CN108997810B - 一种室温自固化的阻燃涂层材料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种阻燃涂层材料为金属混合物及其使用方法，其在室温下呈粘稠状；其组成包括：熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在1000摄氏度以上的金属粉末、熔点在30摄氏度以上的所述低熔点金属和所述金属粉末的合金反应物；其中，所述金属粉末中的金属元素在所述金属混合物中的质量分数25％‑38％。本发明中的阻燃涂层材料全部由金属组成，其阻燃主要原理是涂层隔绝氧气和金属导热散热。涂层覆盖物质表面隔绝氧气是大多数阻燃涂层材料均具有的性质，由于材料全部由金属组成，导热性好，可将热源带来的热量迅速向整个涂层传导，在大面积传导热量的同时不断散热，从而避免被保护表面的局部热量累积，达到阻燃效果。

Description

一种室温自固化的阻燃涂层材料及其使用方法

技术领域

本发明属于涂覆原料技术领域，尤其涉及一种室温自固化的阻燃涂层材料及其使用方法。

背景技术

阻燃材料是能够抑制或者延滞燃烧而自己并不容易燃烧的材料，广泛应用于服装、石油、化工、冶金、造船、消防、国防等领域。现阻燃材料主要有分有机材料和无机材料，含卤素材料和非卤素材料。有机是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝，硅系等阻燃体系。在现有材料中，溴系阻燃剂由于阻燃效果好，占据绝对优势，但是其在燃烧时会释放大量有毒、致癌物质，在环保安全问题上造成的非议很多。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种室温自固化的阻燃涂层材料,以解决现有技术中的阻燃剂受热/燃烧时释放有毒物质的问题。

在一些说明性实施例中，所述阻燃涂层材料为金属混合物，其在室温下呈粘稠状；其组成包括：熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在1000摄氏度以上的金属粉末、熔点在30摄氏度以上的所述低熔点金属和所述金属粉末的合金反应物；其中，所述金属粉末中的金属元素在所述金属混合物中的质量分数25％-38％。

在一些可选地实施例中，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属包括以下之一或任意组合：镓单质和镓基合金；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末选用镍粉。

在一些可选地实施例中，所述合金反应物利用所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属和所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末在球磨环境或立式捏合环境中产生。

在一些可选地实施例中，所述球磨环境中包括如下球磨参数：球磨转速为500–600转/分钟；球磨时间为120–180分钟。

在一些可选地实施例中，所述立式捏合环境中包括如下立式捏合参数：立式捏合转速为48–72转/分钟；立式捏合环境温度为150–300摄氏度；立式捏合时间为120–300分钟。

在一些可选地实施例中，所述金属粉末的粉末尺寸为30μm-75μm。

在一些可选地实施例中，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为33％-38％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。

本发明的另一个目的在于提出一种室温自固化的阻燃涂层材料的使用方法。

在一些说明性实施例中，所述室温自固化的阻燃涂层材料的使用方法，包括：确定阻燃涂覆区；将如上述任一项所述的室温自固化的阻燃涂层材料涂抹至所述阻燃涂覆区；待室温下6-12小时完成固化，

在一些可选地实施例中，通过超声、加热或通直流电流的方式，加速自固化。

在一些可选地实施例中，所述将上述任一项所述的室温自固化的阻燃涂层材料涂抹至所述阻燃涂覆区之前，还包括：将所述阻燃涂层材料从冷藏固体状态恢复至室温粘稠状态。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明中的阻燃涂层材料全部由金属组成，其阻燃主要原理是涂层隔绝氧气和金属导热散热。涂层覆盖物质表面隔绝氧气是大多数阻燃涂层材料均具有的性质，由于材料全部由金属组成，导热性好，可将热源带来的热量迅速向整个涂层传导，在大面积传导热量的同时不断散热，从而避免被保护表面的局部热量累积，达到阻燃效果。此种阻燃涂层材料可以在室温状态下呈液体状态或膏体状态，具有较好的粘接性能，可涂覆于建筑、大型设备等需要阻燃的表面。并在室温下通过合金反应实现自固化。由于此种阻燃涂层材料全部由金属组成，不含有机物特别是卤素，因此具有环保无毒的特点，使用更安全。

附图说明

图1是本发明实施例中的阻燃涂层材料的使用流程图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

为了便于本领域技术人员可以更快的理解本发明各实施例，在此对本发明的主要思想进行简要说明：

就如背景技术中所阐述的，现有技术中缺乏一种可以在室温条件下由液态转化为固态的金属材料。基于此，本发明发现可利用室温下呈液态的低熔点金属(又称液态金属或易熔金属)与高熔点金属粉末进行不完全的局部的合金反应，产生熔点高于常温的合金反应物，使其形成同时具有低熔点金属、高熔点金属、以及合金反应物的金属混合物，由于合金反应不完全，制得的金属混合物中的低熔点金属仍呈现液体状态，进而液态的金属与固态的金属粉末混合可得到粘稠状的金属混合物，同时该金属混合中还具有两者的合金反应物，该合金反应物将作为形核点，诱使未进行反应的低熔点金属与高熔点金属在不施加其它外部条件下自行进行合金反应，直至达到完全反应。此时金属混合物中的低熔点金属的含量减低，而合金反应物的含量增加，外部表象为金属混合物由粘稠状液体转换为固体金属。

综上所述，本发明公开了一种室温自固化的金属混合物的制备方法，该制备方法为将熔点在30摄氏度以下的低熔点金属与熔点在500摄氏度以上的金属粉末在一定条件下均匀混合一段时间。其中，所述一定条件满足使混合中的部分的所述低熔点金属与部分的所述金属粉末发生合金反应，产生熔点在30摄氏度以上的合金反应物；待混合结束后，得到同时具有所述低熔点金属、金属粉末、以及两者的合金反应物的、呈粘稠状的金属混合物。

在一些实施例中，所述一定条件包括：向所述低熔点金属与所述金属粉末的混合物提供使其局部发生合金反应的高能；本发明实施例中的高能是指促使所选用的低熔点金属与高熔点金属粉末达到两者合金反应的条件的能量，该能量可以是热能(即高温)，也可以热能和机械能(如挤压、碰撞、变形、移动所产生的能量)的组合。

具体地，本发明提供如下几种向所述低熔点金属与所述金属粉末的混合物提供使其局部发生合金反应的高能的方式：

1.传统加热；

例如将温度加热至金属粉末的熔点，使其熔化，此时低熔点金属与金属粉末均呈液态，两者之间相互金属浸润现象明显，此时两者较易发生合金反应，但此时环境温度极高，合金反应速度快，需控制高温时间在两者完全反应时间以下，以保证两者只发生部分的合金反应，从而避免由于完全反应导致金属混合物提前固化。该方法反应时间较难操控。

2.高压电击；

通过对均匀混合后的两种金属的金属混合物(低熔点金属和金属粉末)，持续电击，电击处的温度急剧升高，达到两者的合金反应温度条件，进而产生合金反应物，但该方法设备要求高，需要额外的安全保障设备，制备成本较大。

3.球磨处理；

对所述低熔点金属与所述金属粉末的金属混合物进行球磨处理，在一定转速的球磨处理中可产生极高的能量，包括热能及机械能，其瞬时温度最大可达到1600摄氏度以上，可满足多种金属的合金反应条件，并且球磨处理中其能量分布不均，更适于发生不完全的合金反应，制备本发明实施例中的室温自固化的金属混合物。

优选地，本发明实施例中的室温自固化的金属混合物采用球磨处理制备，球磨处理可例如行星球磨、搅拌球磨等球磨方式，其中，所述球磨处理的过程中：球磨转速为600–2000转/分钟；球磨时间为10–300分钟。

本发明实施例中的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属，又可称常温液态金属，包括：镓单质、满足熔点在30摄氏度以下的镓基合金、以及镓单质和镓基合金的混合物。其中，镓基合金是指该合金中主要成分为镓的金属合金，例如镓铟合金、镓锡合金、又或是镓铟基合金、镓锡基合金等，该合金中主要以镓铟/镓锡为主要成分。更为具体的，还可选用镓铟锡合金。

本发明实施例中的熔点在500摄氏度以上的金属粉末可包括锌粉、铜粉、铁粉、镍粉中的一种或几种组合。优选地，为了形成熔点较高的合金反应物，提高金属混合物固化后的耐温性，本发明实施例中可选用熔点在1000摄氏度以上的金属粉末可包括铜粉、铁粉、镍粉中的一种或几种组合。在一些其它的实施例中，本发明实施例中的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末还可以选用熔点在1000摄氏度以上包含有铜粉、铜粉、铁粉、镍粉中的一种或几种的金属合金或金属混合物。优选地，本发明实施例中的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末选用纯净的(尽量避免杂质)铜粉、铁粉、镍粉。

在一些实施例中，所述金属粉末的粉体尺寸为0.1μm-75μm。优选地，粉体尺寸的选择可根据金属混合物的实际应用场景进行选择，粉体尺寸越小则制成的金属混合物的粘稠度越低，粉体尺寸越大则制成的金属混合物的粘稠度越高。在一些对于具有立体塑性要求的应用中，可选用粉体尺寸在30μm-75μm，使金属混合物具备较好的可塑性。在一些对于更高的流体特性要求的应用中，可选用0.1μm-30μm，使金属混合物具备较好的涂覆性和流动性。

在一些实施例中，在产生所述合金反应前，所述金属粉末在其与所述低熔点金属的混合物中的质量分数为8％-50％。优选地，金属粉末与低熔点金属之间的比例可根据具体选择配对，例如镓单质与铁粉进行混合反应，生成FeGa₃，因此镓单质与铁粉的比例可如3：1。在一些实施例中，金属粉末与低熔点金属的比例也可不严格按照反应物化学式中的比例混合，亦可达到本发明的效果。

针对低熔点金属和金属粉末之间如何选择配对，在此提供几种组合方案：

1.熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓单质，熔点在500摄氏度以上的金属粉末选用铁粉，其合金反应物为FeGa₃。

2.熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金，熔点在500摄氏度以上的金属粉末选用镍粉，其合金反应物为Ni₂Ga₃、NiGa₄、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃中的一种或多种。

3.熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金，熔点在500摄氏度以上的金属粉末选用镍粉和铁粉，其合金反应物为FeGa₃、Ni₂Ga₃、NiGa₄、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃中的一种或多种。

4.熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟锡合金，熔点在500摄氏度以上的金属粉末选用镍粉、铁粉和锌粉，其合金反应物为FeGa₃、Ni₂Ga₃、NiGa₄、NiGa₅、Ni₃Ga₇、InNi₃、Sn-Zn中的一种或多种。

5.熔点在30摄氏度以下的低熔点金属选用镓铟合金，熔点在500摄氏度以上的金属粉末选用铁粉和铜粉，其合金反应物为FeGa₃和Cu-In中的一种或多种。

在此，本发明提供了多种低熔点金属与金属粉末的组合方案，本领域技术应该理解的除上述举例说明的组合方案之外，还可采用其他的组合方案，在此不再赘述。

本发明的另一个目的在于提出一种室温自固化的金属混合物，以提出一种室温下可自行从液态转变为固体的金属材料，该金属材料可利用上述制备方法制成，亦可采用现有技术中的其它制备方法实现其的制备。

一种室温自固化的金属混合物，在室温下其整体呈粘稠状；其组成包括：熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在500摄氏度以上的金属粉末、熔点在30摄氏度以上的所述低熔点金属和所述金属粉末的合金反应物。其在室温条件下2-24小时由粘稠状转化为固体。

本发明所制备的金属混合物可在室温下自行从液体转化为固体，并且固体状态稳定存在，这一特性使得金属混合物以需求而言，应用于各种导电、导热以及其它金属特性需求的领域，以操作方式而言，其流体的使用状态可应用于涂覆、灌注、填充、打印、印刷等领域，操作适应性强。另外，本发明所制备的金属混合物可在室温下自行固化，无需额外的设备，设备要求低，操作要求低、安全性高。

本发明实施例中的室温自固化的金属混合物，由于其流体特征、金属特性，可应用于导电领域、屏蔽领域、导热领域，又可根据混合的金属颗粒(如镍)的选择，应用于阻燃领域和防腐领域，以及根据金属混合物的粘稠度，应用于塑型领域、涂层涂覆领域、打印印刷领域。具体的，可根据调整其中的低熔点金属和金属粉末的选择，以及含量的方式使其更适于各个应用方向。

基于上述制备方法及金属混合物，本发明在此提出阻燃涂层材料为金属混合物，其在室温下呈粘稠状；其组成包括：熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在1000摄氏度以上的金属粉末、熔点在30摄氏度以上的所述低熔点金属和所述金属粉末的合金反应物；其中，所述金属粉末中的金属元素在所述金属混合物中的质量分数25％-38％。

本发明中的阻燃涂层材料全部由金属组成，其阻燃主要原理是涂层隔绝氧气和金属导热散热。涂层覆盖物质表面隔绝氧气是大多数阻燃涂层材料均具有的性质，由于材料全部由金属组成，导热性好，可将热源带来的热量迅速向整个涂层传导，在大面积传导热量的同时不断散热，从而避免被保护表面的局部热量累积，达到阻燃效果。此种阻燃涂层材料可以在室温状态下呈液体状态或膏体状态，具有较好的粘接性能，可涂覆于建筑、大型设备等需要阻燃的表面。并在室温下通过合金反应实现自固化。由于此种阻燃涂层材料全部由金属组成，不含有机物特别是卤素，因此具有环保无毒的特点，使用更安全。

在一些实施例中，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属包括以下之一或任意组合：镓单质和镓基合金；所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末选用镍粉。

在一些实施例中，所述合金反应物利用所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属和所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末在球磨环境或立式捏合环境中产生。其中，所述球磨环境中包括如下球磨参数：球磨转速为500–600转/分钟；球磨时间为120–180分钟。其中，所述立式捏合环境中包括如下立式捏合参数：立式捏合转速为48–72转/分钟；立式捏合环境温度为150–300摄氏度；立式捏合时间为120–300分钟。

在一些可选地实施例中，所述金属粉末的粉末尺寸为30μm-75μm。优选地，金属粉末的粉末尺寸为40μm-75μm。

在一些实施例中，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为33％-38％；产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。

本发明的另一个目的在于提出一种室温自固化的阻燃涂层材料的使用方法，包括：

步骤S11、确定阻燃涂覆区；

步骤S12、将如上述任一项所述的室温自固化的阻燃涂层材料涂抹至所述阻燃涂覆区；

步骤S13、待室温下6-12小时完成固化。

其中，可通过超声、加热或通直流电流的方式，加速自固化。

在一些实施例中，本发明实施例中的室温自固化的阻燃涂层材料的储存在-20摄氏度–0摄氏度的低温环境中，以避免阻燃涂层材料在非使用期间发生固化现象。因此，在使用从低温环境中取出的阻燃涂层材料时，首先需要将所述阻燃涂层材料从冷藏固体状态恢复至室温粘稠状态。

其整体现象表现为由固体转化为液态，再转化为固体。其中，第一次相变现象是由于温度恢复至室温，金属混合物中的低熔点金属逐渐转变为液态，使金属混合物整体呈粘稠状液体，第二次相变现象是由于本发明实施例中所阐述的固化现象。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种室温自固化的阻燃涂层材料，其特征在于，所述阻燃涂层材料为金属混合物，其在室温下呈粘稠状；

其组成包括：熔点在30摄氏度以下的低熔点金属、熔点在1000摄氏度以上的金属粉末、所述低熔点金属和所述金属粉末的合金反应物，所述合金反应物的熔点在30摄氏度以上；熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓单质、满足熔点在30摄氏度以下的镓基合金、或者镓单质和镓基合金的混合物；熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为铜粉、铁粉、镍粉中的一种或几种的金属合金或金属混合物；

其中，所述金属粉末中的金属元素在所述金属混合物中的质量分数25％-38％。

2.根据权利要求1所述的阻燃涂层材料，其特征在于，所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属包括以下之一或任意组合：

镓单质和镓基合金；

所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末选用镍粉。

3.根据权利要求2所述的阻燃涂层材料，其特征在于，所述合金反应物利用所述熔点在30摄氏度以下的低熔点金属和所述熔点在1000摄氏度以上的金属粉末在球磨环境或立式捏合环境中产生。

4.根据权利要求3所述的阻燃涂层材料，其特征在于，所述球磨环境中包括如下球磨参数：

球磨转速为500–600转/分钟；

球磨时间为120–180分钟。

5.根据权利要求3所述的阻燃涂层材料，其特征在于，所述立式捏合环境中包括如下立式捏合参数：

立式捏合转速为48–72转/分钟；

立式捏合环境温度为150–300摄氏度；

立式捏合时间为120–300分钟。

6.根据权利要求3所述的阻燃涂层材料，其特征在于，所述金属粉末的粉末尺寸为30μm-75μm。

7.根据权利要求3所述的阻燃涂层材料，其特征在于，选用的熔点在30摄氏度以下的低熔点金属为镓铟合金；其中，配比为75％-85％的镓，15％-25％的铟；

选用的熔点在1000摄氏度以上的金属粉末为镍粉；其中，镍粉在其与镓铟合金的混合物中的质量分数为33％-38％；

产生的所述合金反应物包括以下之一或任意组合：

Ni₂Ga₃、NiGa₅、Ni₃Ga₇和InNi₃。

8.一种室温自固化的阻燃涂层材料的使用方法，其特征在于，包括：

确定阻燃涂覆区；

将如权利要求1-7任一项所述的室温自固化的阻燃涂层材料涂抹至所述阻燃涂覆区；

待室温下6-12小时完成固化。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，通过超声、加热或通直流电流的方式，加速自固化。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述将如权利要求1-7任一项所述的室温自固化的阻燃涂层材料涂抹至所述阻燃涂覆区之前，还包括：

将所述阻燃涂层材料从冷藏固体状态恢复至室温粘稠状态。

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