CN107057491A - 一种水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水性石墨烯膨胀型防火涂料，该防火涂料的组分及含量：水性成膜基体80份，氧化石墨烯0.2‑0.8份，三聚氰胺焦磷酸盐150‑180份，钛白粉10‑15份，多孔型材料10‑20份，助剂1份‑2份，水200‑250份。本发明还提供了该水性石墨烯膨胀型防火涂料的制备方法；本发明通过三聚氰胺焦磷酸盐对氧化石墨烯微波接枝改性得到阻燃性能和抑烟效果的阻燃填料，并在填料中加入多孔型材料增强阻燃效果，耐燃时间长，机械强度大，抗污性好，涂层表面光滑，制备工艺流程简单，便于操作。本涂料低烟低毒，属于绿色环保涂料。

Description

一种水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法
【技术领域】
本发明属于防火涂料技术领域，涉及一种水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法。
【背景技术】
防火涂料主要是通过在那些易燃材料的表面进行涂刷，从而提高材料的耐火能力，并且能够减缓火焰蔓延传播的速度，或在一定的时间内起到阻止燃烧继续进行的作用。膨胀型防火涂料是由基体，阻燃体系、添加剂(颜料、填料)以及各种助剂组成。在高温火焰的作用下，涂料层熔融，发泡，膨胀，形成蜂窝状的包状炭化层结构，并放出难燃气体，冲淡氧气的浓度，起到隔火隔热的作用。而水性防火涂料，不仅满足国家环保的要求，而且价格低廉，性能显著，故而越来越受到研究者与厂商的重视。
膨胀石墨具有良好的阻燃性能和抑烟性能，在涂料中可以作为阻燃剂使用。石墨烯作为组成膨胀石墨的单个碳原子厚度的晶体，具有高的比表面积和优异的耐热性。
CN 103865342 A提供本发明涉及一种石墨烯类膨胀型防火涂料及其制备方法，其特征是以水性成膜基体(100份)，膨胀型阻燃剂(200份-250份)，钛白粉(20份-30份)，石墨烯类物质(0.1份-1份)，助剂(1份-2份)，水(200份-250份)，将这些物质按照一定配比混合研磨成涂料。但该技术方案的阻燃涂料其阻燃效果有限，钛白粉含量较高，成本较高。
【发明内容】
为了克服现有技术的技术缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种水性石墨烯膨胀型防火涂料，通过微波技术对氧化石墨烯进行接枝改性，增强涂料层耐燃性；添加多孔型材料降低钛白粉添加量，降低成本，同时多孔型材料具有较好的吸附效果，增强涂料的抗污效果，而且本身还有18％-21％结晶水在发生火灾时，结晶水释出起到一定阻止燃烧的作用。
本发明提供一种水性石墨烯膨胀型防火涂料，防火涂料的组分及含量：
水性成膜基体80份，氧化石墨烯0.2-0.8份，三聚氰胺焦磷酸盐150-180份，钛白粉10-15份，多孔型材料10-20份，助剂1份-2份，水200-250份。
进一步的，水性成膜基体为丙烯酸乳液，水性聚氨酯，环氧树脂其中的一种。
进一步的，所述钛白粉为金红石型钛白粉，锐钛型钛白粉其中的一种。
进一步的，所述多孔型材料为4A型沸石分子筛。
进一步的，所述助剂包含成膜助剂，分散剂，增稠剂，流平剂，消泡剂的一种或几种。
本发明还提供了水性石墨烯膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
A.将所述0.2-0.8份氧化石墨烯和150-180份三聚氰胺焦磷酸盐于150份水中超声10-20分钟；
B.无氧条件下，用微波照射步骤A中混合溶液进行接枝聚合反应，辐照接枝反应结束后，得到接枝氧化石墨烯溶液；
C.将10-15份钛白粉，10-20份多孔型材料，步骤B的接枝氧化石墨烯溶液及50-100份水放入研磨机中研磨20-30min，然后加入水性成膜基体80份，助剂1-2份，在搅拌仪中搅拌30min，过筛出料，即得到水性石墨烯膨胀型防火涂料。
进一步的，所述微波照射时间为3-5分钟。
进一步的，所述研磨机的转速为1000-1500r/min。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
本发明提供一种水性石墨烯膨胀型防火涂料，通过微波技术对氧化石墨烯进行接枝改性，氧化石墨烯与三聚氰胺焦磷酸盐的酸源和气源反应生成“骨架”结构显著增强碳层，增强涂料层耐燃性；添加多孔型材料降低钛白粉添加量，有效的降低成本，同时多孔型材料具有较好的吸附效果，增强涂料的抗污效果，而且本身还有18％-21％结晶水在发生火灾时，结晶水释出起到一定阻止燃烧的作用。本方法简单易行，所制备的水性石墨烯膨胀型防火涂料耐燃时间长，机械强度大，抗污性好，涂层表面光滑，制备工艺流程简单，便于操作。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的阐述和说明。
实施例1：
实施例1提供的水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法，包括如下步骤：
将0.2份氧化石墨烯和150份三聚氰胺焦磷酸盐于150份水中超声10分钟得到混合溶液。在无氧条件下，用微波照射混合溶液进行接枝聚合反应，辐照照射3分钟，进行接枝反应，得到接枝氧化石墨烯溶液；将10份钛白粉，20份4A型沸石分子筛，接枝氧化石墨烯溶液，50份水放入转速为1000r/min的研磨机中研磨20min，然后加入丙烯酸乳液80份，助剂1份，在搅拌仪中搅拌30min，过筛出料，即得到水性石墨烯膨胀型防火涂料。
实施例2：
实施例2提供的水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法，包括如下步骤：
将0.8份氧化石墨烯和180份三聚氰胺焦磷酸盐于150份水中超声20分钟得到混合溶液。在无氧条件下，用微波照射混合溶液进行接枝聚合反应，辐照照射5分钟，进行接枝反应，得到接枝氧化石墨烯溶液；将15份钛白粉，15份4A型沸石分子筛，接枝氧化石墨烯溶液，100份水放入转速为1500r/min的研磨机中研磨20min，然后加入环氧树脂80份，助剂2份，在搅拌仪中搅拌30min，过筛出料，即得到水性石墨烯膨胀型防火涂料。
实施例3：
实施例3提供的水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法，包括如下步骤：
将0.6份氧化石墨烯和160份三聚氰胺焦磷酸盐于150份水中超声15分钟得到混合溶液。在无氧条件下，用微波照射混合溶液进行接枝聚合反应，辐照照射4分钟，进行接枝反应，得到接枝氧化石墨烯溶液；将12份钛白粉，10份4A型沸石分子筛，接枝氧化石墨烯溶液，80份水放入转速为1300r/min的研磨机中研磨20min，然后加入水性聚氨酯80份，助剂1.5份，在搅拌仪中搅拌30min，过筛出料，即得到水性石墨烯膨胀型防火涂料。
实施例4：
实施例4提供的水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法，包括如下步骤：
将0.5份氧化石墨烯和165份三聚氰胺焦磷酸盐于150份水中超声15分钟得到混合溶液。在无氧条件下，用微波照射混合溶液进行接枝聚合反应，辐照照射4分钟，进行接枝反应，得到接枝氧化石墨烯溶液；将14份钛白粉，15份4A型沸石分子筛，接枝氧化石墨烯溶液90份水放入转速为1200r/min的研磨机中研磨20min，然后加入丙烯酸乳液80份，助剂2份，在搅拌仪中搅拌30min，过筛出料，即得到水性石墨烯膨胀型防火涂料。
对比例1：
对比例提供常规水性石墨烯膨胀型防火涂料及其制备方法，包括如下步骤：
将水性成膜基体100份，膨胀型阻燃剂250份，钛白粉30份，石墨烯类物质1份，助剂2份，水250份。
将水，防火助剂，填料混合均匀，放入转速为1400r/min的研磨机中研磨30min，然后将硅丙乳液以及助剂加入，在搅拌仪中低速搅拌30min，过筛出料，制得石墨烯类膨胀型低烟防火涂料。
分别对实施例1-4及对比例1制备的水性石墨烯膨胀型防火涂料的阻燃性能，建筑材料烟密度进行测试，结果如表1所示。
其中阻燃性能通过极限氧指数表征，参照GB/T 2406.2-2009；建筑材料烟密度试验方法参照GB/T8627-1999。
表1阻燃性能和建筑材料烟密度对比试验表
通过上表1可以看出，本发明实施例1-4较对比例1的阻燃性能和抑烟性能都有显著改善。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种水性石墨烯膨胀型防火涂料，其特征在于，该防火涂料由包含以下组分及含量组成：水性成膜基体80份，氧化石墨烯0.2-0.8份，三聚氰胺焦磷酸盐150-180份，钛白粉10-15份，多孔型材料10-20份，助剂1-2份，水200-250份。
2.根据权利要求1所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料，其特征在于，所述水性成膜基体为丙烯酸乳液，水性聚氨酯，环氧树脂其中的一种。
3.根据权利要求1所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料，其特征在于，所述钛白粉为金红石型钛白粉，锐钛型钛白粉其中的一种。
4.根据权利要求1所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料，其特征在于，所述多孔型材料为4A型沸石分子筛。
5.根据权利要求1所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料，其特征在于：所述助剂包含成膜助剂，分散剂，增稠剂，流平剂，消泡剂的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A.将所述0.2-0.8份氧化石墨烯和150-180份三聚氰胺焦磷酸盐于150份水中超声10-20分钟得混合溶液；
B.无氧条件下，用微波照射所述步骤A中混合溶液进行接枝聚合反应，辐照接枝反应结束后，得到接枝氧化石墨烯溶液；
C.将10-20份钛白粉，10-20份多孔型材料，所述步骤B的接枝氧化石墨烯溶液及50-100份水放入研磨机中研磨20-30min，然后加入水性成膜基体80份，助剂1-2份，在搅拌仪中搅拌30min，过筛出料，即得到水性石墨烯膨胀型防火涂料。
7.根据权利要求6所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中微波照射时间为3-5分钟。
8.根据权利要求6所述的水性石墨烯膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中研磨机的转速为1000-1500r/min。
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