间一般延长3倍。由于云母粉填料比特种树脂廉价得多,所以具有非常高的技术价值和经济价值。
总之,使用优质云母粉是提高防腐涂料和外墙涂料等的品质和性能的重要手段。在涂装过程中,云母晶片在漆膜固化前受到表面张力的作用而躺下,自动形成互相平行、而且与漆膜表面也平行的结构。这样的层层排列,其取向正好与腐蚀性物质穿透漆膜的方向相垂直,阻隔作用的发挥最为充分。问题是云母粉的片状结构必须完美,国外工业企业的内定标准是其径厚比至少应当达到50倍,最好在70倍以上,否则效果就不理想,因为晶片越薄,单位填料用量所形成的有效阻隔面积也就越大,相反,晶片太厚的话,就无法形成多少阻隔层,而颗粒装的填料则根本没有这种作用。还有,如果云母晶片有穿孔、撕裂,也会严重影响这种阻隔作用(腐蚀性物质容易漏过去)。云母粉晶片越薄,单位填料量形成的阻隔面积越大,粒度适中(不宜追求过分细),效果就越好。
许多专利文献提及可使用云母粉、滑石粉、高岭土等许多填料,用量的范围也拉得很大(如2-90%),这无非是为了扩大专利权的覆盖范围,并掩盖技术秘密和技术诀窍。滑石粉、高岭土等的径厚比仅仅2-6倍,即使是干法云母粉,其径厚比也只有10倍左右,远远达不到50倍或70倍的要求,没有工业应用价值。真正有工业意义的片状填料,实际上就是湿法云母粉。
2)改善漆膜的物理机械性能
使用湿法云母粉可以改善漆膜的一系列物理机械性能。其中的关键是填料的形态学特征,即片状填料的径厚比和纤维状填料的长径比,颗粒装填料如同混凝土中的沙石,起到钢筋的增强作用。
3)提高漆膜的抗磨性能
树脂本身的硬度都有限,而不少填料的强度也不高(如滑石粉)。相反,云母是花岗岩的成分之一,其硬度和机械强度很大。所以,涂料中加入云母粉作填料,其抗磨性能可明显提高。车用涂料、路面涂料、机械防腐涂料、墙面涂料等偏爱使用云母粉,即是此理。
4)绝缘性能
云母具有极高的电阻(1012-15欧姆·cm),本身就是最优异的绝缘材料。用云母粉来提高漆膜的绝缘性能是广为人知的技术,故不予多说。很令人感兴趣的是,它与有机硅树脂或有机硅硼树脂的复配物,遇到高温时转化为机械强度和绝缘性能良好的陶瓷性物质,因此用这类绝缘材料制成的电线、电缆,即使在火灾中烧毁之后,仍然保持原有的绝缘状态。这对于矿井、隧道、特殊建筑物、特殊设施等,是非常重要的。
5)阻燃
云母粉是很有价值的阻燃填料,如果配合有机卤阻燃剂,可制得阻燃性和防火性涂料。
6)抗紫外、红外线性能
云母具有优异的屏蔽紫外线和红外线等的性能。所以在户外用涂料中添加湿法云母粉,就可以大幅度提高漆膜的抗紫外线性能,延缓漆膜的老化。它的屏蔽红外线的性能被用于配制保温、隔热材料(如涂料)。
7)减少沉降
湿法云母粉的悬浮性能非常优异,极薄的微小晶片能长久地悬浮于介质中而不会沉降分层。所以,用云母粉代替容易沉降的填料时,涂料的储存稳定性明显上升。
8)热辐射和高温涂料
云母有良好的红外辐射能力,如与氧化铁等配合,可以造成优异的热辐射效果。最典型的例子就是在航天器涂料中的应用(使向阳面的温度降低数十度)。许多加热原件的涂装,以及高温设施的涂装,都需要用含有云母粉的特种涂料。这类涂料可以在极高温度下工作,如1000℃左右,此时钢材已经红热,但是涂料安然无恙。
9)光泽作用
云母有良好的珠光性光泽,因此,使用大粒径薄片状云母粉产品时,可赋予材料如涂料以光泽、闪光或反光。相反,极细微的云母粉可在材料内造成反复的相互反射的作用,从而产生消光效应,因此使用小粒径云母粉产品时产生消光作用。
10)隔音减震作用
云母能显著改变材料的一系列物理模量,形成或改变材料的粘弹性。这类材料高效率地吸收振动能量、削弱震动波和声波。另外,震动波和声波在云母晶片之间形成反复反射,也造成削弱其能量的作用。故湿法云母粉也被用来配制消声、隔音、减振涂料。
2 橡胶
1)改善橡胶的气密性
橡胶的气密性对于许多橡胶制品来说是首要性能,如内胎、球胆以及许多救生用品等等。要提高橡胶的气密性,除了加工工艺和涂施工艺外,主要取决于橡胶本身及其填料的性质。橡胶的致密性越好,制品的抗通透性也越好。当然这类胶种价格不菲,这里有成本问题,因此使用功能性填料湿法云母粉,代价低而效果好,其意义就尤其重要。正因为如此,在石油成为全球经济发展的重要制约因素的时候,例如从上世纪70年代石油危机以来,固特异、住友橡胶、普利斯通、斯珀汀等等著名公司就致力研究云母粉的应用。
湿法云母粉的阻隔作用使有害物质难以进入材料,进入后又难以扩散、迁移、穿透。原理与涂料相似,即平行取向的云母粉晶片阻隔气体的穿过(穿透时间延长3倍),这对轮胎的内胎、球类的内胆和许多救生器材来说是非常重要的。在规格上并不苛求细、白,但要求片状结构完美。
总之,在橡胶内加入湿法云母粉以后,气密性将大幅度提高。
2)改善橡胶的物理机械性能
橡胶加入大径厚比填料(湿法云母粉),其抗冲击性、机械强度、形态稳定性等都有明显改善。湿法云母粉还可以改变橡胶的摩擦特点,不同的用法作用不同,如提高摩擦系数,或改善润滑性能(如雨刮器)。
加入大径厚比填料后,橡胶的弹性模量等物理性质则有很大改善,这对于橡胶等材料来说,是非常重要的。
3)绝缘性能
云母具有极高的电阻,用云母粉来提高材料的绝缘性能是广为人知的。橡胶的用途之一是用作电线电缆的绝缘材料,湿法云母粉的使用是重要手段。需要提及的是矿道、隧道以及类似场合下使用的电缆,这类电缆需要在火警情况下保持绝缘状态。国外已经开发一类特殊的绝缘材料,它们由硅橡胶(包括有机硼树脂)和云母粉等组成。这类绝缘材料在火警的高温下转化成陶瓷样物质,保留良好的绝缘性能和机械强度,可使电缆在火警情况下保持绝缘。另须提及的是含铁量会降低云母的绝缘性能,绝缘材料一般不宜使用干法云母粉。
4)减振隔音作用
不少隔音减振材料使用橡胶,以改变材料的粘弹性等物理性状,形成理想效果。大径厚比湿法云母粉能改变材料的一系列物理模量。再则,晶片间的能量(如震动波、声波)反射,也吸收和削弱这些能量。据此,车辆和家电使用的“减振片”多配入云母粉。同理,许多其它减振隔音材料也使用湿法云母粉。
5)橡胶模压硫化中的脱模剂
许多情况下橡胶的模压硫化不使用金属模具或类似模具,此时脱模剂的性能直接影响到生产。例如轮胎的模压硫化使用气囊,如不使用高性能脱模剂,势必发生制品和模具的粘连,既损害模具,也会造成大量次品,对生产的危害很大。
这类脱模剂常使用润滑油脂、有机硅、有机氟等材料。由于固体润滑剂在其中起到不可或缺的作用,所以现代的这类脱模剂一般都加入云母粉。湿法云母粉具有完美的片状晶形,晶片极薄,对模具表面的遮盖能力和隔离能力极高。而且湿法云母粉的晶片表面及其光滑,能有效地防止材料之间的粘连。湿法云母粉的纯度高,造成橡胶与模具粘结的有害杂质含量极低,非常适用。杂质如石英、长石和其它矿物的微粉,它们无片状结构,且表面毛糙,是造成脱模困难的重要原因之一。干法云母粉造成脱模困难的另一原因是云母微粒本身表面非常毛糙,造成粘连。加入湿法云母粉以后,还在橡胶与模具之间形成排出气体的通道,防止气体在该间隙内的滞留,从而改善制品的外观性状。
同理,湿法云母粉也是高档润滑油(极压级润滑油)的关键组分。湿法云母粉可抑制橡胶助剂在橡胶内的迁移。
湿法云母粉在橡胶中的应用远不止于此。充分利用湿法云母粉的独特性能,可开发出许多很有价值的新型橡胶制品来,形成许多有价值的应用技术。
3 树脂与塑料
1)改变塑料的光学特性
云母晶片具有反射、辐射红外线和吸收、屏蔽紫外线等功能。如在农膜中加入优质的湿法云母粉,云母微晶片反射红外辐射,可使光能在穿过农膜后就难以因热辐射(即红外辐射)而逃逸,提高暖棚、地膜等的保温效果。在这一应用中,云母粉的纯度和片状结构特别重要。杂质会降低云母粉的增强效果,影响透明度,并使雾度大幅度上升,使得进入暖棚的光线减少。同时,片状结构差的话,阻隔红外辐射的效果也就较差。香港李氏集团甘肃格兰化工科技有限公司采用湿法云母粉制造农膜,透明度仅降低2个百分点。
药品、化妆品、食品等产品需要屏蔽光辐射,特别是紫外辐射,以改善产品的储存性能。它们的塑料包装材料中可加入片状结构完美的湿法云母粉,以屏蔽光辐射,特别是紫外辐射。
大粒径云母粉填料能提高材料的光泽(珠光效应),细微的云母粉起消光作用。
2)改善塑料的气密性
湿法云母粉具有优异的薄片状晶形,微晶厚度以纳米计,径厚比高达80~120倍,有效阻隔面积很大。在塑料内加入湿法高纯优质云母粉以后,气密性将大幅度提高。这样的塑料,据专利文献称,可以用来制造可乐瓶、啤酒瓶、药物包装瓶、防潮包装材料以及许多类似的特种塑料包装材料。
3)改善塑料的物理机械性能
片状和纤维状填料可分散材料所受到的应力,其机制与混凝土中的钢筋相似。众多增强材料(塑料、橡胶、树脂等)使用各向异性材料,其原理是相同的。最典型的应用就是碳纤维,但是碳纤维十分昂贵,加上色泽限制,应用有困难。石棉致癌,其应用被严格限制。超细玻纤(如直径1微米,或纳米级)的制造有许多困难,价格也颇高。颗粒状填料包括在干法云母粉中大量存在的石英微粉、高岭土微粉等,如同混凝土中沙石,没有这种作用。只有在加入大径厚比填料(如湿法云母粉)以后,塑料和树脂的拉伸强度、抗冲击强度、弹性模量、其它机械性能、形态稳定性(如抗热扭变性和抗疲劳蠕变性)和抗磨性能等都有明显改善。材料学上对此研究颇多,其关键之一是填料的外形比。
塑料(如树脂)本身的硬度都有限。不少填料(如滑石粉)的机械强度也很低。相反,云母是花岗岩的成分之一,其硬度和机械强度很大。所以塑料中加入云母粉作填料,增强效果特别明显,高径厚比是高纯云母粉增强的关键。
云母粉的偶联处理对于上述应用有极大的作用,它大幅度提高材料在化学意义上的整体性,从而使材料的性能得以极大地提高。正确的偶联处理也是云母粉增强的关键。
改变树脂的结晶行为也是云母粉增强的机制之一。
使用优质云母粉可使制品制作得更加轻薄。这一技术在塑料工业上可有非常广泛的应用,如制造高强度制品,包括机械和车辆的塑料零件、土工材料、家电外壳、包装材料、生活用塑料制品、薄膜、裂丝和绳索等等。
4)改善塑料制品的绝缘性能
云母具有极高的电阻,本身是高性能绝缘材料。用云母粉来提高材料的绝缘性能是广为人知的技术。如需制造高绝缘性塑料制品,可考虑加入功能性填料湿法云母粉。如上所述,含铁量高的云母的绝缘性能较低,应避免使用。干法云母粉没有洗矿,含铁量一般都较高,不宜使用这类云母粉。
湿法云母粉在塑料中的应用远不止于此。充分利用湿法云母粉的独特性能,可开发出许多很有价值的新型塑料制品来,形成许多有价值的应用技术。例如在塑料中加入云母粉可提高印刷性能和复合粘结性能;在表面沉淀SnO2或镀金属后云母粉具有导电性,可用于制造抗静电产品和导电塑料;涂复TiO2以后是珠光颜料,其应用非常之多;着色后是性能优异的颜料;云母还能改善制品的润滑性能。
4 模具
在型砂模具表面涂复含云母粉的配方(包括使用含云母粉的洗模剂),可封闭模具表面的微孔,改善脱模性能,提高制品的表面光洁度。
5 润滑剂
例如用于金属压延中。金属压延的压力很高,如果单用液态润滑剂,受力点上的润滑剂可能完全被挤干,出现“干摩擦”状态,这非常有害(模具磨损、制品表面毛糙、电耗上升等)。加入固体润滑剂是有效的解决方法。极压(extreme-pressure)润滑剂也常常使用固体润滑剂,以防止出现干磨状态(干磨可造成轴承红热、烧结,后果不可设想)。这类云母粉对晶片的表面光洁度和纯度要求很高,如含石英砂等杂质,则反而加速磨损。
6 化妆品
云母为天然矿产品,具有极高的化学稳定性,属完全惰性物质,故安全、无毒、无害,适合化妆品的要求。云母晶片有强烈珠光光泽,特别是当粒径合适时,可用于代替或部分代替价格昂贵的珠光颜料,增强化妆品的光泽效果。水分无法穿透云母晶片,用于保湿制品时可抑制皮肤水份的蒸发。
云母晶片能屏蔽紫外线和红外线,所以是优良的化妆品抗紫外剂。由于它是纯天然的,无毒无害,具有人工合成的有机抗紫外剂所不具备的优势。由于晶片极薄,覆盖能力极强,故仅需少量该些产品,即可皮肤表面形成一层肉眼看不见的抗紫外线保护剂、增亮剂。
云母微粒晶片极薄,厚度通常仅有数十纳米,晶片直径与厚度的比率(径厚比)高达80-120倍,遮盖力极强。
7 特种粉体
云母粉如表面涂复导电性物质(金属、金属氧化物),则生成导电性粉末,用于制造导电性和抗静电性高分子材料。如涂复磷酸锌,则是涂料抗腐蚀填料。
没有这些粉体原料,再好的化妆品也将黯然失色
2019-03-07 11:06:31
化装品是以天然、组成或许提取的各种效果不同物质做为质料,经加热、搅搅拌乳化等出产程序加工而成的化学混合物质。化装品的质料种类繁复,功用各异。一、化装品质料简介
化装品是以天然、组成或许提取的各种效果不同物质做为质料,经加热、搅搅拌乳化等出产程序加工而成的化学混合物质。化装品的质料种类繁复,功用各异。依据化装品的质料功用和用处,大体上可分为基质质料和辅佐质料两大类。前者是化装品的一类主体质料,在化装品配方中占有较大份额,是化装品中起到首要功用效果的物质。后者则是对化装品的成形、安稳或赋予色、香以及其它特性起效果,这些物质在化装品配方中用量不大,但却极端重要。不同的质料有着不同的性质及用处,凭仗这些质料结构及功用的差异能够出产出不同的品牌层次的化装品质料。
化装品通用基质质料包含:1、油性质料,是化装品运用最广的质料,在护肤产品中起维护、潮湿和柔软皮肤效果,在发用产品中起定型、美发效果;2、表面活性剂,能下降水的表面张力,具有去污、潮湿、涣散、发泡、乳化、增稠等功用,被誉为工业味精;3、保湿剂、是膏霜类化装品必不可少的质料,其效果是避免膏体干裂,坚持皮肤水分;4、粘结剂,首要用于发胶、摩丝及胶状面膜;5、粉料,首要用于制作香粉类产品;6、颜料、染料,首要用于制作美容润饰类产品;7、防腐剂、抗氧剂,在化装品保质期内和顾客运用过程中按捺微生物成长;8、香料,添加化装品香味,进步产品身价;9、其他质料,包含紫外线吸收剂、用于染黑发的染料中间体、烫发质料、抑汗剂、祛臭剂、防皮肤干裂的质料、防粉刺质料等。
常见的天然添加剂有水解明胶、透明质酸、超氧化歧化酶(SOD)、蜂王浆、丝素、水貂油、珍珠、芦荟、麦饭石、有机锗、花粉、褐澡酸、沙棘、中草药等。下面就运用最为广泛的一种打开介绍:
二、化装品质料选用规矩
尽管说化装品质料种类极端广泛,但详细出产制作过程中选用化装品质料时应留意以下几点:
1、广泛性
前面说过,质料越来越多,应该说但凡对人体皮肤、毛发、指甲等外部器官有清洁、维护、滋补、医治和美化效果的物质都能够被选用。
2、有用性
选用的质料应该在化装品中发挥的确有用的效果。
3、针对性
化装品的种类许多,应依据化装品终究体现的效果有针对性地挑选质料。
4、配伍性
化装品自身是一个杂乱的多元系统,它要求质料在复配系统中有杰出的配伍性质,然后保证系统物理化学系统性质安稳。
5、质料的安全性
应考虑质料对人体是否具有损伤。
6、质料的特殊性
部分化装品具有特殊的功用和效果,他们是通过参加有特殊成效的质料而完成的,这就需求依据特殊的效果去挑选。
7、质料的时效性
化装品既是日常生活必需品,也是顺应年代潮流的消费品。要求化装品质料也要不断地移风易俗,质料的挑选也要有年代的特征、潮流的特征和高科技的含量。
三、粉体质料在化装品中的运用
众所周知粉质质料在化装品中有着广泛的运用,首要运用于粉末状化装品,爽身粉、香粉、粉饼、唇膏、胭脂以及眼影等质料。在化装品中首要起到隐瞒、滑爽、附着、吸收、延展效果;常用在化装品中的质料有无机粉质质料、有机粉质质料以及其它粉质质料。这些质料一般均含有对皮肤有毒性效果的重金属,运用时,重金属含量不得超越国家化装品卫生规范规则的含量。
近年来,跟着化装品工业的不断开展,表面处理过的粉体在化装品中得到了越来越广泛的拓宽。通过各种表面处理剂及化学物理办法在粉体表面进行表面化学反应及表面化学包覆,可改进粉末涣散功用以及耐光、耐温、耐候、耐化学品等许多功用。不同的表面处理剂和处理方式使得粉体具有不同的特性,每一个表面处理剂都有其共同的性质,了解及挑选经正确处理后的质料关于开发新的化装品来说是很必要的,因而配方师能够依据配方的需求开发各种特色明显的产品。
化装品中常用的粉体包含滑石粉、高岭土、云母粉、碳酸钙、钛、氧化锌、二氧化硅、氧化铁颜料、色淀、尼龙粉等。以下是部分简介:
(1)滑石粉
为天然硅酸盐,首要成分为含水硅酸镁。特性为色白、滑爽、柔软,对皮肤不发生任何化学反应,首要用作爽身粉、香粉、粉饼、胭脂等各种粉类的化装品的重要质料。
(2)高岭土
高岭土又名白陶土,首要成分为含水硅酸铝,为白色或淡黄色细粉,对皮肤的黏附功用好,有按捺皮脂及吸汗的功用,在化装品中与滑石粉合作运用,有缓解消除滑石粉光泽的效果,首要用作粉条、眼影、爽身粉、香粉、粉饼、胭脂等各种粉类的化装品的重要质料。
(3)钛
为无臭、无味、白色、无定形微粒细粉末,具有较强的隐瞒力,对紫外线透过率较低,因而,运用于防晒化装品中,也用于粉条、眼影、爽身粉、香粉、粉饼、胭脂等各种粉类的化装品的重要隐瞒剂。
(4)云母粉
浅灰色鳞片状的结晶粉末。因为其分子结构特性,使其有很强的附贴性和适度的光泽感及柔润感,通过特殊加工,可制成组成云母,进步白色度一起改进妆面的亮度和耐久性。
(5)二氧化硅粉
有天然及组成两种,天然结晶产品也称石英,人工组成产品多为非晶质结构。现在市场上运用的以人工组制品为主,有较强的增滑性和吸油性,用于各种粉类产品,也可作为膏霜产品中的增粘剂和安稳剂。
四、总结 :
普通的粉质能够做到很细但极简略聚结,添加配伍的难度,制品体现差,不防水防汗,易落妆,亲油性差,简略面现油光,妆容不耐久,厚重不天然。表面处理技能为化装品粉料带来了改造性的改进。
如今的化装者对化装艺术的要求越来越高,除了对隐瞒性、颜色性的简略要求外,天然、透气、耐久、安全、润泽、芳香、养分、闪亮、肤感等各方面的呼声嘹亮,表面处理过的化装品粉体将会得到越来越广泛的运用。近年来,表面处理技能取得了日新月异的开展,抗水、抗油才能、丝质般肤感、配伍时优异的涣散性、柔软肤感、粉料的可高参加量、质料的化学及物理安稳性、改进与活性成份的高兼容性等都能够从硅、硅氧烷、烷基硅、钛酸酯、肉豆蔻酸镁、卵磷脂、全氟磷酸酯等类对粉料进行表面处理得到。我国化装品表面处理技能方面与日美等发达国家比较还有很大距离。
为何石墨软石墨烯“硬”
2019-01-04 15:47:49
导读
为什么石墨那么软,而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说,其实这里涉及两个不同的概念,一个是强度,这是力学概念,一个是硬度,属于物理概念。
石墨烯的“硬”,是指强度高,衡量强度的指标是杨氏模量,根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高,可达1T帕(压强单位),是材料里最高的,所以石墨烯是硬物质,可以说是很硬。相应的像橡胶这些,模量只有几千帕,就是软物质,很软。材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念,这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说,石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好,就是它抗断裂的能力很强,这也和它的韧性很好有关系,因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。
再说石墨的软,这是物理概念,指的是硬度。硬度的衡量,是用一种材料去破坏另一种材料,被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力,非常弱,只要用固体去划它,都能把它的片层错开,所以石墨很容易被破坏,就是说石墨很软。
为何石墨软,石墨烯“硬”?
2019-01-03 09:37:04
为什么石墨那么软,而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说,其实这里涉及两个不同的概念,一个是强度,这是力学概念,一个是硬度,属于物理概念。
石墨烯的“硬”,是指强度高,衡量强度的指标是杨氏模量,根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高,可达1T帕(压强单位),是材料里最高的,所以石墨烯是硬物质,可以说是很硬。相应的像橡胶这些,模量只有几千帕,就是软物质,很软。
材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念,这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说,石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好,就是它抗断裂的能力很强,这也和它的韧性很好有关系,因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。
再说石墨的软,这是物理概念,指的是硬度。硬度的衡量,是用一种材料去破坏另一种材料,被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力,非常弱,只要用固体去划它,都能把它的片层错开,所以石墨很容易被破坏,就是说石墨很软。
漫画简介石墨烯!
2019-03-08 09:05:26
石墨烯被称为“黑金”,又被称为“新材料之王”,是现在发现的最薄、强度最大、导电导热功能最强的一种新式纳米材料,极有或许掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革新。
石墨烯的制备上,多晶薄膜有望未来1-2年内完成产业化使用,单晶石墨烯工业组成办法仍未找到,因而间隔产业化还很悠远。低成本的使用氧化还原法出产石墨烯粉体,一起可以使用CVD法出产出层数可控、大面积的石墨烯薄膜是未来研究要点,也是推进职业开展的要害点。而在使用层面,未来被看好的范畴是锂离子电池、柔性显现、太阳能电池和超级电容器。
石墨烯真神奇
2019-03-07 10:03:00
近两年石墨烯的可控低成本制备技能已获得了打破性开展,有望在不久的将来构成石墨烯工业。
日前,在深圳举行的第十九届我国世界高新技能效果交易会上,石墨烯作为独具特色的新材料再次引起人们的重视,成为这个国内最大规划、最具影响力的科技展会上一个耀眼的“明星”。石墨烯到底有哪些奇特之处,能为人们带来什么惊喜?记者采访了相关专家。
人类正行进在以硅为首要物质载体的信息年代,下一个量子年代,石墨烯很或许锋芒毕露
和金刚石相同,石墨是碳元素的一种存在方式。风趣的是,因为原子结构不同,金刚石是地球上自然界最坚固的东西,石墨则成了最软的矿藏之一,常做成石墨棒和铅笔芯。
科学家介绍说,石墨烯是从石墨材料中剥离出来,只由一层碳原子构成、按蜂窝状六边形摆放的平面晶体。浅显地讲,石墨烯就是单层石墨。一块厚1毫米的石墨大约包括300万层石墨烯;铅笔在纸上悄悄划过,留下的痕迹就或许是好多层石墨烯。
这种只要一个原子厚度的二维材料,一向被以为是假定性的结构,无法独自安稳存在。直至2004年,两位英国科学家成功地从石墨中别离出石墨烯,证明了其可以独自存在,并因而一起获得2010年诺贝尔物理学奖。
据我国电科55所所长、微波毫米波单片集成和模块电路要点试验室主任高涛博士介绍,石墨烯共同的结构让它具有更导电、更传热、更坚固、更透光等优异的电学、热学、力学、光学等方面的功能。轻浮、强韧、导电、导热……石墨烯这些特性赋予人们许多幻想空间。
石墨烯的特色首先是薄,可谓现在世界上最薄的材料,只要一个原子那么厚,约0.3纳米,是一张A4纸厚度的十万分之一、一根头发丝的五十万分之一。与此一起,石墨烯比金刚石更硬,透光率高达97.7%,是世界上最坚固又最薄的纳米材料。
一起,它又能导电。石墨烯的电子运转速度达1000千米/秒,是光速的1/300,十分合适制造下一代超高频电子器材。石墨烯仍是传导热量的高手,比最能导热的银还要强10倍。
石墨烯的特性,也体现得很“好玩”。比方当一滴水在石墨烯表面翻滚时,石墨烯能敏锐地“察觉”到纤细的运动,并发生继续的电流。这种特性给科学家供给了一种新思路——从水的活动中获取电能。比方,在雨天可以用涂有石墨烯的雨伞进行发电,或许可以做成活络的传感器材等。
“人类阅历了石器、陶器、铜器、铁器年代,正行进在以硅为首要物质载体的信息年代;而下一个量子年代哪种材料将锋芒毕露呢?很或许是石墨烯。”浙江大学高分子科学与工程学系教授高明说。
未来电动轿车运用石墨烯电池,花两三分钟就或许把电充溢
因为石墨烯的奇特功能,加上制备简洁、研讨视角多维,其运用潜力巨大、适用职业广大,成为抢眼的材料“新星”一点不古怪。石墨烯从发现到现在仅10余年的时刻,已获得了许多令人震慑的研讨效果,称得上是人类历史上从发现到运用最快的材料。
高明说,从材料化学视点看,石墨烯会带来资源、环境、化工、材料、动力、传感、交通机械、光电信息、健康智能、航空航天等范畴的改动或革新。我国石墨矿储量丰厚,约占全世界的75%,其高效开发将引起碳资源及我国大资源战略的新定位、新考虑、新规划。
石墨烯的工业化出产则将促进化工、机械、智造、自控等职业的技能前进。石墨烯的增加可以发生多功能复合材料,用来制造高功能电池、电容器。石墨烯传感器可以在生物检测、光电勘探方面大显神通,石墨烯及其它二维材料的异质叠合材料可制造高功能晶体管。
可以说,石墨烯技能将对咱们的吃、穿、住、行、用、玩都发生影响。石墨烯复合膜阻氧阻水功能好,可前进食物保质期;石墨烯纤维可制成发热服饰和医疗保健用品;石墨烯电热膜电热转化效率高,可逐渐替代暖气供热;石墨烯系列材料可用于轿车、火车等交通工具,石墨烯导热膜可用于手机高效散热……
石墨烯另一个被寄予厚望的运用范畴是电能贮存。它的优势在于充电速度快,并且可以重复运用几万次。但现在石墨烯存储的电量不如电池多,还无法存储足够多的电能。未来,跟着充电设备的日益完善和相关技能的前进,电动轿车运用石墨烯电池,花两三分钟就或许把电充溢。
我国电科55所微波毫米波单片集成和模块电路要点试验室副主任孔月婵博士介绍说,石墨烯的电子运转速度是硅的十倍,由石墨烯制造的高频器材理论上作业频率可以到达硅的十倍乃至上百倍。石墨烯引发的技能很或许从人们常见的小小芯片开端。
此外,科研人员已完结柔性衬底晶体管的研发,正在测验柔性通讯电路的研发。未来不管是可以折叠的显现屏幕,仍是可以植入人体的可穿戴设备,都或许靠这样的石墨烯器材来完成。
高涛以为,即便在试验室条件下,石墨烯的奇特功能仍然没有彻底释放出来。因为技能层面还存在着不少应战,真实大面积运用还有很长的路要走。但经过加强需求和研讨的结合,不断在石墨烯材料的制备和器材研发方面获得重要打破,发明更多更新更具颠覆性的运用,石墨烯这种新一代战略性新式材料将会极大改动人们的生发日子。
国内石墨烯研讨与国外底子同步,有望在不久的将来构成石墨烯工业
石墨烯一向是世界上的研讨热门,并在不断升温。近几年来,全球石墨烯相关的论文和发明专利简直呈指数式增加,不只各类优异的物理化学功能被猜测、证明,并且由此生宣布许多详细的研讨方向。
据了解,许多国家正在抢夺石墨烯技能的制高点。欧盟石墨烯旗舰方案以石墨烯传感为首要研讨方向,美国正在测验使用石墨烯完成通讯的柔性化并获得了明显的效果,韩国继续支撑石墨烯柔性显现的研讨并制备出了演示产品。
高涛说,整体来讲,世界上石墨烯各项优异功能正逐渐从试验室研讨向产品运用过渡,一起一些潜在的功能或运用还在不断被开掘。但这个工程化是一个长时间而困难的进程,给我国完成赶超世界水平、占据技能制高点带来了绝好的机会。
高明以为,现在国内石墨烯研讨与国外底子同步,一些方面有原创和引领性效果。国内研讨侧重化学和材料,国外更偏机理和器材。国内石墨烯的研讨在理论研讨方面可说是已完成与世界先进水平“并跑”,论文、专利不管数量仍是质量都具有很强的世界竞争力。到2016年3月,我国石墨烯的专利总数占全世界的56%。与此一起,国家赞助了很多有关石墨烯的基础研讨项目,开始构成了政府、科研机构和厂商协同立异的产学研协作对接机制。
例如,清华大学开宣布米级石墨烯单晶薄膜的快速制备技能;我国电科55所研宣布了世界上最快的柔性石墨烯晶体管;浙江大学纳米高分子团队则经过近十年研讨,开宣布了石墨烯纤维、石墨烯接连拼装膜、石墨烯超轻气凝胶及石墨烯无纺布等。
受访专家指出,各个方向不断呈现令人惊喜的研讨效果,让人们对石墨烯的未来充溢等待。但整体来讲,石墨烯技能成熟度还比较低。关于石墨烯的开展,其限制要素或许说难点,首要在材料制备技能、全新规划理念和二维控制技能等方面。其间,高品质、大批量的石墨烯质料问题暂时没有底子处理,还需要进行很多技能攻关。有些技能如单层氧化石墨烯、石墨烯单晶等在试验室制备成功了,但完成工程化、接连性、低成本、高效安稳制备还有较长的路要走。只要真实高品质的石墨烯量产了,颠覆性运用才会呈现。
不过科学家们也比较达观,近两年石墨烯的可控低成本制备技能已获得了打破性开展,有望在不久的将来构成石墨烯工业。
纳米技术与纳米材料:防晒化妆品中的纳米二氧化钛
2019-01-03 10:44:18
由太阳辐射出来的光线中,存在有大约5%的波长≤400 nm 的紫外线 。太阳光中的紫外线 , 按其波长可以分为:波长为320 nm~400 nm的长波紫外线,称为A型紫外线 (UVA);波长为 290 nm~320 nm 的中波紫外线, 称为B型紫外线 (UVB)以及波长为200 nm~290 nm的短波紫外线, 称为C型紫外线。
由于紫外线波长很短, 能量颇高,它的破坏力很大, 长时间照射到身体上会损害人的皮肤, 造成炎症或晒伤, 严重的会产生皮肤癌 。中波紫外线UVB是引起皮肤发生炎症和晒伤的主要因素。
1、纳米TiO2屏蔽的原理
TiO2是一种N型半导体 ,用于防晒化妆品中的纳米TiO2晶型一般为金红石型 , 它的禁带宽度为3.0 eV,当波长小于400nm 的紫外线照射 TiO2时,价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上,同时产生电子 -空穴对,因此 TiO2 具有吸收紫外线的功能。由于纳米 TiO2粒径小,粒小数众多,这样阻挡或截获紫外线的几率就大大增加。
2、防晒化妆品中纳米TiO2的特点
2.1、紫外线屏蔽效率高
防晒化妆品的紫外线屏蔽能力用日光防护系数(SPF 值)来表示,该值越大,防晒效果越好。涂有防晒产品的皮肤(PS)产生最低可测红斑所需的能量与未使用防晒产品的皮肤产生相同程度红斑所需能量之比。
由于纳米 TiO2既吸收紫外线又散射紫外线, 因此国内外均把其作为最理想的物理防晒剂,通常情况下纳米TiO2屏蔽 UVB 的能力为纳米 ZnO 的3倍~4倍。
2.2、适宜的粒径范围
纳米TiO2 屏蔽紫外线是由其吸收能力和散射能力共同决定的,纳米TiO2的原始粒径越小吸收紫外线能力越强。根据Rayleigh光散射定律,纳米TiO2对不同波长紫外线的最大散射能力则存在一最佳原始粒径。实验也表明,紫外线的波长越长,纳米 TiO 2对它的屏蔽性越取决于对它的散射能力;波长越短,对它的屏蔽性越取决于对它的吸收能力。
2.3、优异分散性和透明性
纳米TiO2原始粒径在100 nm 以下,远小于可见光的波长,理论上纳米TiO2在完全分散的情况下可以透过可见光,因此是透明的。由于纳米TiO2的透明性,其加入防晒化妆品中不会对皮肤产生遮盖作用。因此,可以显现自然的肌肤美,透明性是防晒化妆品中纳米TiO2的重要指标之一。事实上,纳米TiO2在防晒化妆品中是呈透明性但并非完全透明,这是因为纳米TiO 2 的粒子小、比表面积大、表面能极高,很容易形成团聚体,从而影响产品的分散性和透明性 。
2.4、良好的耐候性
防晒化妆品用的纳米TiO2要求具有一定的耐候性(特别是耐光性),因为纳米TiO2的粒子小、活性大,吸收了紫外线后会产生电子-空穴对,部分电子-空穴对会迁移到表面导致纳米 TiO 2 表面吸附的水产生原子氧和氢氧自由基,氢氧自由基具有很强的氧化能力,会使产品变色和因香料分解而发生异味 。因此, 必须在纳米TiO2 表面包一层或多层透明的氧化硅、氧化铝和氧化锆等隔离层以抑制其光化学活性。
3、纳米TiO2的种类和发展趋势
3.1、纳米TiO2粉体
这种纳米TiO2产品以固体粉末的形式出售,根据纳米TiO2的表面性质可分为亲水性粉体和亲油性粉体。亲水性粉体用于水性化妆品中,亲油性粉体用于油性化妆品中。亲水性粉体一般通过无机表面处理得到。这些国外纳米TiO2粉体大都根据其应用领域而经过专门的表面处理。
3.2、肤色纳米TiO2
由于纳米TiO2粒子细 、易散射可见光中波长较短的蓝色光,当加入防晒化妆品中会使皮肤呈蓝色调,看上去不健康。为了配成皮肤色,早期往往要向化妆品配方中加入氧化铁一类红色颜料 。但由于纳米TiO2与氧化铁在密度上和与基料之间的润湿性上的差异,往往会发生浮色。
4、我国纳米TiO2生产状况
我国纳米TiO2的小试研究非常活跃, 理论研究水平已达世界先进水平, 但应用研究和工程化研究相对落后,许多研究成果无法转化为工业化产品。我国的纳米TiO2 的工业化生产始于 1997 年,比日本晚 10多年。
制约我国纳米TiO2产品质量和市场竞争力原因有2个:
①应用技术研究滞后
应用技术研究需要解决纳米TiO2在复合体系中的添加工艺、效果评价等问题。纳米TiO2 在许多领域的应用研究还没有完全展开,某些领域例如防晒化妆品领域的研究仍要继续深化。应用技术研究的相当滞后造成我国纳米TiO2 产品无法形成系列化牌号以适应不同领域的特殊要求。
②纳米 TiO2的表面处理技术有待进一步深入研究
表面处理包括无机表面处理和有机表面处理,表面处理技术是由表面处理剂配方、表面处理工艺和表面处理设备组成。
5、结束语
防晒化妆品中纳米TiO2的透明性、紫外线屏蔽性能、分散性和耐光性是判别其质量优劣的重要技术指标 , 纳米TiO2的合成工艺和表面处理方法是决定这些技术指标的关键。
石墨烯基础科研现状
2019-01-04 09:45:43
石墨烯从其诞生至今不过10年光景。2004年为石墨烯科学研究的萌芽阶段,随后即进入快速成长阶段;从2008年开始,尤其是在2010年石墨烯发明者获得了诺贝尔奖之后,关于石墨烯的基础科研工作开展得如火如荼。
下文从专利分布、研究机构分布、研究领域分布和主要研究成果等方面梳理目前石墨烯的基础科研动向。
一、专利分布
目前全球共有超过200个机构和1000多名研究人员从事石墨烯技术的开发和研究,其中包括三星、IBM等科技巨头。我们通过最近几年的专利申请情况对目前石墨烯的研究进展进行概览。从专利申请总量来看,2010年以来全球石墨烯专利申请总量呈爆发式增长;2012年全球石墨烯专利申请量已经达到3500个,可见目前全球范围内正在掀起石墨烯研究与开发的高潮。
从石墨烯专利申请国别分布来看,2013年全球石墨烯专利申请量最大的是中国,其次为美国、韩国和日本。在石墨烯相关论文方面,欧盟排名第一,2013年共发表了7800篇论文;就国别而论,依然是中国排名第一,共发表了6649篇论文。
总体而言,目前中国已经处在石墨烯研究的前沿阵地;但是,从研究深度和创新性而言,非常核心的技术和创新性技术中国仍未掌握。二、研究机构分布
从事石墨烯研究的机构比较广泛,包括学术研究机构、企业、个人和政府层面。比较普遍的研究模式是学术研究机构与企业的合作,例如韩国三星与韩国成均馆大学合作对石墨烯的制备基础方法和应用开展研究。
从研究机构专利数量口径看,在前十名中,有4家机构来自韩国,4家来自中国,2家来自美国。并且,6家机构都是科研院所或独立科研机构,4家为企业。其中,专利数量最多的是韩国三星电子,其专利申请数量为210个,占全球总量的7.3%,其研究范围涵盖了石墨烯制备方法和在显示屏、锂电池领域的应用;其次为韩国成均馆大学、浙江大学、IBM、清华大学等。三、研究领域分布
从石墨烯研究领域分布看,全球研究热点主要在材料的导电性、导热性、石墨烯的制备研究、纳米材料研究等。
中国石墨烯研究热点主要分布石墨烯纳米复合材料、石墨烯制备、石墨烯电极等方向。我们统计了前20位主要研究机构的重点研究领域,发现研究热点分布于:(1)复合材料;(2)碳纳米管;(3)电容器;(4)传感器;(5)晶体管;(6)透明电极;(7)锂电池;(8)燃料电池。上述研究大多属于石墨烯应用,而关于石墨烯的制备改进工艺或者大规模量产石墨烯的基础研究非常少。
四、最新研究成果
在石墨烯制备方面,最新的研究成果是在生成单晶石墨烯的方法上,目前有两种方法已经能获得直径约为1mm的单晶石墨烯和直径为25px的单晶石墨烯,但是这两种方法各有优劣。
在石墨烯应用方面,最新的研究成果包括把作为光敏元件(PD)的光增益提高到了原来的约1000倍、提高柔性湿度传感器的响应时间等。在锂电池、半导体、传感器、无线通讯、电容器、电子元件、海水淡化等多个领域都有重大突破。
在众多最新研究成果中,属于中国研究机构的成果依然稀少,印证了前文中我们提到的,虽然中国在专利申请和论文发表方面在国际领先,但是在真正的研究前沿方面距离美国、日本和韩国等国家仍有一定差距。
石墨烯在水性涂料中应用
2019-03-07 09:03:45
水性涂料是国家发起开展的环境友好型涂料,但某些功用尚不及相应的溶剂型涂料,影响其开展。石墨烯具有共同功用,可改善水性涂料功用,促进其开展,给涂料作业者带来新的等待。石墨烯在涂猜中运用首先是改性溶剂型涂料,但用于改性水性涂料也有显着开展。改性办法可用共混法复合改性,也可用原位聚合和溶胶-凝胶技能复合法改性,还可用偶联剂润饰,一同实施不同的功用改性。
1 用钛酸酯偶联剂润饰水涣散改性石墨烯
按通用办法将石墨制成氧化石墨烯,向氧化石墨烯涣散液内分别参加钛酸酯和,在水浴加热法下发作反响,使氧化石墨烯复原并一同嫁接上钛酸酯偶联剂分子。将取得的混合液进行后处理和真空枯燥,得到粉末状改性石墨烯。
因为钛酸酯偶联剂对氧化石墨烯进行了表面润饰,不再发生聚会,故石墨烯水涣散体稳定性高,可长期储存,合适用于复合材料及涂层材料的制备。制备工艺简洁,出产效率高,出产进程和产品均能契合环保要求。
2 石墨烯与基体树脂共混复合水性涂料
2.1 水性导电涂料
石墨烯/聚酯树脂复合水性导电涂料。用Hummers法制备氧化石墨烯,经两步化学复原法得到有机分子润饰的石墨烯水溶液,参加聚酯、助剂和交联剂、催化剂,经液态共混,制备得到水性导墨烯涂料。该涂料具有高导电功用和力学功用,可运用于电磁屏蔽、抗静电、防腐、散热、耐磨及电子线路等范畴,具有广泛的运用价值。
2.2 石墨烯改性水性环氧树脂耐磨玻璃涂料
石墨烯改性的耐磨水性玻璃涂料由两组分组成,榜首组分为基体成膜物,第二组分为固化剂。其间榜首组分包含改性环氧树脂20%~40%、助剂0.5%~7%、氧化石墨烯0.1%~5%、偶联剂1%~2%,其他为水(均为质量分数);第二组分是胺类固化剂。在运用前将两组分混合,其间第二组分占混合物质量分数的3%~30%。该涂料具有硬度高、耐磨性好、与玻璃基底亲和力与附着力强、耐水、耐乙醇性好,且契合环保要求。别的制备办法简洁,具有重要的商业化运用价值。
2.3 石墨烯改性酸酯聚合物水泥防水涂料
用Hummers法制备的氧化石墨烯参加酸酯类聚合物乳液中,参加选用的助剂,按份额参加水泥,拌和涣散,制成氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。该涂料显着增加了酸酯类聚合物乳液成膜的抗拉强度;进步了耐水性;此外,氧化石墨烯丰厚的含氧官能团能够调理水泥水化产品晶体的成长,进步其抗拉强度和耐性。故氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料具有杰出的耐久性、抗渗性以及物理力学功用,运用远景宽广。
2.4 石墨烯改性聚酯树脂复合水性涂料
2.4.1 石墨烯/水性聚酯纳米复合乳液
将真空脱水的聚醚多元醇(N210)和TDI反响制得聚酯预聚体,参加二羟甲基引进亲水羧基,加中和盐基化,参加氧化石墨烯水溶液、去离子水和乙二胺进行乳化反响,减压蒸馏出后,滴加维生素C溶液进行原位复原反响,得到石墨烯/水性聚酯纳米复合乳胶树脂。该乳胶树脂可运用于静电防护、防腐涂层、建筑涂料等范畴,本发明工艺简洁、环保、合适大规模出产。
2.4.2 石墨烯/TiO2复合材料改性水性聚酯抗菌涂料
纳米TiO2作为光催化纳米材料的一种,有抗菌灭菌效果,但它关于可见光吸收率较低,纳米粒子趋向于集合,大大降低了其灭菌效果。在含纳米TiO2抗菌涂猜中,引进5%以下的石墨烯,显着进步涂料对可见光吸收率,并加强纳米TiO2的光催化活性和抗菌、灭菌才能,使改性后的水性聚酯在抗菌灭菌归纳功用方面有很大进步。而且具有杰出的表面功用、耐水性和力学功用。
3 石墨烯/聚酯原位聚合的水性导电涂料
石墨烯比较传统的碳系导电填料(炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维等)具有愈加优异的导电性及机械功用。
用二元胺对氧化石墨烯进行基化改性,后用化学复原康复石墨烯的共导电系统,使用石墨烯表面的—NH与—NCO封端的水性聚酯原位聚合,制得含石墨烯的水性聚酯导电涂料。
该导电涂料具有防辐射、抗静电、防腐蚀、耐磨等特性,可用于高分子材料、金属材料、纺织材料表面等方面。
4 用溶胶-凝胶技能制备改性石墨烯/水性聚酯纳米复合涂料
中国科技大学Xin Wang等于2012年在《Surface& CoatingsTechnology》上宣布了他们的研讨论文:用溶胶-凝胶技能制备改性石墨烯/水性聚酯复合纳米涂料,分3部分:
(1)硅烷改性石墨烯纳米薄膜制备。用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),然后对GO水涣散体用化学复原成GNS,再用DCC(N,N'-二环己基碳化二亚胺)和3-基丙基三乙氧基硅烷(APTES)功用改性,用超声波涣散1h,在70 ℃下拌和反响24 h,经后处理得到APTES功用改性的石墨烯纳米膜f-GNS。
(2)硅烷APTES封端的水性聚酯(WPU)制备。用异佛尔酮二异酸酯(IPDI)、聚氧化丙二醇、一缩二乙二醇和三羟甲基混合多元醇组成PU预聚物,再和二羟甲基反响,然后加APTES反响,得到APTES封端的水性聚酯(WPU),产率86.3%,数均分子量28600(GPC测定)。
(3)溶胶-凝胶技能制备f-GNS/WPU纳米复合涂料。凭借超声波将f-GNS粉末涣散在去离子水中制成悬浮液,将APTES封端的WPU参加其间一同混合,用调理pH值,制成f-GNS/WPU纳米复合涂料。
用1H-NMR、FTIR、XPS、GPC、AFM、HRTEM等表征了GO、f-GNS的结构,根本验证了图1所示的分子结构式与反响进程,及f-GNS/WPU纳米复合涂料产品结构和组成。纳米复合物中的T1、T2和T3代表了单、二和三替代的硅烷键合,证真实APTES封端的WPU和f-GNS相邻的硅氧烷分子之间缩聚反响,构成共价键。
5 结 语
5.1 石墨烯具有共同功用,研制热潮在全球突起
石墨烯是当今世界发现的“至薄”的晶体材料,厚度只要1个碳原子,也是“至坚”材料之一,并具有高导电性、高导热性。猜测在航空航天、世界勘探、海洋开发、国防工业、国民经济各方面具有不可估量的运用远景,研讨热潮在全球突起,国内也起步不俗,开展较快。
5.2 石墨烯在改性涂料功用方面展现了新的远景
对石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等功用涂猜中都具有十分诱人的潜在远景。
石墨烯与各种涂料树脂经过物理共混、原位聚合和溶胶-凝胶技能等法复合;或用偶联剂润饰,或选用原位聚合等工艺。这些工艺在改性水性涂猜中均证明可行,且功用改善显着。水性涂料经石墨烯改性,其功用有望“更上一层楼”,其进一步开展可期。
5.3 石墨烯改性涂料研制脚步初迈,要正确促进石墨烯出产及运用的开发热潮继续升温,但应镇定对待。
对出产厂商而言,石墨烯出产技能是否到达世界最先进,是否契合清洁文明出产工艺要求,本钱是否合理,有许多技能作业要做。石墨烯在涂猜中的运用,国内有不少研讨作业和专利宣布,开展势头较好,但不能说“已入胜境”。石墨烯和涂料树脂复合办法、助剂挑选、功用性改善,研制的空间都很大。国内宣布石墨烯改性水性涂料的作业和专利多是实验室效果,要到达有用并产业化,要更多投入,有许多研制作业要做。