Химики из Южной Кореи и Китая разработали огнеупорный материал на базе вспененного полимера с добавкой композита графена и красного фосфора. Он обладает очень малой плотностью (блок размером с чашку может стоять на цветке, не сминая лепестков), но способен выдерживать значительные механические нагрузки и эффективно останавливает горение, образуя непроницаемую для кислорода пленку. Исследование опубликовано в журнале Applied Materials & Interfaces, кратко о нем сообщает Chemistry World.

Огнеупорные материалы должны отвечать нескольким важным требованиям. Они должны быть устойчивыми к действию высоких температур, не поддерживать горение, предотвращать доступ кислорода к другим материалам, выступать в роли теплоизолятора. Вместе с тем во многих применениях от огнеупоров требуется небольшой вес и хорошие механические свойства. Традиционно огнеупорами выступают либо неорганические материалы, либо полиамидные и другие полимерные волокна, подобные кевлару. 

Как отмечают авторы, многие современные огнеупоры небезопасны для окружающей среды — к примеру, содержат полимеры, в состав которых входят галогены. Поэтому химики предложили новый огнеупорный состав, основанный на полиимидном полимере с добавкой графена. Полимер играет роль матрицы — он создает пенистую основу для материала. Добавка представляет собой соединение включения графена и фосфора. Интересно, что как полиимиды, так и фосфор — горючие материалы, но в совокупности с графеном их свойства меняются. 

Фотография нового огнеупорного материала на основе вспененного полимера и графена, Linli Xu et al. / Appl. Mater. Interfaces, 2017

По словам авторов, полиимид становится огнеупорным уже при двухпроцентной добавке графенового композита. При горении красный фосфор очень быстро образует не пропускающий кислород слой, запертый между пластинками графена. Последние устойчивы даже при очень высоких температурах. В сумме эти процессы предотвращают горение основы огнеупора — его способность останавливать горение примерно в два раза лучше, чем у традиционных материалов.

Полученный вспененный полимер обладает плотностью около 16 миллиграмм на кубический сантиметр — всего в 16 раз тяжелее воздуха. При этом его механические свойства позволяют небольшому полимерному блоку выдержать давление шестикилограммового стакана с водой. Это ставит материал в одну линию с аэрогелями на основе оксида кремния или графена.

Ранее мы сообщали о синтезе графенового аэрогеля, способного сжиматься под действием магнитного поля. 

Подробнее об огнеупорных материалах можно прочитать в нашем материале «Пять стихий: огонь».

Автор: Владимир Королёв