CN113683908A - 一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物及其使用方法。该组合物由A组分和B组分组成；在室温～90℃的条件下，将分散剂A加入到去离子水中搅拌溶解，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散，调节溶液pH为碱性，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；在室温～90℃的条件下，将分散剂B加入到去离子水中搅拌溶解，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散，调节溶液pH为酸性，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分；分散剂A和分散剂B的作用是分散气凝胶，并获得相反电性的溶液。本发明实现了涂层厚度的有效可控，避免了单一zeta电性涂层重复涂覆过程中同性相斥而导致难以达到涂层目标厚度的问题。

Description

一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物及其使用方法，属于阻燃涂料领域。
背景技术
20 世纪30 年代Kistler等人（Kistler, S. S . Coherent Expanded-Aerogels.The Journal of Physical Chemistry, 1932, 36, 1, 52-64）通过超临界干燥制备得到了气凝胶，气凝胶具有高的比表面积、超低的密度、低的介电常数、低的热导率、独特的光学和声学性能等，常应用于建筑阻燃隔音材料、催化、废水处理吸附等领域。二氧化硅气凝胶具有很好的隔热性能，具有密度低、防水阻燃、绿色环保、不易老化、使用寿命长等特点。二氧化硅气凝胶具有优越的隔热性能、良好的热稳定性、优异的隔声性等，是目前所有隔热固体材料中隔热性能最好的一种环境友好型建筑材料。另外，二氧化硅气凝胶自身不可燃，可长时间承受火焰灼烧，在高温或火场中不释放有害物质，同时能够有效阻隔火势蔓延，可用于阻燃材料。近年来，由于常压干燥法制备二氧化硅气凝胶技术的成熟，使二氧化硅气凝胶的应用领域更加广泛，已经在保温材料和隔热涂料等领域取得了非常重要的应用成果。但是，将二氧化硅气凝胶用于阻燃涂料还没有引起人们的关注，而目前研究较多的阻燃涂料是由高分子聚合物与阻燃剂及其它添加剂构成的高浓度液体，其固含量较高，难以实现微、纳米级厚度涂覆，尤其是难以在多孔性易燃材料的孔壁上达到均匀微、纳米级厚度可控涂覆。
发明内容
本发明旨在提供一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物及其使用方法，该涂料组合物由第一组分A和第二组分B的双组分体系构成，可涂覆于不规则形状易燃物表面，涂覆厚度能够达到微、纳米级可控。
本发明的组分A和组分B具有正、负相反的zeta电位，通过浸渍法将组分A和组分B交替涂覆在易燃物表面时，利用异性zeta电位物质互相吸引的原理，可以增强组分A和组分B的结合力，实现涂层厚度的有效可控，避免了单一zeta电性涂层重复涂覆过程中同性相斥而导致难以达到涂层目标厚度的问题。
本发明提供了一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物，由A组分和B组分组成；
所述A组分是由以下方法制成：在室温～90 ℃的条件下，将一定量的分散剂A加入到去离子水中搅拌溶解，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散，调节溶液pH为碱性，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；
所述B组分是由以下方法制成：在室温～90 ℃的条件下，将一定量的分散剂B加入到去离子水中搅拌溶解，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散，调节溶液pH为酸性，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分。
分散剂A和分散剂B的作用是分散气凝胶，并获得相反电性的溶液。
上述涂料组合物中，A组分是为以水为溶剂，用分散剂A分散二氧化硅气凝胶后形成具有正Zeta电位的溶液，分散剂A为聚乙烯亚胺。所制得的A组分具有正Zeta电位。
进一步地，分散剂A的浓度小于5%（分散剂A在水中的质量浓度），上述分散剂A与二氧化硅气凝胶的质量比为1:0.5～5。
上述涂料组合物中，B组分为以水为溶剂，用分散剂B分散二氧化硅气凝胶后形成具有负Zeta电位的溶液，分散剂B为聚丙烯酸或脲醛树脂。所制得的B组分具有负Zeta电位。
进一步地，分散剂B的浓度小于5%（即分散剂B在水中的质量浓度），上述分散剂B与二氧化硅气凝胶的质量比为1:0.5～5。
本发明提供的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物由前述方法制得的A、B组分构成。
本发明提供了上述二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物的使用方法：易燃材料通过在A、B组分中交替浸渍的方式，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料构成的阻燃涂层；该阻燃涂层厚度可在微、纳米级调控。
上述的易燃材料包括不规则形状易燃物，一般指表面不光滑或多孔性柔性聚合物，如多孔柔性聚氨酯泡沫或聚苯乙烯泡沫。交替浸渍的次数为3~5次，每次浸渍时间为5~15分钟。
本发明的有益效果：
本发明涂料组合物可涂覆于不规则形状易燃物表面，涂覆厚度能够达到微、纳米级可控；利用异性zeta电位物质互相吸引的原理，增强了组分A和组分B的结合力，实现涂层厚度的有效可控，避免了单一zeta电性涂层重复涂覆过程中同性相斥而导致难以达到涂层目标厚度的问题。
附图说明
图1为实施例1水平燃烧测试的效果图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均为本发明保护范围。
实施例1：
（1）在40℃温度条件下，将聚乙烯亚胺加入到去离子水中搅拌溶解，形成聚乙烯亚胺浓度为0.2 wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为10，二氧化硅气凝胶的质量为聚乙烯亚胺的1.5倍，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；
（2）在40℃温度条件下，将聚丙烯酸加入到去离子水中搅拌溶解，形成聚丙烯酸浓度为0.2% wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为3，二氧化硅气凝胶的质量为聚丙烯酸的1.5倍，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分；
（3）将聚氨酯泡沫在稀硝酸溶液中放置1小时，用去离子水冲洗该聚氨酯泡沫，将冲洗后的聚氨酯泡沫在A组分中浸渍10分钟，用去离子水冲洗该聚氨酯泡沫，将该聚氨酯泡沫在B组分中浸渍10分钟，用去离子水冲洗该聚氨酯泡沫，重复此过程1、2、3、4次，然后在鼓风干燥箱中60 ℃条件下干燥2小时，最终获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料构成的阻燃涂层；该阻燃涂层厚度可在微、纳米级调控。
用上述涂料对样品进行涂覆后的阻燃效果（水平燃烧测试）：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例2：
（1）在80℃温度条件下，将聚乙烯亚胺加入到去离子水中搅拌溶解，形成聚乙烯亚胺浓度为0.4 wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为11，二氧化硅气凝胶的质量为聚乙烯亚胺的2倍，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；
（2）在80℃温度条件下，将脲醛树脂加入到去离子水中搅拌溶解，形成脲醛树脂浓度为0.4 wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为4，二氧化硅气凝胶的量为脲醛树脂的2倍，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分；
（3）将聚氨酯泡沫在稀硝酸溶液中放置1小时，用去离子水冲洗该聚氨酯泡沫，将该聚氨酯泡沫在A组分中浸渍15分钟，用去离子水冲洗该聚氨酯泡沫，将该聚氨酯泡沫在B组分中浸渍15分钟，用去离子水冲洗该聚氨酯泡沫，重复此过程3次，然后在鼓风干燥箱中60 ℃条件下干燥2小时，最终获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料构成的阻燃涂层；该阻燃涂层厚度可在微、纳米级调控。
实施例3：
（1）在80℃温度条件下，将聚乙烯亚胺加入到去离子水中搅拌溶解，形成改性聚乙烯亚胺浓度为0.3 wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为11，二氧化硅气凝胶的质量为聚乙烯亚胺的5倍，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；
（2）在80℃温度条件下，将聚丙烯酸加入到去离子水中搅拌溶解，形成聚丙烯酸浓度为0.3 wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为4，二氧化硅气凝胶的质量为聚丙烯酸的5倍，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分；
（3）将聚苯乙烯泡沫在稀硝酸溶液中放置1小时，用去离子水冲洗该聚苯乙烯泡沫，将该聚苯乙烯泡沫在A组分中浸渍15分钟，用去离子水冲洗该聚苯乙烯泡沫，将该聚苯乙烯泡沫在B组分中浸渍15分钟，用去离子水冲洗该聚苯乙烯泡沫，重复此过程5次，然后在鼓风干燥箱中60 ℃条件下干燥2小时，最终获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料构成的阻燃涂层；该阻燃涂层厚度可在微、纳米级调控。
实施例4：
（1）在40℃温度条件下，将聚乙烯亚胺加入到去离子水中搅拌溶解，形成聚乙烯亚胺浓度为0.1 wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为10，二氧化硅气凝胶的质量为聚乙烯亚胺的一半，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；
（2）在40℃温度条件下，将一定量的脲醛树脂加入到去离子水中搅拌溶解，形成脲醛树脂浓度为0.1% wt%，然后冷却到室温，在此溶液中加入一定量的二氧化硅气凝胶进行超声分散2小时，调节溶液pH为2，二氧化硅气凝胶的质量为脲醛树脂的一半，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分；
（3）将聚苯乙烯泡沫在稀硝酸溶液中放置1小时，用去离子水冲洗该聚苯乙烯泡沫，将该聚苯乙烯泡沫在A组分中浸渍5分钟，用去离子水冲洗该聚苯乙烯泡沫，将该聚苯乙烯泡沫在B组分中浸渍5分钟，用去离子水冲洗该聚苯乙烯泡沫，重复此过程3次，然后在鼓风干燥箱中60 ℃条件下干燥2小时，最终获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料构成的阻燃涂层；该阻燃涂层厚度可在微、纳米级调控。

Claims (8)

1.一种二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物，其特征在于由A组分和B组分组成；
所述A组分是由以下方法制成：在室温～90 ℃的条件下，将分散剂A加入到去离子水中搅拌溶解，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散，调节溶液pH为碱性，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的A组分；
所述B组分是由以下方法制成：在室温～90 ℃的条件下，将分散剂B加入到去离子水中搅拌溶解，然后冷却到室温，在此溶液中加入二氧化硅气凝胶进行超声分散，调节溶液pH为酸性，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料的B组分；
分散剂A和分散剂B的作用是分散气凝胶，并获得相反电性的溶液。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物，其特征在于：A组分是以水为溶剂，用分散剂A分散二氧化硅气凝胶后形成具有正Zeta电位的溶液，分散剂A为聚乙烯亚胺。
3.根据权利要求2所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物，其特征在于：分散剂A在水中的质量浓度小于5%，分散剂A与二氧化硅气凝胶的质量比为1:0.5～5。
4.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物，其特征在于：B组分为以水为溶剂，用分散剂B分散二氧化硅气凝胶后形成具有负Zeta电位的溶液，分散剂B为聚丙烯酸或脲醛树脂。
5.根据权利要求4所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物，其特征在于：分散剂B在水中的质量浓度小于5%，分散剂B与二氧化硅气凝胶的质量比为1:0.5～5。
6.一种权利要求1~5任一项所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物的使用方法，其特征在于：易燃材料通过在A、B组分中交替浸渍的方式，获得二氧化硅气凝胶阻燃涂料构成的阻燃涂层；该阻燃涂层厚度在微、纳米级调控。
7.根据权利要求6所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物的使用方法，其特征在于：易燃材料包括多孔柔性聚氨酯泡沫或聚苯乙烯泡沫。
8.根据权利要求6所述的二氧化硅气凝胶阻燃涂料组合物的使用方法，其特征在于：交替浸渍的次数为3~5次，每次浸渍时间为5~15分钟。
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