CN115073118A - 一种石膏基阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石膏基阻燃复合材料及其制备方法，该复合材料包括第一组分和第二组分，第一组分以重量份数计包括以下物料：石膏20‑70份、纤维5‑10份、碳酸钠40‑80份、石墨2‑5份、α‑烯烃磺酸钠2‑5份、石膏缓凝剂2‑8份、填料2‑8份、硅酸二钙1‑3份；第二组分以重量份数计包括以下物料：30‑50份氢氧化铝粉末、5‑10份阻燃剂，第二组分和第一组分的重量比例为：(1‑6):20。两个组分均以水为分散介质，减少了有机溶剂的使用，减少了该复合材料对环境的污染，也减少了其对工作人员身体的损伤；该复合材料具有较好的阻燃性能，其耐火时间长，具有良好的隔热性能，从而给予了火灾中受困人员充足的逃生时间。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种石膏基阻燃复合材料及其制备方法。
背景技术
相比于传统的混凝土建筑而言，钢结构建筑采用钢板或者型钢替代了钢筋混凝土，其强度更高、抗震性更好，并且施工周期短，同时钢材的可重复利用性大大减少了建筑垃圾，使得其更加绿色环保，因此，钢结构建筑被广泛应用在工业建筑和民用建筑中。
钢结构建筑所采用的钢材是不会燃烧的建筑材料，然而，钢材高温中机械性能会急剧下降，使得其失去承载能力，发生较大的形变，从而导致钢柱、钢梁弯曲，，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。因此，钢结构材料必须进行防火处理，以将钢结构的耐火极限提高，其中较常采用的防火处理方法为向钢结构表面喷涂防火涂料，在高温下，防火涂料形成耐火隔热层从而提高钢结构的耐火极限。
市场上的防火涂料多是以有机溶剂为分散介质，这就使得其在喷涂的过程中会产生较多的有机挥发物，一方面对环境造成了污染，另一方面也对施工工人的身体造成了损伤。
发明内容
本发明提供了一种石膏基阻燃复合材料及其制备方法，以解决上述问题。
本发明所采用的技术方案是：一种石膏基阻燃复合材料，该复合材料包括第一组分和第二组分，第一组分以重量份数计包括以下物料：石膏20-70份、纤维5-10份、碳酸钠40-80份、石墨2-5份、α-烯烃磺酸钠2-5份、石膏缓凝剂2-8份、填料2-8份、硅酸二钙1-3份；第二组分以重量份数计包括以下物料：30-50份氢氧化铝粉末、5-10份阻燃剂，第二组分和第一组分的重量比例为：(1-6):20。
优选地，所述的阻燃剂包括以下物料：异氰酸酯封端的磷系有机阻燃剂、阻燃微球，二者的质量比例为1:1，该磷系有机阻燃剂的结构式为式1，
优选地，所述的阻燃微球包括外壳和填充在外壳内的填充剂，外壳的材质为壳聚糖，外壳与填充剂的重量比例为：1:1.5，填充剂包括无机阻燃剂和改性煅烧高岭土，无机阻燃剂和改性煅烧高岭土的质量比例为1:3。
优选地，无机阻燃剂包括氯化钠和氯化镁，二者的质量比例为1:1，改性煅烧高岭土以重量份数计包括以下组分：5-10份煅烧高岭土、1-2份十二烷基苯磺酸钠、2-3份四氟化硅。
该复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1：制备阻燃微球；
S2：制备第二组分：将第二组分的各物料混合均匀；
S3：制备第一组分：将第一组分的各物料混合均匀。
优选地，步骤S1包括以下步骤：a.将煅烧高岭土在200-350℃的温度条件下加热4-6h，逐步降温至110℃下干燥30min即可；
b.将步骤a中得到的煅烧高岭土和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，煅烧高岭土的质量浓度为5g/100ml，超声10min以混合均匀，向其中加入硅烷偶联剂，在60℃下超声1-2h，得到活化后的煅烧高岭土溶液；
c.向步骤b得到的活化后的煅烧高岭土溶液中加入四氟化硅，在40℃下超声30min，在搅拌条件下缓慢加入壳聚糖，搅拌10min后加入醋酸以调节pH至5.0，超声20min，得到混合乳液；
d.在搅拌条件下，对混合乳液进行水浴加热使得混合乳液的温度维持在60℃，并向混合乳液中缓慢加入一定量的戊二醛，戊二醛与壳聚糖的质量比例为1:2，搅拌反应1-2h后经过滤、洗涤、干燥即可。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明的复合材料包括两个组分，两个组分均以水为分散介质，减少了有机溶剂的使用，从而在一定程度上减少了该复合材料对环境的污染，也在一定程度上减少了其对工作人员身体的损伤；该复合材料具有较好的阻燃性能，其耐火时间长，具有良好的隔热性能，从而给予了火灾中受困人员充足的逃生时间。本发明的复合材料能够实现一次喷涂40-55mm的厚度而不出现流挂现象，实现了一次喷涂成型，减少了工人的劳动量，节约了多次喷涂中等待的时间，提高了生产效率。
具体实施方式
为了对本发明进行更好地说明，现结合实例对其进行进一步的说明。
一种石膏基阻燃复合材料，该复合材料包括第一组分和第二组分，第一组分以重量份数计包括以下物料：石膏20-70份、纤维5-10份、碳酸钠40-80份、石墨2-5份、α-烯烃磺酸钠2-5份、石膏缓凝剂2-8份、填料2-8份、硅酸二钙1-3份，填料选自纳米二氧化硅、硅酸铝、粉煤灰中的一种或多种且其重量份数一致，第二组分以重量份数计包括以下物料：30-50份氢氧化铝粉末、5-10份阻燃剂，第二组分和第一组分的重量比例为：(1-6):20。
基于上述，所述的阻燃剂包括以下物料：异氰酸酯封端的磷系有机阻燃剂、阻燃微球，二者的质量比例为1:1，该磷系有机阻燃剂的结构式为式1，
基于上述，所述的阻燃微球包括外壳和填充在外壳内的填充剂，外壳的材质为壳聚糖，外壳与填充剂的重量比例为：1:1.5，填充剂包括无机阻燃剂和改性煅烧高岭土，无机阻燃剂和改性煅烧高岭土的质量比例为1:3。
基于上述，无机阻燃剂包括氯化钠和氯化镁，二者的质量比例为1:1，改性煅烧高岭土以重量份数计包括以下组分：5-10份煅烧高岭土、1-2份十二烷基苯磺酸钠、2-3份四氟化硅。
基于上述，第一组分以重量份数计包括以下物料：石膏20-70份、纤维5-10份、碳酸钠40-80份、石墨2-5份、α-烯烃磺酸钠2-5份、石膏缓凝剂2-8份、填料2-8份、硅酸二钙1-3份、聚苯乙烯10-20份、蛭石5-20份。
该石膏基阻燃复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1：制备阻燃微球；
S2：制备第二组分：将第二组分的各物料混合均匀；
S3：制备第一组分：将第一组分的各物料混合均匀；
步骤S1包括以下步骤：a.将煅烧高岭土在200-350℃的温度条件下加热4-6h，逐步降温至110℃下干燥30min即可；
b.将步骤a中得到的煅烧高岭土和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，煅烧高岭土的质量浓度为5g/100ml，超声10min以混合均匀，向其中加入硅烷偶联剂，在60℃下超声1-2h，得到活化后的煅烧高岭土溶液；
c.向步骤b得到的活化后的煅烧高岭土溶液中加入四氟化硅，在40℃下超声30min，在搅拌条件下缓慢加入壳聚糖，搅拌10min后加入醋酸以调节pH至5.0，超声20min，得到混合乳液；
d.在搅拌条件下，对混合乳液进行水浴加热使得混合乳液的温度维持在60℃，并向混合乳液中缓慢加入一定量的戊二醛，戊二醛与壳聚糖的质量比例为1:2，搅拌反应1-2h后经过滤、洗涤、干燥即可。
施工时将第一组分与水混合均匀，二者的质量比例为1:1.2，得到第一混合液，将第二组分与水混合均匀，第二组分与水的质量比例为1:1.5，得到第二混合液，然后将所得的第一混合液和第二混合液加入双组分的喷涂机中进行喷涂，第一混合液和第二混合液的重量比例为1:0.3，一次喷涂厚度为40-55mm。
实施例1
一种石膏基阻燃复合材料，该复合材料包括第一组分和第二组分，第一组分以重量份数计包括以下物料：石膏50份、纤维5份、碳酸钠60份、石墨3份、α-烯烃磺酸钠3份、石膏缓凝剂5份、纳米二氧化硅2.5份、粉煤灰2.5份、硅酸二钙2份；，第二组分以重量份数计包括以下物料：45份氢氧化铝粉末、5份异氰酸酯封端的磷系有机阻燃剂、5份阻燃微球，第二组分和第一组分的重量比例为：1:4，磷系有机阻燃剂的结构式为式1，
阻燃微球包括外壳和填充在外壳内的填充剂，外壳的材质为壳聚糖，外壳与填充剂的重量比例为：1:1.5，填充剂包括氯化钠、氯化镁、改性煅烧高岭土，氯化钠、氯化镁、改性煅烧高岭土的质量比例为0.5:0.5:3。改性煅烧高岭土以重量份数计包括以下组分：5-10份煅烧高岭土、1-2份十二烷基苯磺酸钠、2-3份四氟化硅。
该石膏基阻燃复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1：制备阻燃微球；
S2：制备第二组分：将第二组分的各物料混合均匀；
S3：制备第一组分：将第一组分的各物料混合均匀；
步骤S1包括以下步骤：a.将煅烧高岭土在300℃的温度条件下加热6h，逐步降温至110℃下干燥30min即可；
b.将步骤a中得到的煅烧高岭土和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，煅烧高岭土的质量浓度为5g/100ml，超声10min以混合均匀，向其中加入硅烷偶联剂，在60℃下超声2h，得到活化后的煅烧高岭土溶液；
c.向步骤b得到的活化后的煅烧高岭土溶液中加入四氟化硅，在40℃下超声30min，在搅拌条件下缓慢加入壳聚糖，搅拌10min后加入醋酸以调节pH至5.0，超声20min，得到混合乳液；
d.在搅拌条件下，对混合乳液进行水浴加热使得混合乳液的温度维持在60℃，并向混合乳液中缓慢加入一定量的戊二醛，戊二醛与壳聚糖的质量比例为1:2，搅拌反应2h后经过滤、洗涤、干燥即可。
施工时将第一组分与水混合均匀，二者的质量比例为1:1.2，得到第一混合液，将第二组分与水混合均匀，第二组分与水的质量比例为1:1.5，得到第二混合液，然后将所得的第一混合液和第二混合液加入双组分的喷涂机中进行喷涂，第一混合液和第二混合液的重量比例为1:0.3，喷涂厚度为40mm。
该实施例中未特别注明的原料均为市售所得。
对比例1
对比例1与实施例1的区别点在于：第一组分中不含有粉煤灰。
对比例2
对比例2与实施例1的区别点在于：第二组分中不含有磷系有机阻燃剂。
对比例3
对比例3与实施例1的区别点在于阻燃微球的制备方法包括以下步骤：a.将煅烧高岭土和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，煅烧高岭土的质量浓度为5g/100ml，超声10min以混合均匀，在60℃下超声2h，加入四氟化硅，在40℃下超声30min，在搅拌条件下缓慢加入壳聚糖，搅拌10min后加入醋酸以调节pH至5.0，超声20min，在搅拌条件下进行水浴加热使得其温度维持在60℃，并缓慢加入一定量的戊二醛，戊二醛与壳聚糖的质量比例为1:2，搅拌反应2h后经过滤、洗涤、干燥即可。
参照国标GB 14907-2018《钢结构防火涂料》，按照实施例1、对比例1-3的配方以及实施例1的施工方法制备样品，所制得的实施例1样品性能如表1所示，其耐火性能如表2所示。
表1实施例1样品检测结果
表2耐火性能检测结果
以上所述的仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种石膏基阻燃复合材料，其特征在于：该复合材料包括第一组分和第二组分，第一组分以重量份数计包括以下物料：石膏20-70份、纤维5-10份、碳酸钠40-80份、石墨2-5份、α-烯烃磺酸钠2-5份、石膏缓凝剂2-8份、填料2-8份、硅酸二钙1-3份；第二组分以重量份数计包括以下物料：30-50份氢氧化铝粉末、5-10份阻燃剂，第二组分和第一组分的重量比例为：(1-6):20。
2.根据权利要求1所述的一种石膏基阻燃复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂包括以下物料：异氰酸酯封端的磷系有机阻燃剂、阻燃微球，二者的质量比例为1:1，该磷系有机阻燃剂的结构式为式1，
式1
3.根据权利要求2所述的一种石膏基阻燃复合材料，其特征在于：所述的阻燃微球包括外壳和填充在外壳内的填充剂，外壳的材质为壳聚糖，外壳与填充剂的重量比例为：1:1.5，填充剂包括无机阻燃剂和改性煅烧高岭土，无机阻燃剂和改性煅烧高岭土的质量比例为1:3。
4.根据权利要求3所述的一种石膏基阻燃复合材料，其特征在于：无机阻燃剂包括氯化钠和氯化镁，二者的质量比例为1:1，改性煅烧高岭土以重量份数计包括以下组分：5-10份煅烧高岭土、1-2份十二烷基苯磺酸钠、2-3份四氟化硅。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的石膏基阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：制备阻燃微球；
S2：制备第二组分：将第二组分的各物料混合均匀；
S3：制备第一组分：将第一组分的各物料混合均匀。
6.根据权利要求6所述的一种石膏基阻燃复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1包括以下步骤：a.将煅烧高岭土在200-350℃的温度条件下加热4-6h，逐步降温至110℃下干燥30min即可；
b.将步骤a中得到的煅烧高岭土和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，煅烧高岭土的质量浓度为5g/100ml，超声10min以混合均匀，向其中加入硅烷偶联剂，在60℃下超声1-2h，得到活化后的煅烧高岭土溶液；
c.向步骤b得到的活化后的煅烧高岭土溶液中加入四氟化硅，在40℃下超声30min，在搅拌条件下缓慢加入壳聚糖，搅拌10min后加入醋酸以调节pH至5.0，超声20min，得到混合乳液；
d.在搅拌条件下，对混合乳液进行水浴加热使得混合乳液的温度维持在60℃，并向混合乳液中缓慢加入一定量的戊二醛，戊二醛与壳聚糖的质量比例为1:2，搅拌反应1-2h后经过滤、洗涤、干燥即可。
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