CN116355478A - 一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法 - Google Patents
一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116355478A CN116355478A CN202310343936.3A CN202310343936A CN116355478A CN 116355478 A CN116355478 A CN 116355478A CN 202310343936 A CN202310343936 A CN 202310343936A CN 116355478 A CN116355478 A CN 116355478A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- self
- flame
- coating
- hydrogel
- repairing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 title claims abstract description 62
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical group CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N tetraphosphorus decaoxide Chemical compound O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 10
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 9
- -1 dicyanoammonium phosphate Chemical compound 0.000 claims description 8
- 238000006366 phosphorylation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 7
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 6
- 229940098779 methanesulfonic acid Drugs 0.000 claims description 6
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 6
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 4
- 230000026731 phosphorylation Effects 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 2
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000006012 monoammonium phosphate Substances 0.000 claims description 2
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 2
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 claims 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 101100335429 Caenorhabditis elegans cfz-2 gene Proteins 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007777 multifunctional material Substances 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D133/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D133/02—Homopolymers or copolymers of acids; Metal or ammonium salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/36—After-treatment
- C08J9/365—Coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/65—Additives macromolecular
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
- C08J2375/04—Polyurethanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2433/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
- C08J2433/02—Homopolymers or copolymers of acids; Metal or ammonium salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/02—Flame or fire retardant/resistant
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法和应用，采用聚乙烯醇、壳聚糖、改性壳聚糖、四硼酸纳和纳米材料制备自修复水凝胶，然后将水性聚丙烯酸与自修复水凝胶共混，搅拌均匀后，涂覆在材料表面，形成自修复阻燃水凝胶涂层。本发明的自修复阻燃水凝胶涂层含有碳源、酸源、气源以及纳米协同阻燃剂，形成协同膨胀型阻燃体系，同时该方法采用自修复水凝胶表现出良好的自修复和阻燃性能，在外墙保温材料的防火中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃涂层技术领域，尤其涉及一种自修复阻燃水凝胶涂层的制备方法。
背景技术
水凝胶(Hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构亲水性高分子聚合物，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。近年来水凝胶应用与研究得到很大的发展，被广泛应用于各个领域，水凝胶涂层对环境友好无污染，表现出优异的应用前景。
动态共价键具有“解离—重组”的特性，由其构建的动态共价交联网络可使得材料获得修复、重塑、再加工等先进功能。共价键较低的反应活化能意味着反应快速且高效，是构建具有高自修复效率材料的重要策略。壳聚糖是由两个含氨基的D型葡萄糖分子通过1,3糖苷键连接形成的线性聚合物，其C3侧链的伯氨基团具有极高的活跃度，常被运用于各类接枝改性。基于壳聚糖设计的亚胺动态共价交联网络可在兼顾活跃地“解离-重组”特性的同时，保留大量羟基，为纳米材料连接提供更多的锚点，形成以亚胺动态共价交联网络纳米自修复涂层。
对于纳米材料，有些纳米材料具有阻止燃烧的功能，将它们作为阻燃剂加入到可燃材料中，利用其特殊的尺寸和结构效应，可以改变可燃材料燃烧性能，使之成为具有防火性能材料。利用纳米技术可以改变阻燃机理，提高阻燃性能。由于纳米粒子颗粒尺寸很小，比表面积很大，它所表现的表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特征，为设计和制备高性能、多功能新材料提供了新的思路和途径。在涂层种加入纳米阻燃剂，由于纳米材料与涂层的协同阻燃作用，使涂层的阻燃效率大幅度提升。
中国发明专利公开文本CN108912657B公开了一种含有纳米材料的自修复涂层，实现了修复速度快，响应时间短，修复后的材料强度高，韧性好，可降低再次发生破坏的可能性的效果，但是该涂层没有特定的阻燃效果，应用范围受到限制。
发明内容
本针对现有技术存在的问题，本发明提供一种自修复阻燃水凝胶涂层的制备方法。
本发明通过技术方案实现：
一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性壳聚糖：将壳聚糖和磷酸化改性剂按(2～10)∶(1～8)的质量比进行混合，然后加入催化剂，按每克壳聚糖配加1～14mL的催化剂进行加入，然后在20～100℃的温度下持续搅拌，进行磷酸化反应，反应后对产物进行过滤，并将滤上物置于真空烘箱中在50-80℃的温度条件下进行10～24小时的干燥处理，得到磷酸化的改性壳聚糖；
(2)制备自修复水凝胶：将纳米材料分散于50～100℃的去离子水中，形成悬浮液，然后将聚乙烯醇、壳聚糖、四硼酸纳、纳米材料和步骤(1)制备得到的改性壳聚糖按照2：(0.1～0.8)：(0.1～0.3)：(0.02～0.2)：(0.1～0.8)的质量比在悬浮液中进行混合，然后进行搅拌20～300min后，得到均匀的自修复水凝胶；
(3)涂层制备：将1～20重量份的水性聚丙烯酸与9～11重量份的步骤(2)制备得到的自修复水凝胶进行混合，然后搅拌20～300min后得到均匀的涂料混合物，将得到的涂料混合物涂覆于基体表面，涂覆厚度为50～200μm，得到自修复水凝胶阻燃涂层。
作为优选，步骤(1)中所述磷酸化改性剂为五氧化二磷、磷酸一氢铵或磷酸二氰铵；所述催化剂为甲烷磺酸。
作为优选，步骤(2)中50～100℃的去离子水与聚乙烯醇的质量比为(5～30):1。
作为优选，所述纳米材料为蒙拓土、MXene、石墨烯或碳纳米管中的一种或多种。
作为优选，步骤(1)中的对滤上物进行干燥处理具体为：先对滤上物用无水乙醚、丙酮、甲醇各清洗三次，然后在真空干燥箱中以-90～-83℃的温度下进行低温冷冻干燥10～15h。
作为优选，步骤(1)在进行磷酸化反应之后，将混合物置于冰水中2.5～3.5h，期间每隔3～8min搅拌1.5～2.5min。
作为优选，步骤(3)中，将得到的涂料混合物涂覆于基体表面，涂覆量为0.10～0.35mL/cm2。
作为优选，步骤(3)中，将得到的涂料混合物涂覆于基体表面，待自修复水凝胶层自然流平后放入38～42℃的烘箱中干燥12～18min。
一种自修复水凝胶阻燃涂层，所述自修复水凝胶阻燃涂层为上述制备方法制备得到的自修复水凝胶阻燃涂层。
一种自修复水凝胶阻燃涂层的应用，所述自修复水凝胶阻燃涂层为上述制备方法制备得到的自修复水凝胶阻燃涂层，所述应用为在聚氨酯，聚苯乙烯的外墙保温材料中进行阻燃的应用。
本发明的有益效果是：
本发明采用聚乙烯醇、壳聚糖、改性壳聚糖和纳米材料制备自修复水凝胶，然后将水性聚丙烯酸与自修复水凝胶共混，搅拌均匀后，对其自修复性能和阻燃性能进行研究，自修复的目的是为了解决涂层在长期使用过程中出现的磨损、划痕、开裂以及涂层内部因应力分布不均而导致的微裂纹，自修复可以使得预警层在损坏后，仅需简单处理即可再度投入使用；或者是定期养护预警层，修复内部微裂纹。而本发明通过详细设置各个原料组成和方法参数的设置，实现了这几个原料形成性能优良自修复涂层的效果，本发明设置的涂层具有阻燃效率高，自修复性能好等优势，在外墙保温材料的防火中具有广阔的应用前景。
本发明通过原料和方法参数的设置，得到特定具体的动态可逆的氢键和硼酸酯键，而具体的动态可逆的氢键和硼酸酯键可以导致水凝胶阻燃涂层三维结构的再生和自我修复。
本发明通过对纳米材料的添加以及对纳米材料与其它组分的协调配合的设置，使得得到的阻燃涂层能够形成膨胀纳米复合阻燃体系，阻燃涂层在遭遇火焰时形成膨胀型碳层，具有优异热稳定性能和隔热隔氧能力，可有效保护基材。
本发明通过对原料和方法参数的具体设置，使得得到的涂料适用性广，通过前次试验得到所制备的阻燃涂层在多种易燃材料上表现出良好的粘附性和稳定性。并且本发明设置的制备工艺容易控制，对生产设备要求低，因此可广泛应用于建筑材料和电线电缆等领域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种自修复阻燃水凝胶涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
将2g壳聚糖(CS)溶解到14mL甲烷磺酸中，然后称取2g五氧化二磷，少量多次地加入，在室温下手动搅拌均匀后置于冰水中3h，期间每隔五min搅拌2min，然后用无水乙醚、丙酮、甲醇各清洗三次，最后在真空干燥箱中以-85.5℃低温冷冻干燥12h，得到磷酸化壳聚糖(CSP)。
将20g聚乙烯醇、2g壳聚糖、1g改性壳聚糖和1g蒙拓土加入到90℃的200g热水中溶解1小时，加入1g四硼酸钠(溶解于20ml水中)，恒温搅拌混合1h，将溶液倒入模具中进行静置且消泡，制得自修复水凝胶，然后将400g水性聚丙烯酸与自修复水凝胶共混，搅拌均匀后，涂覆在聚氨酯保温材料表面，形成自修复水阻燃水凝胶涂料。
将自修复水阻燃水凝胶涂料刷涂在聚氨酯硬泡(RPUF)表面上，涂覆量为0.20mL/cm2，待自修复水阻燃水凝胶涂料自然流平后放入40℃烘箱中干燥15min，制得水凝胶涂层厚度约为200μm。
实施例2
一种自修复阻燃水凝胶涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
将2g壳聚糖(CS)溶解到14mL甲烷磺酸中，然后称取2g五氧化二磷，少量多次地加入，在室温下手动搅拌均匀后置于冰水中3h，期间每隔五min搅拌2min，然后用无水乙醚、丙酮、甲醇各清洗三次，最后在真空干燥箱中以-85.5℃低温冷冻干燥12h，得到磷酸化壳聚糖(CSP)。
将20g聚乙烯醇、2g壳聚糖、2g改性壳聚糖和2gMXene加入到950℃的200g热水中溶解1小时，加入1g四硼酸钠(溶解于20ml水中)，恒温搅拌混合1h，将溶液倒入模具中静置消泡，制得自修复水凝胶，然后将300g水性聚丙烯酸与自修复水凝胶共混，搅拌均匀后，涂覆在聚氨酯保温材料表面，形成自修复水阻燃水凝胶涂料。
将自修复水阻燃水凝胶涂料刷涂在聚氨酯硬泡(RPUF)表面上，涂覆量为0.20mL/cm2，待自修复水阻燃水凝胶涂料自然流平后放入40℃烘箱中干燥15min，制得水凝胶涂层厚度约为200μm。
实施例3
一种自修复阻燃水凝胶涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
将2g壳聚糖(CS)溶解到14mL甲烷磺酸中，然后称取2g五氧化二磷，少量多次地加入，在室温下手动搅拌均匀后置于冰水中3h，期间每隔五min搅拌2min，然后用无水乙醚、丙酮、甲醇各清洗三次，最后在真空干燥箱中以-85.5℃低温冷冻干燥12h，得到磷酸化壳聚糖(CSP)。
将20g聚乙烯醇、3g壳聚糖、3g改性壳聚糖和2g碳纳米管加入到950℃的300g热水中溶解1小时，加入1g四硼酸钠(溶解于20ml水中)，恒温搅拌混合1h，将溶液倒入模具中静置消泡，制得自修复水凝胶，然后将250g水性聚丙烯酸与自修复水凝胶共混，搅拌均匀后，涂覆在聚氨酯保温材料表面，形成自修复水阻燃水凝胶涂料。
将自修复水阻燃水凝胶涂料刷涂在聚氨酯硬泡(RPUF)表面上，涂覆量为0.20mL/cm2，待自修复水阻燃水凝胶涂料自然流平后放入40℃烘箱中干燥15min，制得水凝胶涂层厚度约为200μm。
实施例4
一种自修复阻燃水凝胶涂层的制备方法，具体包括以下步骤：将2g壳聚糖(CS)溶解到14mL甲烷磺酸中，然后称取2g五氧化二磷，少量多次地加入，在室温下手动搅拌均匀后置于冰水中3h，期间每隔五min搅拌2min，然后用无水乙醚、丙酮、甲醇各清洗三次，最后在真空干燥箱中以-85.5℃低温冷冻干燥12h，得到磷酸化壳聚糖(CSP)。
将20g聚乙烯醇、2g壳聚糖和1g改性壳聚糖加入到90℃的200g热水中溶解1小时，加入1g四硼酸钠(溶解于20ml水中)，恒温搅拌混合1h，将溶液倒入模具中静置消泡，制得自修复水凝胶，然后将400g水性聚丙烯酸与自修复水凝胶共混，搅拌均匀后，涂覆在聚氨酯保温材料表面，形成自修复水阻燃水凝胶涂料。
将自修复水阻燃水凝胶涂料刷涂在聚氨酯硬泡(RPUF)表面上，涂覆量为0.20mL/cm2，待自修复水阻燃水凝胶涂料自然流平后放入40℃烘箱中干燥15min，制得水凝胶涂层厚度约为200μm。
对比例1
本对比例没有添加上述实施例的涂层。
实施例1～4以及对比例1的氧指数、UL-94和自修复效率如表1所示，其中测试方法为：垂直燃烧测试：根据标准ASTMD3801在UL-94垂直燃烧测试仪(中国江宁分析仪器公司，型号：CFZ-2)进行。样品尺寸为125mm×13mm×3mm，记录燃烧现象和数据。极限氧浓度测试：在JF-4氧气指数仪(中国江宁分析仪器公司，型号：JF-4)进行。样品尺寸为100mm×100mm×25mm，记录最低氧气浓度。
表1
| 样品 | 氧指数 | UL-94 | 自修复效率 |
| 对比例1 | 18 | 无级别 | / |
| 实施例1 | 34 | V0 | 73±1％ |
| 实施例2 | 32 | V0 | 72±1％ |
| 实施例3 | 33 | V0 | 72±1％ |
| 实施例4 | 28 | V1 | 73±1％ |
结合表1的试验结果对比可以得到，本发明提供的具有阻燃和自修复功能的高效阻燃涂料可有效提高各种易燃材料(如塑料、木材和泡沫等)的火灾安全性，可广泛应用于对阻燃性能要求较高的交通运输、家具电器、建筑装饰和电线电缆等领域。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备改性壳聚糖：将壳聚糖和磷酸化改性剂按(2～10)∶(1～8)的质量比进行混合，然后加入催化剂，按每克壳聚糖配加1～14mL的催化剂进行加入，然后在20～100℃的温度下持续搅拌，进行磷酸化反应，反应后对产物进行过滤，并将滤上物置于真空烘箱中在50-80℃的温度条件下进行10～24小时的干燥处理，得到磷酸化的改性壳聚糖；
(2)制备自修复水凝胶：将纳米材料分散于50～100℃的去离子水中，形成悬浮液，然后将聚乙烯醇、壳聚糖、四硼酸纳、纳米材料和步骤(1)制备得到的改性壳聚糖按照2：(0.1～0.8)：(0.1～0.3)：(0.02～0.2)：(0.1～0.8)的质量比在悬浮液中进行混合，然后进行搅拌20～300min后，得到均匀的自修复水凝胶；
(3)涂层制备：将1～20重量份的水性聚丙烯酸与9～11重量份的步骤(2)制备得到的自修复水凝胶进行混合，然后搅拌20～300min后得到均匀的涂料混合物，将得到的涂料混合物涂覆于基体表面，涂覆厚度为50～200μm，得到自修复水凝胶阻燃涂层。
2.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述磷酸化改性剂为五氧化二磷、磷酸一氢铵或磷酸二氰铵；所述催化剂为甲烷磺酸。
3.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中50～100℃的去离子水与聚乙烯醇的质量比为(5～30):1。
4.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，所述纳米材料为蒙拓土、MXene、石墨烯或碳纳米管中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的对滤上物进行干燥处理具体为：先对滤上物用无水乙醚、丙酮、甲醇各清洗三次，然后在真空干燥箱中以-90～-83℃的温度下进行低温冷冻干燥10～15h。
6.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)在进行磷酸化反应之后，将混合物置于冰水中2.5～3.5h，期间每隔3～8min搅拌1.5～2.5min。
7.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将得到的涂料混合物涂覆于基体表面，涂覆量为0.10～0.35mL/cm2。
8.根据权利要求1所述的自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将得到的涂料混合物涂覆于基体表面，待自修复水凝胶层自然流平后放入38～42℃的烘箱中干燥12～18min。
9.一种自修复水凝胶阻燃涂层，其特征在于，所述自修复水凝胶阻燃涂层为权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的自修复水凝胶阻燃涂层。
10.一种自修复水凝胶阻燃涂层的应用，其特征在于，所述自修复水凝胶阻燃涂层为权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的自修复水凝胶阻燃涂层，所述应用为在聚氨酯，聚苯乙烯的外墙保温材料中进行阻燃的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310343936.3A CN116355478B (zh) | 2023-04-03 | 2023-04-03 | 一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310343936.3A CN116355478B (zh) | 2023-04-03 | 2023-04-03 | 一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116355478A true CN116355478A (zh) | 2023-06-30 |
| CN116355478B CN116355478B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=86915640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310343936.3A Active CN116355478B (zh) | 2023-04-03 | 2023-04-03 | 一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116355478B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2597110A1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-05-29 | Fundación Cidetec | Self-healing material and method for the preparation thereof |
| US20180002544A1 (en) * | 2015-01-16 | 2018-01-04 | Thomas & Betts International Llc | Electrical devices and components used in electrical systems made with self-healing materials |
| CN110204796A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-09-06 | 四川师范大学 | 具有自修复性能的阻燃气凝胶及其制备方法 |
| CN110357987A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-22 | 东南大学 | 一种膨胀型阻燃剂及其制备方法 |
| CN110483663A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-22 | 东南大学 | 一种改性壳聚糖阻燃剂及其制备方法 |
| CN113683811A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-23 | 青岛科技大学 | 一种高效阻燃的磷酸化壳聚糖气凝胶及其制备方法 |
| CN115368794A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-22 | 浙江杭海环保科技有限公司 | 海洋船舶除生物污染的方法 |
| CN115594877A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-13 | 华南理工大学（Cn） | 具有自修复与可回收性能的阻燃涂层及其制备方法与应用 |
-
2023
- 2023-04-03 CN CN202310343936.3A patent/CN116355478B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2597110A1 (en) * | 2011-11-28 | 2013-05-29 | Fundación Cidetec | Self-healing material and method for the preparation thereof |
| US20180002544A1 (en) * | 2015-01-16 | 2018-01-04 | Thomas & Betts International Llc | Electrical devices and components used in electrical systems made with self-healing materials |
| CN110204796A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-09-06 | 四川师范大学 | 具有自修复性能的阻燃气凝胶及其制备方法 |
| CN110357987A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-22 | 东南大学 | 一种膨胀型阻燃剂及其制备方法 |
| CN110483663A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-22 | 东南大学 | 一种改性壳聚糖阻燃剂及其制备方法 |
| CN113683811A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-23 | 青岛科技大学 | 一种高效阻燃的磷酸化壳聚糖气凝胶及其制备方法 |
| CN115368794A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-11-22 | 浙江杭海环保科技有限公司 | 海洋船舶除生物污染的方法 |
| CN115594877A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-13 | 华南理工大学（Cn） | 具有自修复与可回收性能的阻燃涂层及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116355478B (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cao et al. | Fully biomass-based aerogels with ultrahigh mechanical modulus, enhanced flame retardancy, and great thermal insulation applications | |
| CN112961528B (zh) | 一种环保型防火涂料及其制备方法 | |
| CN111234564B (zh) | 一种环境友好型阻燃剂及利用其制备的膨胀性防火涂料 | |
| CN104559100B (zh) | 功能化环糊精阻燃聚乳酸复合材料及其制备方法 | |
| CN110396284A (zh) | 一种膨胀型阻燃剂、阻燃聚乳酸材料及其制备方法 | |
| WO2023060571A1 (zh) | 一种生物基大分子修饰纳米磷酸锆阻燃剂及利用其制备的防火涂料 | |
| CN111704769A (zh) | 利用原位包覆改性聚磷酸铵制备阻燃聚丙烯的方法 | |
| CN110564058B (zh) | 一种绿色膨胀型阻燃聚丙烯及其制备方法 | |
| Lian et al. | A green organic-inorganic PAbz@ ZIF hybrid towards efficient flame-retardant and smoke-suppressive epoxy coatings with enhanced mechanical properties | |
| CN116355478B (zh) | 一种自修复水凝胶阻燃涂层的制备方法 | |
| CN112210629B (zh) | 生物基环糊精包合二茂铁改性类水滑石/花椒籽油环保型阻燃皮革加脂剂及制备方法 | |
| CN103012636A (zh) | 一种无卤黑料阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法 | |
| CN105907033B (zh) | 一种包含纳米钙钛矿氧化物的阻燃人造石的制备方法 | |
| CN111205667A (zh) | 一种阻燃玻璃钢及其制备工艺 | |
| CN110643159A (zh) | 一种生物降解复合材料及其制备方法 | |
| Zhan et al. | Integration of N-and P-elements in sodium alginate aerogels for efficient flame retardant and thermal insulating properties | |
| CN114133675B (zh) | 一种阻燃性好的聚苯乙烯泡沫材料及其制备工艺 | |
| CN108358513A (zh) | 一种环保耐磨保温阻燃复合板材及其制备方法 | |
| CN114395167A (zh) | 一种碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂及其制备方法 | |
| CN113354876A (zh) | 一种基于生物质的单组分多源一体型无卤阻燃剂的制备方法 | |
| CN113801563A (zh) | 一种光固化玻璃隔热涂料及其制备工艺 | |
| CN105504590A (zh) | 一种松香防腐地板及其制备方法 | |
| CN113831597B (zh) | 一种生物基大分子修饰纳米磷酸锆阻燃剂及利用其制备的防火涂料 | |
| CN110951183A (zh) | 一种木塑复合材料的制备方法 | |
| CN110183779A (zh) | 羧甲基纤维素铈作为阻燃剂在高分子聚合物材料中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |