CN114797500B - 一种耐火复合膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合膜的制备领域,公开了一种耐火复合膜及其制备方法,其中制备方法包括如下步骤:(1)将耐火无机纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后,经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核层为无机纳米材料,壳层为壳聚糖;2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到海藻酸钠溶液中,超声分散得到复合膜母液;(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,干燥之后得到耐火复合膜,本发明中,耐火无机纳米片‑壳聚糖的复合纳米片与海藻酸钠自组装成多层结构的薄膜,在提高薄膜耐火性能的同时能够有效提高薄膜的机械性能。

Description

一种耐火复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合膜的制备领域,特别是一种耐火复合膜及其制备方法。
背景技术
复合材料是以一种材料为基体,另一种材料为增强体组合而成的材料。各 种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,复合材料制备的薄膜的综合性能 优于原组成材料而满足各种不同的要求。
无机材料具有良好的耐火性能且无毒,但是现有的无机材料成膜性差,纳 米无机片材材料如果与高分子聚合物混合使用,自组装成膜容易由于无机材料 与有机材料结合界面连接不紧密,导致薄膜结构容易被破坏而失效,大大降低 复合薄膜的性能,减少了复合薄膜的使用场景。
发明内容
为此,需要提供一种耐火复合膜及其制备方法,解决现有复合薄膜机械性 能差,耐火等级低的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种耐火复合膜的制备方法,包括如下步 骤:
(1)将耐火无机纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后, 经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核 层为无机纳米材料,壳层为壳聚糖;
(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到海藻酸钠溶液中,超声分散得到 复合膜母液;
(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,干燥之后得到耐火复合 膜。
进一步,所述耐火无机纳米片为二氧化钛纳米片或钛酸盐纳米片。
进一步,所述耐火无机纳米片材的粒径为100-500nm;所述壳聚糖的分子量 为20-100KDa。
进一步,所述耐火无机纳米片溶液的浓度为10-30%,所述壳聚糖溶液的浓 度为30-40%,耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1。
进一步,步骤(1)中,干燥温度为50-70℃,干燥时间为6-12h。
进一步,步骤(2)中,所述海藻酸钠溶液的浓度为1-3%,复合膜母液中核 壳结构的复合纳米片的含量为50-80wt%。
进一步,超声分散时,超声频率为40-80KHz,超声时间为20-40min。
进一步,步骤(3)中,喷涂时,玻璃基底的加热温度为150-300℃,干燥 时间为3-10min。
一种耐火复合膜,由上述的耐火复合膜的制备方法制备而成。
上述技术方案具有以下有益效果:
本发明中通过耐火无机纳米片-壳聚糖的复合纳米片与海藻酸钠自组装成 多层结构的薄膜,其中耐火无机纳米片能够极大提升薄膜的耐火性能,而无机 纳米片的表面保护一层壳聚糖,壳聚糖上具有多个羟基和氧原子,在自组装的 过程中,能够加大共价键或非共价键的形式与海藻酸钠相互连接,从而使得复合纳米片与海藻酸钠的结合界面连接得更加的紧密,有利于提高薄膜的机械性 能。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果, 以下结合具体实施例详予说明。
实施例1
本实施例提供一种耐火复合膜,制备方法如下:
(1)将二氧化钛纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后, 经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核 层为二氧化钛纳米片,壳层为壳聚糖;二氧化钛纳米片的粒径为300nm,壳聚糖 的分子量为20KDa,二氧化钛纳米片溶液的浓度为20%,所述壳聚糖溶液的浓度 为40%,耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1,分离沉淀物干燥 时,干燥温度为70℃,干燥时间为6h;
(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到2%海藻酸钠溶液中,复合纳米片 的加入量为80wt%,超声分散得到复合膜母液,超声频率为80KHz,超声时间为 20min;
(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,加热温度为200℃,干 燥时间为5min,干燥之后得到耐火复合膜。
实施例2
本实施例提供一种耐火复合膜,制备方法如下:
(1)将二氧化钛纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后, 经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核 层为二氧化钛纳米片,壳层为壳聚糖;二氧化钛纳米片的粒径为500nm,壳聚糖 的分子量为100KDa,二氧化钛纳米片溶液的浓度为10%,所述壳聚糖溶液的浓 度为30%,耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1,分离沉淀物干 燥时,干燥温度为50℃,干燥时间为12h;
(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到1%海藻酸钠溶液中,复合纳米片 的加入量为50wt%,超声分散得到复合膜母液,超声频率为40KHz,超声时间为 40min;
(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,加热温度为150℃,干 燥时间为10min,干燥之后得到耐火复合膜。
实施例3
本实施例提供一种耐火复合膜,制备方法如下:
(1)将钛酸盐纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后, 经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核 层为钛酸盐纳米片,壳层为壳聚糖;钛酸盐纳米片的粒径为100nm,壳聚糖的分子量为80KDa,钛酸盐纳米片溶液的浓度为20%,所述壳聚糖溶液的浓度为40%, 耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1,分离沉淀物干燥时,干燥 温度为70℃,干燥时间为6h;
(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到2%海藻酸钠溶液中,复合纳米片 的加入量为80wt%,超声分散得到复合膜母液,超声频率为8KHz,超声时间为 20min;
(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,加热温度为150℃,干 燥时间为10min,干燥之后得到耐火复合膜。
实施例4
本实施例提供一种耐火复合膜,制备方法如下:
(1)将钛酸盐纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后, 经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核 层为钛酸盐纳米片,壳层为壳聚糖;钛酸盐纳米片的粒径为100nm,壳聚糖的分子量为20KDa,钛酸盐纳米片溶液的浓度为30%,所述壳聚糖溶液的浓度为40%, 耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液体积用量的比例为1:1,分离沉淀物干燥时, 干燥温度为70℃,干燥时间为10h;
(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到3%海藻酸钠溶液中,复合纳米片 的加入量为60wt%,超声分散得到复合膜母液,超声频率为60KHz,超声时间为30min;
(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,加热温度为200℃,干 燥时间为5min,干燥之后得到耐火复合膜。
对照组
(1)将二氧化钛纳米片搅拌下加入到2%海藻酸钠溶液中,二氧化钛纳米片 的加入量为80wt%,二氧化钛纳米片的粒径为300nm,超声分散得到复合膜母液, 超声频率为80KHz,超声时间为20min;
(2)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,加热温度为200℃,干 燥时间为5min,干燥之后得到耐火复合膜。
对上述制备的薄膜性能进行机械性能和耐火性的实验,其实验结果如表1 所示:
表1机械性能和耐火性的实验结果。
其中,拉伸强度按照GB/T 1040.3-2006标准进行测试;阻燃性按照GB/T 2408-2021标准的垂直燃烧实验进行。
由表1可知,本发明中,使用纳米二氧化钛、纳米钛酸盐与海藻酸钠通过 喷涂方法自组装形成多层“砖-泥”结构的薄膜,其阻燃性等级均能够达到V-0 级,而通过壳聚糖包裹无机纳米片材表面,能够提高无机材料和海藻酸钠界面的连接作用力,进而提高薄膜的机械性能。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包 含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素 的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的 要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”或“包含……”限定的 要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另 外的要素。此外,在本文中,“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括 本数;“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述,但本领域内的技术人员一旦得知了 基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改,所以以上所述仅 为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利保护范围,凡是利用本发明说明书内容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之内。

Claims (9)

1.一种耐火复合膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将耐火无机纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中,搅拌反应完成后,经过分离沉淀物,之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片,复合纳米片的核层为无机纳米材料,壳层为壳聚糖;
(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到海藻酸钠溶液中,超声分散得到复合膜母液;
(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上,干燥之后得到耐火复合膜。
2.如权利要求1所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,所述耐火无机纳米片为二氧化钛纳米片或钛酸盐纳米片。
3.如权利要求2所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,所述耐火无机纳米片的粒径为100-500nm;所述壳聚糖的分子量为20-100KDa。
4.如权利要求3所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,所述耐火无机纳米片溶液的浓度为10-30%,所述壳聚糖溶液的浓度为30-40%,耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1。
5.如权利要求1所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,干燥温度为50-70℃,干燥时间为6-12h。
6.如权利要求1所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述海藻酸钠溶液的浓度为1-3%,复合膜母液中核壳结构的复合纳米片的含量为50-80wt%。
7.如权利要求6所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,超声分散时,超声频率为40-80KHz,超声时间为20-40min。
8.如权利要求1所述的耐火复合膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,喷涂时,玻璃基底的加热温度为150-300℃,干燥时间为3-10min。
9.一种耐火复合膜,其特征在于,由权利要求1-8任一所述的耐火复合膜的制备方法制备而成。
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