CN107163857A - 一种石墨烯纳米防火涂料及制备技术 - Google Patents

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Abstract

本发明所提供的是一种耐高温石墨烯纳米技术及阻燃技术，主要应用于各种钢结构的消防场所和古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面防火涂料等。本发明涉及一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术，其特征在于：由高强度特种三元阻燃树脂为基料，加入石墨烯纳米元素、多种高效防火膨胀型阻燃剂、脱水成炭催化剂及发泡剂，炭化补强剂等组成。石墨烯纳米技术与阻燃技术所组成一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术的应用原理是：氧化石墨烯经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。利用纳米微粒的尺寸和面积效应及阻燃技术结合，再把阻燃的效率和作用提升到一个空前的高度，多种防火剂的协同作用更可能呈现出翻倍的阻燃效果。上述一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及产品一般能满足在各种钢结构的消防场所和古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面防火涂料等用途及广泛展开应用。

Description

一种石墨烯纳米防火涂料及制备技术
本发明属于一种耐高温石墨烯纳米技术及阻燃技术，主要应用于各种钢结构的消防场所和古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面防火涂料等。
本发明涉及一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术，其特征在于：由高强度特种三元阻燃树脂为基料，加入石墨烯纳米元素、多种高效防火膨胀型阻燃剂、脱水成炭催化剂及发泡剂，炭化补强剂等组成。
因为石墨烯纳米技术，是一门涉及的领域很广且综合性非常高的学科；阻燃技术，是一们阻止易燃材料继续燃烧或蔓延的学科。由此涉及发明了‘一种石墨烯纳米防火涂料及制备技术’的思维。
一般石墨烯纳米防火涂料中添加的石墨烯纳米纤维会在涂料中形成纳米网状架构，赋予其天然成分所不具备的坚实性和牢固的骨架，防火涂料的附着力更加牢固，更具有超耐久性，使得防火涂料耐擦洗，抗裂纹；同时对损坏涂层中的大气侵蚀因素形成一道不可逾越的屏障，在极端条件下，依然可以发挥其优良的性能，不会产生龟裂。
石墨烯纳米技术与阻燃技术所组成一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术的应用原理是：氧化石墨烯经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。利用纳米微粒的尺寸和面积效应及阻燃技术结合，再把阻燃的效率和作用提升到一个空前的高度，多种防火剂的协同作用更可能呈现出翻倍的阻燃效果。
本发明是以下技术表述方案实现的：
1、对石墨烯纳米材料及可膨胀石墨作为在膨胀型阻燃剂的作用表述：
石墨烯纳米材料因粒径小、比表面积大、与高分子基料相容性好等优点而被用在钢结构防火涂料中，成为防火涂料领域研究的一热点。引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
目前我国石墨烯及可膨胀石墨资源丰富，制造简单，价格低廉；
在高温下体积可膨胀数百倍，且膨胀产物主要成分是炭，有极佳的抗氧化性和耐高温性，膨胀后的石墨由鳞片状变成密度很低的蠕虫状，能够形成非常良好的绝热层，有效隔热，因而可作为膨胀阻燃剂使用。
可膨胀石墨的受热膨胀属于物理膨胀，本身不发生化学反应，此物理过程属于吸热过程，若化学膨胀体系与可膨胀石墨的物理膨胀体系配合使用，涂层的膨胀碳层里面有可膨胀石墨物理膨胀生成的大量“蠕虫”状碳体，和化学膨胀产生的膨胀层交联，可膨胀石墨黏附在基材表面和碳层内部，起到一种交联纤维的作用，从而形成致密的碳层，大大提高了碳层的强度；
由于可膨胀石墨本身无毒，受热时不生成有毒和腐蚀性气体，同时形成的多孔结构具有很强的吸附性，可以吸收涂料产生的大量刺激性气体，达到抑烟环保的作用。
所以可膨胀石墨在阻燃材料和环保材料中具有广阔应用前景，已成为当前膨胀型阻燃剂研究及应用的热点。
2、对高分子易燃的材料进行改性的作用表述：
高分子材料现已广泛应用在防火涂料中，应该对这些易燃的材料进行改性。纳米材料具有很多的优点，只要对该其发明易燃的材料好好运用，就能收到意想不到的回报。例如，纳米材料能够快速地捕捉燃烧过程中的自由基，利用这一特性，可以最大程度上改善其阻燃的性能。再者，纳米材料的表面很容易吸附其他物质，利用这一特性，可以让它吸附一些抗氧化学剂和不同种类的防火剂，利用协同的作用能把阻燃的效率提上去。
3、膨胀型阻燃剂防火涂料中的作用表述：
一般高强度特种阻燃树脂用以提高被涂材料耐火极限的一种环保型纳米特种阻燃树脂。脱水成炭催化剂、发泡剂、炭化补强剂及多聚磷酸胺、季戊四醇、丁醇及杀菌剂、防冻剂、分散剂、流平剂、成膜助剂、PH值调节剂等按重量份数比配制而成，
4、膨胀型防火涂料中的防火助剂的作用表述：
一般脱水成炭催化剂的作用下生成具有多孔结构的炭质层，膨胀型防火涂料中的防火助剂主要由炭化剂、脱水成炭催化剂和发泡剂三部分组成。
○炭化剂通常是一些含高碳的多羟基有机化合物.形成三维空间结构且不易燃烧的发泡炭化层的物质基础，对发泡层起着骨架作用.
○脱水成炭催化剂的主要作用是促进炭化剂和涂层的脱水、炭化和热分解过程，使多羟基化合物脱水形成不易燃烧的炭质层，减少有机物因热分解产生的可燃性焦油、醛、酮等的量，并有效地阻止放热量大的氧化反应的发生，等等。
○发泡剂是影响涂料防火性能的重要助剂，使涂层在受热过程中分解出不燃性气体，这一方面隔绝了基材与空气的接触，另一方面使涂层膨胀，形成疏松多孔的发泡层，从而抑制燃烧的进行。
5、对配制的膨胀型防火涂料，采用阻燃和抑烟效果的作用表述：
一般采用大板燃烧法、锥形量热仪和烟密度测试法对其阻燃和抑烟效果进行测试。
以水性特种阻燃树脂丙烯酸乳液为成膜物质，以钛白粉(TiO2)为颜料，加入不同量氧化石墨烯(GO)纳米粒子作为协效阻燃/抑烟剂配制膨胀型防火涂料，对其阻燃和抑烟效果进行了测试。
测试结果表明：GO能有效地提高涂料试样的耐燃时间和降低峰值生烟速率(pSPR)，当GO添加量为0.025份时(以100份乳液计，下同)，试样耐燃时间可以增加59.5％，当添加量为0.125份时试样的pSPR从0.024m～2/s降至0.013m～2/s。
对配制的膨胀型防火涂料结合扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、差热分析(DTA)和红外光谱(FT-IR)等手段对试样炭层的结构形貌进行分析后发现，具有片状结构的氧化石墨烯在涂料受热膨胀过程中会使自身和基体分子链取向。进而在聚合物炭化过程中形成骨架结构增加炭层强度，达到阻燃和抑烟的目的。
本发明‘一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术’的工艺配方：是按以下二个示例进行的。
例一：各种钢结构的消防场所使用的防火涂料配方如下：
具体组分和重量比例是：0.93纳米太空活性水16-20％；纳米特种阻燃三元乳液：15-22％；石墨烯0.01-5.0％、纳米SiO2分散胶体4-5％；纳米TiO2分散胶体4-5％；杀菌剂：0.1-0.2％；润湿剂：0.15-0.3％；分散剂：0.2-0.3％；消泡剂：2-3％；超细钛白粉：14-20％；超细高岭土：7-10％；防冻剂：20-30％；成膜助剂：0.05-0.08％；超细膨胀型阻燃剂：3.2-5％；流平剂：0.4-0.5％；PH值调节剂：：0.3-0.4％；增稠剂：0.2-0.3％。
例二：古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面防火涂料的配方如下：
具体组分和重量比例是：0.93纳米太空活性水16-20％；纳米特种阻燃三元乳液：15-22％；石墨烯0.01-5.0％、超细膨胀型阻燃剂：3.5-5.5％；脱水成炭催化剂6-9％；发泡剂12-16％；炭化补强剂5-8％；及多聚磷酸胺5.0-6.0％、季戊四醇5.0-6.0％、丁醇5-10％及杀菌剂、防冻剂、分散剂、流平剂、成膜助剂、PH值调节剂等为适量。
如例二配方，由于石墨烯为优良热导体，散射99％红外线和85％的紫外线，可以达成节能降耗、保温隔热防火的功能；因其独特的配方和纳米技术，还能减少声传播，起到降低噪音的效果。
根椐对该上述例一、例二‘一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术’的配方的目的是提供主要应用于各种钢结构的消防场所和古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面一种防火涂料等。
通过上述发明将各组分调到最科学、最合理的状态下，由于加入少量石墨烯纳米级材料，提高了防火涂料的阻燃性、防锈性、防水性、流平性及强度等相关性能及部分技术指标，而且成本低，涂层均匀连续、并且致密，耐磨。提高了涂层的坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能；把纳米技术与涂料的配方及工艺有效结合，提高了产品品质。

Claims (4)

1.本发明属于一种耐高温石墨烯纳米技术及阻燃技术，主要应用于各种钢结构的消防场所和古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面防火涂料等。
具体涉及一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术，其特征在于：由高强度特种三元阻燃树脂为基料，加入石墨烯纳米元素、多种高效防火膨胀型阻燃剂、脱水成炭催化剂及发泡剂，炭化补强剂等组成。
2.根据权利要求书1所述：还包括石墨烯纳米技术与阻燃技术所组成一种耐高温石墨烯纳米防火涂料及制备技术的应用原理是：氧化石墨烯经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。利用纳米微粒的尺寸和面积效应及阻燃技术结合，再把阻燃的效率和作用提升到一个空前的高度，多种防火剂的协同作用更可能呈现出翻倍的阻燃效果。
3.根据权利要求书2所述：还包括例一：各种钢结构的消防场所使用的防火涂料配方如下：具体组分和重量比例是：0.93纳米太空活性水16-20％；纳米特种阻燃三元乳液：15-22％；石墨烯0.01-5.0％、纳米SiO2分散胶体4-5％；纳米TiO2分散胶体4-5％；杀菌剂：0.1-0.2％；润湿剂：0.15-0.3％；分散剂：0.2-0.3％；消泡剂：2-3％；超细钛白粉：14-20％；超细高岭土：7-10％；防冻剂：20-30％；成膜助剂：0.05-0.08％；超细膨胀型阻燃剂：3.2-5％；流平剂：0.4-0.5％；PH值调节剂：：0.3-0.4％；增稠剂：0.2-0.3％。
4.根据权利要求书3所述例二：古建筑、医院、酒店、学校、高档建筑、别墅建筑物外墙表面防火涂料的配方如下：具体组分和重量比例是：0.93纳米太空活性水16-20％；纳米特种阻燃乳液：15-22％；石墨烯0.01-5.0％、超细膨胀型阻燃剂：3.5-5.5％；脱水成炭催化剂6-9％；发泡剂12-16％；炭化补强剂5-8％；及多聚磷酸胺5.0-6.0％、季戊四醇5.0-6.0％、丁醇5-10％及杀菌剂、防冻剂、分散剂、流平剂、成膜助剂、PH值调节剂等为适量。
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