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Blähgraphit / expandierbarer Graphit wird aus dem natürlich vorkommenden Mineral Graphit hergestellt. Eine Graphitflocke besteht aus Schichten von wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen. Innerhalb der Schichten sind die Atome durch kovalente Bindungen sehr fest verbunden, zwischen den Schichten herrschen nur schwache Bindungskräfte, so dass Moleküle zwischen die Graphitschichten eingelagert (interkaliert) werden können. Durch die Einlagerung von Säuren, üblicherweise Schwefelsäure, wird Graphit in Blähgraphit umgewandelt.[1]
Eigenschaften
Wird Blähgraphit erhitzt, expandieren die Graphitflocken je nach Qualität, ab einer Temperatur von ca. 140 °C auf ein Vielfaches des ursprünglichen Volumens an. Durch das Verdampfen der eingelagerten Verbindungen werden die Graphitschichten ziehharmonikaartig auseinandergetrieben. Die expandierten Flocken haben eine "würmchenartige" Erscheinungsform und sind üblicherweise mehrere Millimeter lang.[1]
| Physikalische Eigenschaften | |
| Kohlenstoffgehalt | 85-99 % |
| Expansionsrate | 30 - 400 ccm/g |
| Teilchengröße | 80 % < 75 µm - 80 % > 500 µm |
| Starttemperatur | 140 - 230 °C |
Herstellung
Zur Herstellung Blähgraphit werden Naturgraphitflocken in einem Bad aus Säure und Oxidationsmittel behandelt. Üblicherweise angewandte Oxidationsmittel sind Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat und Chromsäure, wobei Letzteres Nachwirkungen mit sich ziehen kann. Als einzulagernde Verbindung werden meist konzentrierte Schwefelsäure oder Salpetersäure verwendet, wobei die Umsetzung bei Temperaturen von 30°C bis 130°C während bis zu vier Stunden erfolgt. Nach der Einwirkzeit werden die Flocken mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet.[2] Starttemperatur und Expansionsrate hängen von der Feinheit des Graphits ab. Beginn des Expansionsprozesses kann je nach Agenzien und Herstellparametern der Blähgraphitproduktion zwischen 150 °C und bis zu 300 °C variieren. Die erreichbaren Expansionsraten liegen bei 50 bis ca. 400 ml/g.
Anwendungen
Flammschutz:
Eine der Hauptanwendungen von Blähgraphit stellt der Flammschutz dar. Bei Hitzeeinwirkung expandiert der Blähgraphit und bildet eine Intumeszenzschicht auf der Materialoberfläche. Dies verlangsamt die Brandausweitung und wirkt den für den Menschen gefährlichsten Brandfolgen, nämlich der Bildung toxischer Gase und Rauch, entgegen.[3]
Graphitfolie:
Durch Verdichtung von expandiertem Blähgraphit können Folien aus reinem Graphit produziert werden. Diese werden vorwiegend als thermisch und chemisch hochbeständige Dichtungen im chemischen Anlagenbau eingesetzt.
Literatur
Simon Moores, Industrial Minerals: Natural Graphite Report 2012, Specialist grades/Expandable Graphite S. 319 - S.324
Einzelnachweise
- ↑ a b Vijay J. Bhagat: Behaviour of expandable graphite as a flameretardant in flexible polyurethane foam Presented at: Polyurethane Foam Association (PFA)Arlington, Virginia, USA, May 10, 2001
- ↑ Europäische Patentschrift EP 1 323 670 B1 vom: 08.07.2009
- ↑ Mineralischer Flammschutz mit Blähgraphit – Der hochwirksame und REACH-konforme IntumeszenzbildnerPressemitteilung Georg H. Luh GmbH].