传统EPS(可发性聚苯乙烯)凭借其良好的导热性能和保温效果,在建筑、包装领域获得广泛的应用,中国北方对于EPS的需求主要体现在建筑材料上,约占总用量的50%,以保温材料及彩钢板为主;南方对于EPS的需求更多的是以包装为主,约占总用量的45%,以电子电器的包装及保鲜箱为主。
然而EPS行业投资小,技术门槛低,中个体经营的企业占绝大多数,产品质量参差不齐,整个EPS市场十分混乱;且传统EPS本身存在长期使用易变形、导电性能差、使用寿命有待观察等缺陷,这些都在促使科研人员寻求更好的替代品。在石墨烯发展热潮下,已经有科研人员将石墨烯这一世界级科技成果应用在EPS上,为EPS在建筑、包装等领域的产品升级换代,为获得更多的军工、汽车市场份额提供保障。
石墨烯作为目前发现的硬度最高、韧性最强、导电性能最好的新材料,将它与EPS聚合,改性后的石墨烯EPS具有更优的性能。然而,如何将石墨烯与EPS两者聚合是这个行业面临的技术难题,因石墨烯自身的特性,若将它直接添加到EPS聚合体系中,容易导致反应活性高,反应剧烈等问题,最终会发生结釜现象;另外,石墨烯在氧化插层或插层剥离的制备过程中边缘保留的一些基团,极易发生阻聚效应,导致聚合反应时间延长至20-30h,聚合出的EPS珠粒缺陷较大,无法正常发泡打板。
无锡云亭石墨烯技术有限公司通过多年研究发现对石墨烯进行改性可以很好地解决这个技术难题,通过去除石墨烯边缘的一些阻聚基团、活性基团,然后在石墨烯边缘接枝改性一些与苯乙烯稳步反应的基团,可以提高工艺稳定性、有效降低聚合结釜概率;接枝一些特征因子基团,可有效提高石墨烯EPS的各项性能指标。
目前,改性后的石墨烯EPS性能大大提升:强度可达0.30MPa,接近国家标准3倍;低导热系数,传统白色EPS导热系数为0.041W/m·K,而石墨EPS导热系数为0.033 W/m·K,有的公司甚至做到了0.028 W/m·K;防静电,石墨烯电子迁移率可达到100000cm2.V-1.S-1,利用石墨烯极佳的导电性,石墨烯EPS可达到传统EPS所没有的抗静电能力;隔声,采用石墨烯EPS的建筑,噪声远远低于设计规范,撞击隔声的噪音级能达到60分贝或更低水平等。
在此基础上,该公司的石墨烯EPS产业化相关技术也已基本成熟,且将石墨烯EPS项目运用在军用无人机、军用潜艇密封舱填充研究、军工包装领域静电处理的技术研究、食品包装中防腐性能提高和食品变质技术、海上帆板帆船应用、改性石墨烯EPS在建筑保温中的施工工艺研究等。
(图:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所开展云亭烯EPS在军用无人机机翼填充的研究)
虽然石墨烯相关的研究和产业化持续升温并引来高潮,但是如何石墨烯与下游运用产业相结合,也一直是许多企业发展的瓶颈。而改性石墨烯EPS凭借稳定的工艺和优越的性能,有望占据EPS的主流市场,并且不断推动石墨烯终端运用的发展。