CN114058225B - 一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料及其制备方法和应用，该玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料包括以下重量份的原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液80‑100份、复合添加剂8‑10份、羟基硅油6‑8份、正硅酸乙酯0.6‑0.8份、催化剂1‑3份；复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩20‑90wt％、次磷酸铝10‑80wt％。本发明采用硅烷偶联剂改性玄武岩作为无机填料，以次磷酸铝为无机阻燃剂，并以绿色可生物降解的PVA/CS为成膜物质，可使玄武岩在涂料以及所得的涂层中分散性能好，有效解决了玄武岩与涂层之间界面相容问题；且涂料中次磷酸铝和玄武岩、壳聚糖等相互配合，可有效提升所得涂层的阻燃性和热稳定性。

Description

一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的快速发展，火力、电力和天然气的使用日益增多，并且大量使用高度易燃和易燃的材料，如织物、木材和聚合物，导致了越来越多的火灾事故发生。因此，降低材料的易燃性来减少火灾隐患引起了社会的广泛关注。在易燃材料上涂覆阻燃涂层，将阻燃剂定位到发生燃烧的材料表面并且保持材料的体积特征，这是一种简单有效的阻燃方法。
传统的阻燃剂多采用从石油中裂解的多羟基化合物作为炭源，随着石油资源的日益枯竭，人们的环保意识逐渐提高，利用可再生自然材料来替代传统石油材料，在塑料业、包装业以及制造业具有优良的前景。部分来源于动物和植物的化合物是天生的炭源，如蛋白质、脱氧核糖核酸、壳聚糖、淀粉、环糊精以及植酸适用于阻燃领域。壳聚糖(CS)是甲壳素的完全或部分脱乙酰形式，是真菌和甲壳类等生物的主要成分，是世界上最丰富的生物材料之一，由于其可再生性、无毒性、高生物相容性等，被认为是近年来研究最多的材料之一。聚乙烯醇(PVA)是一种低毒水溶性高分子聚合物，具有生物相容性，生物降解性和易加工能力，广泛应用于纺织，建筑，涂料和制药等领域。
但CS和PVA属于易燃亲水的材料，因此，可以选择合适的填料来提高CS和PVA复合涂料的耐热性能、耐水性能和力学性能。通过引入有机和无机阻燃剂或填料，防止复合材料的热降解，可以提高CS和PVA复合涂料热稳定性和耐热性。无机填料如蒙脱土，炭黑，石墨烯，纳米材料等已被广泛应用于提高涂层的保护性能。
玄武岩岩石在生产过程中产生纤维和粉末等玄武岩填料，我国玄武岩储量丰富，质量好，适合大量生产，玄武岩作为阻燃填料具有很好的前景。玄武岩是一种天然的、以矿物为基础的无机硬填料，由辉石和斜新石两种主要矿物组成，其主要化学成分为43-48％二氧化硅、11-12％氧化铝、5％氧化铁、0-5％氧化镁等。在以前的研究工作中，二氧化硅和金属氧化物被用作增效剂，以提高聚合物材料的阻燃和抑烟性能。因此将玄武岩用于制备阻燃型绿色涂料是一项有价值的研究工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料及其制备方法和应用，以聚乙烯醇/壳聚糖为成膜物质，硅烷偶联剂改性玄武岩和次磷酸铝为复合添加剂，羟基硅油为耐水改性剂，水为溶剂，得到一种阻燃性能、耐水性能优异的涂料。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液80-100份、复合添加剂8-10份、羟基硅油6-8份、正硅酸乙酯0.6-0.8份、催化剂1-3份；
所述复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩20-90wt％、次磷酸铝10-80wt％。
本发明玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料中，加入次磷酸铝和玄武岩配合有利于提高焦炭产率，保护所得复合涂层免受进一步的热降解，从而提高所得涂层的热稳定性。此外，次磷酸铝与壳聚糖构成的N-P阻燃体系在热降解过程中催化脱水成炭，可生成炭保护层。
本发明涂料在催化剂(异辛酸锡)作用下，正硅酸乙酯与羟基硅油进行如下反应：
Figure BDA0003416910240000021
优选的，所述复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩30-70wt％、次磷酸铝30-70wt％。
优选的，所述复合添加剂在所述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料中的添加量为聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液质量的8-12wt％。此时复合添加剂分散性能好，涂料的粘度能达到喷涂标准。
进一步优选的，所述复合添加剂在所述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料中的添加量为聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液质量的10wt％。添加10％的复合添加剂分散性能最佳。
优选的，述硅烷偶联剂改性玄武岩中为硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片，所述硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的粒径≤200目。
优选的，所述聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中，聚乙烯醇的浓度为3.5-5wt％，壳聚糖的浓度为3.5-5wt％；所述聚乙烯醇的聚合度为1000-2500，醇解度为60-99％；所述壳聚糖的脱乙酰度为88-95％；进一步优选的，所述聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中，所述聚乙烯醇的浓度和壳聚糖的浓度比为1：1；所述聚乙烯醇包括聚乙烯醇1788；所述壳聚糖的脱乙酰度为90％。更进一步优选的，所述聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中，所述聚乙烯醇的浓度为4wt％，壳聚糖的浓度为4wt％。
当聚乙烯醇和壳聚糖浓度为上述浓度时，所得涂料的粘度适宜，适合喷涂，且对复合添加剂的分散性好，特别是壳聚糖和聚乙烯醇的浓度比为1：1时，所得涂层的力学性能和稳定性更佳。
优选的，所述羟基硅油的粘度(25℃)为40-65cst；所述催化剂为异辛酸锡；所述催化剂为异辛酸锡。进一步优选的，所述羟基硅油的粘度(25℃)为50cst。
优选的，所述硅烷偶联剂改性玄武岩通过以下方法制备得到：
1)先用乙醇与去离子水水解硅烷偶联剂，得硅烷偶联剂溶液；所述乙醇与去离子水的体积比为1:(0.8-1.5)，所述硅烷偶联剂的量为所需改性的玄武岩质量的1-3wt％，水解硅烷偶联剂时用磁力搅拌器搅拌水解6-8小时；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种；
2)然后加入玄武岩，超声分散30-50min，静置去除上层清液，用去离子水清洗2-3次，放置烘箱中烘干，烘干后过筛，即得。
优选的，所述聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液由以下方法制备得到：向聚乙烯醇和壳聚糖中加入乙酸溶液，再于95-100℃下进行溶解，即得；所述乙酸的浓度为3-5wt％。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：向聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入复合添加剂，用搅拌器以1500-1800转/秒的转速分散3-5min，再加入羟基硅油、正硅酸乙酯和催化剂，搅拌均匀后，即得。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的应用，包括以下步骤：将所述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料涂敷于易燃材料表面，再于50-70℃进行干燥。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用硅烷偶联剂改性玄武岩作为无机填料，以次磷酸铝为无机阻燃剂，并以绿色可生物降解的PVA/CS为成膜物质，可使玄武岩在涂料以及所得的涂层中分散性能好，有效解决了玄武岩与涂层之间界面相容问题。且涂料中次磷酸铝和玄武岩、壳聚糖等相互配合，可有效提升所得涂层的阻燃性和热稳定性。
(2)本发明较现有涂料相比，添加的阻燃剂与填料少，阻燃等级能达到V0级，并且极限氧指数可达到36.61％。
(3)本发明将以玄武岩为填料，以次磷酸铝为阻燃剂，两者配比适宜，可达到优异的阻燃效果。
(4)本发明方法工艺简单，易操作，用该方法制备的涂层能达到较高的阻燃和耐水效果，且对环境友好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是各涂层的SEM图；
图2是各涂层的TG-DTG图；
图3是各涂层的HRR曲线图(a)和THR曲线图(b)；
图4是各涂层的吸水率曲线图(a)和涂覆各涂层的木材的吸水率曲线图(b)；
图5是未涂覆涂层的木材和涂覆3C组涂层的木材的燃烧对比图；
图6是未涂覆涂层的海绵和涂覆3C组涂层的海绵的燃烧对比图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
对比例1：
一种涂料，包括以下原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液100g、羟基硅油8g、正硅酸乙酯0.8g、异辛酸锡2g。
上述涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将4g聚乙烯醇和4g壳聚糖溶解于92g质量分数为5％的乙酸溶液中，置于水浴锅98℃溶解，直至固体全部溶解，并冷却至室温(25℃)，得聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液。
(2)向步骤(1)得到的100g聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入8g羟基硅油、0.8g正硅酸乙酯、2g异辛酸锡，搅拌均匀，得涂料。
对比例2：
一种涂料，包括以下原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液90g、硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片10g、羟基硅油8g、正硅酸乙酯0.8g、异辛酸锡2g。
上述涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片：配制乙醇、去离子水体积比为1：1的混合液，加入硅烷偶联剂KH550，用磁力搅拌器搅拌，水解6小时，再加入玄武岩鳞片，超声分散30min，静置去除上层清液，用去离子水清洗3次，放置烘箱80℃烘干，烘干后过200目筛，得硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片；其中，硅烷偶联剂KH550的加入量为玄武岩鳞片材料质量的1wt％。玄武岩鳞片与混合液的质量比约为1:10。
(2)将4g聚乙烯醇和4g壳聚糖溶解于92g质量分数为5％的乙酸溶液中，置于水浴锅98℃溶解，直至固体全部溶解，并冷却至室温(25℃)，得聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液。
(3)向入90g聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入10g硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片，用搅拌器以1500转/秒的转速分散5min。
(4)向步骤(3)得到的混合料中加入8g羟基硅油、0.8g正硅酸乙酯、2g异辛酸锡，搅拌均匀，得玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料。
对比例3：
一种涂料，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液90g、次磷酸铝10g、羟基硅油8g、正硅酸乙酯0.8g、异辛酸锡2g。
上述涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将4g聚乙烯醇和4g壳聚糖溶解于92g质量分数为5％的乙酸溶液中，置于水浴锅98℃溶解，直至固体全部溶解，并冷却至室温(25℃)，得聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液。
(2)向90g聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入10g次磷酸铝，用搅拌器以1500转/秒的转速分散5min。
(3)向步骤(3)得到的混合料中加入8g羟基硅油、0.8g正硅酸乙酯、2g异辛酸锡，搅拌均匀，得玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料。
实施例1：
一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，包括以下原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液90g、复合添加剂10g、羟基硅油8g、正硅酸乙酯0.8g、异辛酸锡2g；复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片70wt％、次磷酸铝30wt％。
上述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用对比例2中的方法制备硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片。
(2)将4g聚乙烯醇和4g壳聚糖溶解于92g质量分数为5％的乙酸溶液中，置于水浴锅98℃溶解，直至固体全部溶解，并冷却至室温(25℃)，得聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液。
(3)向90g聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入7g硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片、3g次磷酸铝，用搅拌器以1500转/秒的转速分散5min。
(4)向步骤(3)得到的混合料中加入8g羟基硅油、0.8g正硅酸乙酯、2g异辛酸锡，搅拌均匀，得玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料。
本实施例中，聚乙烯醇为聚乙烯醇1788，壳聚糖的脱乙酰度为90％，羟基硅油的粘度(25℃)为50cst。
实施例2：
一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，包括以下重量份的原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液90g、复合添加剂10g、羟基硅油8g、正硅酸乙酯0.8g、异辛酸锡2g；复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片50wt％、次磷酸铝50wt％。
上述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用对比例2中的方法制备硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片。
(2)将4g聚乙烯醇和4g壳聚糖溶解于92g质量分数为5％的乙酸溶液中，置于水浴锅98℃溶解，直至固体全部溶解，并冷却至室温(25℃)，得聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液。
(3)向90g聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入5g硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片、5g次磷酸铝，用搅拌器以1500转/秒的转速分散5min。
(4)向步骤(3)得到的混合料中加入8g羟基硅油、0.8g正硅酸乙酯、2g异辛酸锡，搅拌均匀，得玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料。
实施例3：
一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，包括以下原料：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液90g、复合添加剂10g、羟基硅油8g、正硅酸乙酯0.8g、异辛酸锡2g；复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片30wt％、次磷酸铝70wt％。
上述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用对比例2中的方法制备硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片。
(2)将4g聚乙烯醇和4g壳聚糖溶解于92g质量分数为5％的乙酸溶液中，置于水浴锅98℃溶解，直至固体全部溶解，并冷却至室温(25℃)，得聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液。
(3)向90g聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入3g硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片、7g次磷酸铝，用搅拌器以1500转/秒的转速分散5min。
(4)将步骤(3)得到的混合料中加入8g羟基硅油、0.8g正硅酸乙酯、2g异辛酸锡，搅拌均匀，得玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料。
性能测试：
将对比例1-3以及实际实施例1-3中的涂料分别倒入聚四氟乙烯模具，在烘箱中以60℃干燥，所得到的涂层分别记作“对照组”(各附图中记为Control)、“0C”、“10C”、“3C”、“5C”、“7C”。对上述涂层分别进行SEM分析、热重测试、微型量热测试、垂直燃烧与极限氧指数测试、吸水率测试、涂层附着力与硬度测试。
(一)SEM分析
用SEM(图1)对涂层的表面形貌进行了研究。对照组、0C、3C、5C、7C和10C的SEM图像如图1a-f所示。在未添加阻燃剂(次磷酸铝)与填料(硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片)的涂层(图1a)表面有较多的气泡，这是在涂层搅拌过程中产生的。0C(图1b)涂层中由于添加了10％的填料(硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片)导致涂层的分散性能不好，容易团聚；对比10C(图1f)涂层只添加10％的次磷酸铝也容易团聚。3C(图1c)、5C(图1d)和7C(图1e)中3C的分散性能最佳，随着次磷酸铝的添加量增加分散性能降低。
(二)热重测试
对涂层的热分解特征进行测试，表1为热重的主要数据，图2为涂层的TG-DTG图。
表1在氮气氛围下各涂层的TGA数据
Figure BDA0003416910240000071
由表1和图2可知，只添加10wt％硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的涂层(0C)，最大热失重速率较对照组明显下降，并且延缓了涂层的降解速率，残炭率提高22.70％。玄武岩可以提高基材的热力学，延缓基材的热降解速率。从3C、5C、7C和10C的图像中可以看出，随着次磷酸铝阻燃剂的添加，涂层的残炭率有所增加，涂层在314℃有一个最大热失重速率，这是由于次磷酸铝的分解，但从图中可以看出随着硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的质量比增加，次磷酸铝的质量的减少，涂层的热失重速率降低，并且涂层的最大热降解温度后移。从曲线中可以看出，只添加硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片或者次磷酸铝的效果都比两者互配填加的差，并且添加7％的硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片和3％的次磷酸铝(3C)的效果最好，3C涂层的热失重速率较其他组明显降低，并且残炭率较对照组涂层提高36.70％。TGA和DTG结果表明，在涂层中加入次磷酸铝和硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片有利于提高焦炭产率，保护涂层免受进一步的热降解，从而提高涂层的热稳定性。
(三)微型量热测试
HRR和HRC表示热释放量的速度与能力，它们的值越大火焰传播的速度越快，会导致严重的火灾。微型量热相关数据如表2所示。
表2微型量热相关数据
Figure BDA0003416910240000081
从图3和表2可以看出，只添加10wt％的硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的涂层(0C)较对照组的所有数据均有所下降，这再一次验证玄武岩可以作为填料用于涂层中，但对于只添加10wt％次磷酸铝的涂层(10C)较对照组数据有所上升，这可能是因为次磷酸铝阻燃剂在分解时放热较多，涂层的阻燃效果不佳。但对于进行硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片与次磷酸铝进行互配的三组来说，随着硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片添加量的增多，次磷酸铝添加量的减小，pHRR，THR与HRC逐渐降低，其中3C配方的pHRR，THR与HRC较对照组分别下降66.5％、37.6％和66.0％。这可能是因为酸源、气源和碳源的配比影响阻燃的效果和时间，次磷酸铝作为涂层的酸源，能够更有效得促进脱水碳化，形成更多更大的残炭，气源发泡更充分，形成更厚的残炭层，并且硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的存在可以促进炭层的致密性，为底层聚合物提供一个保护层。
(四)垂直燃烧与极限氧指数
通过UL-94垂直燃烧测定涂层的阻燃性能，数据见表3。
表3垂直燃烧与极限氧指数数据
Figure BDA0003416910240000082
对照组在UL-94中被列为无级(NR)无熔滴。在0C组虽然没有熔滴，但在UL-94中还是被评为无级(NR)，因为只添加玄武岩作为阻燃填料是不能达到阻燃要求的。但引入次磷酸铝阻燃剂后，UL-94等级均能达到V0级。通过极限氧指数和垂直燃烧测定涂层的阻燃性，相应的数据见表3。在之前的研究中纯PVA的极限氧指数值仅为18.6％，并且在燃烧时有熔滴，在UL-94中测试为无等级。而本发明所制备的涂层，LOI有明显提高。在本发明中，未加添加次磷酸铝的对照组和0C组在垂直燃烧中无等级，随着阻燃剂次磷酸铝的添加，3C和5C组LOI数值分别达到36.61％和38.39％，并且达到V-0级。但随着次磷酸铝的质量比增加，硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的质量比的减小，极限氧指数减少，垂直燃烧等级仍为V-0级。实验结果表明3C和5C的涂层具有更好的阻燃性。
(五)吸水率测试
聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)属于亲水材料，在涂层中添加羟基硅油对涂层进行耐水改性，采用测定涂层吸水率的方法对涂层的耐水性进行测试。在室温下，对涂层和涂覆涂层的木材吸水率随时间变化的趋势如图4所示。如图4(a)中，随着时间的推移，所有涂层的吸水率都增加，前12h的吸水率增加较快，之后逐渐缓慢上升，直到达到溶胀水平，继续浸泡后复合涂层的吸水率不再上升呈现饱和状态。在图4(a)中随着硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的质量比减少，次磷酸铝质量比增加，涂层的吸水率增加。将涂层涂覆在木材上，对木材进行吸水率测试如图4(b)所示。在经过60h后的测试后涂覆涂层的木材较原始木材的吸水率下降31.5％，表明涂层降低了木材的吸水率。结果表明，添加了10wt％硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的0C组的吸水率最低，这是因为玄武岩鳞片在涂层中形成“迷宫”效应，玄武岩鳞片在成膜物质中平行堆叠形成“迷宫”，有效阻挡了水分子的扩散。
(六)涂层附着力与硬度
涂层在实际运用中对涂层附着力于硬度有要求，所以对涂层的附着力与硬度进行测试，检测结果见表4。
表4涂层硬度与附着力数据
Figure BDA0003416910240000091
将涂层涂覆在木材对涂层进行附着力测试对照组、0C、7C和10C组均无脱落，在附着力测试中达到最高级0级。3C和5C有少量涂层脱落，等级达到1级。涂层的附着力等级较高，这可能是因为成膜物质PVA和CS有较多的羟基，与木材表面的羟基通过氢键结合，在氢键的作用下，附着力提高。对涂层的硬度进行测试发现，随着涂层中硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片质量分数的减少，次磷酸铝质量分数的增加，涂层的硬度减少，对照组的硬度只有HB，而添加了10％硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的涂层的硬度达到3H。
(七)燃烧测试
将3C组涂层涂饰于易燃的木材与海绵表面，并将样品直接置于酒精灯上燃烧，同时以未涂覆涂层的木材和海绵作为对照组。图5是未涂覆涂层的木材和涂覆3C组涂层的木材的燃烧对比图；图6是未涂覆涂层的海绵和涂覆3C组涂层的海绵的燃烧对比图。涂饰涂层的木材和海绵的阻燃性有极大的提高。在图6中，原始木材在10s时就开始出现火焰，在40s时开始剧烈燃烧，70s时木材剧烈燃烧并且木材结构坍塌。而涂覆涂层的木材在80s才开始出现火焰，较原始木材延后70s，在120s时木材剧烈燃烧，但是在20s后木材快速脱水成炭形成炭保护层并自熄。同样在海绵上的阻燃效果也非常明显，原始海绵在点燃后剧烈燃烧，并产生大量熔滴，在3s后海绵已燃烧完全。但涂饰涂层的海绵在10s后才出现火焰并且未产生熔滴，海绵在燃烧120s后形成炭层并自熄。复合阻燃涂层的高效阻燃性能，适用于易燃物体表面。

Claims (9)

1.一种玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液80-100份、复合添加剂8-10份、羟基硅油6-8份、正硅酸乙酯0.6-0.8份、催化剂1-3份；
所述复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩20-90wt%、次磷酸铝10-80wt%；
所述硅烷偶联剂改性玄武岩中为硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片，所述硅烷偶联剂改性玄武岩鳞片的粒径≤200目；
所述聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中，聚乙烯醇的浓度为3.5-5wt%，壳聚糖的浓度为3.5-5wt%；所述催化剂为异辛酸锡。
2.根据权利要求1所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，所述复合添加剂由以下重量百分比的成分组成：硅烷偶联剂改性玄武岩30-70wt%、次磷酸铝30-70wt%。
3.根据权利要求1所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，所述复合添加剂在所述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料中的添加量为聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液质量的8-12wt%。
4.根据权利要求1所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，所述聚乙烯醇的聚合度为1000-2500，醇解度为60-99%；所述壳聚糖的脱乙酰度为88-95%。
5.根据权利要求1所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，所述羟基硅油的粘度为40-65cst。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性玄武岩通过以下方法制备得到：
1）先用乙醇与去离子水水解硅烷偶联剂，得硅烷偶联剂溶液；所述乙醇与去离子水的体积比为1:（0.8-1.5），所述硅烷偶联剂的量为所需改性的玄武岩质量的1-3wt%，水解硅烷偶联剂时用磁力搅拌器搅拌水解6-8小时；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种；
2）然后加入玄武岩，超声分散30-50min，静置去除上层清液，用去离子水清洗2-3次，放置烘箱中烘干，烘干后过筛，即得。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料，其特征在于，所述聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液由以下方法制备得到：向聚乙烯醇和壳聚糖中加入乙酸溶液，再于95-100℃下进行溶解，即得；所述乙酸的浓度为3-5wt%。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向聚乙烯醇/壳聚糖混合溶液中加入复合添加剂，用搅拌器以1500-1800转/秒的转速分散3-5min，再加入羟基硅油、正硅酸乙酯和催化剂，搅拌均匀后，即得。
9.一种如权利要求1-7中任一项所述的玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料的应用，其特征在于，包括以下步骤：将所述玄武岩/次磷酸铝阻燃耐水涂料涂敷于易燃材料表面，再于50-70℃进行干燥。
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