一種涂料用阻燃劑及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及阻燃劑，具體為一種涂料用阻燃劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、涂料用阻燃劑是一類(lèi)用于提高涂層材料防火性能的重要添加劑。隨著現(xiàn)代工業(yè)和建筑行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)于安全性尤其是公共場(chǎng)所、交通工具及家居裝飾領(lǐng)域的要求不斷提高。涂料不僅需要提供美觀的效果，還需要具備一定的防火阻燃性能以降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和延緩火勢(shì)蔓延。

2、涂料用阻燃劑的作用機(jī)制包括物理隔離、吸熱反應(yīng)、氣體抑制以及成炭作用等多種方式。具體來(lái)說(shuō)，物理隔離是指阻燃劑形成的涂層能夠阻擋氧氣到達(dá)燃料表面；吸熱反應(yīng)是指某些阻燃劑在受熱時(shí)會(huì)吸收周?chē)鸁崃?，降低火焰溫度；氣體抑制是指阻燃劑分解產(chǎn)生的非燃性氣體可以稀釋氧氣濃度；而成炭作用則是指膨脹性阻燃劑在受熱時(shí)形成多孔性的炭層，有效隔絕熱量和氧氣。按化學(xué)成分不同，阻燃劑主要分為無(wú)機(jī)阻燃劑、有機(jī)阻燃劑、納米阻燃劑以及生物基阻燃劑等類(lèi)型。

3、目前市場(chǎng)上的一些阻燃劑雖然能夠提高涂料的阻燃性能，但在高溫條件下容易導(dǎo)致涂料涂層開(kāi)裂，進(jìn)而影響阻燃效果和涂層的整體性能。且涂料用阻燃劑還存在相容性差、高溫開(kāi)裂以及環(huán)保問(wèn)題等技術(shù)缺陷。

4、針對(duì)這些問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種涂料用阻燃劑，該阻燃劑具有良好的阻燃性能，與涂料有較好的相容性，并且能夠有效避免阻燃劑使用時(shí)使涂料涂層在高溫下開(kāi)裂的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種涂料用阻燃劑，涂料用阻燃劑的結(jié)構(gòu)為核-殼結(jié)構(gòu)，所述核-殼結(jié)構(gòu)由內(nèi)及外包括鎢酸鋯核層、阻燃?xì)?；所述阻燃?xì)佑沙Щ柩跬楹土u丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠復(fù)合得到。

2、進(jìn)一步的，所述鎢酸鋯核層是依次將鋯源、鎢源與去離子水混合攪拌后，再依次加入絮凝劑、酸溶液進(jìn)行回流、靜置、過(guò)濾、洗滌、干燥研磨熱處理得到。

3、進(jìn)一步的，所述超支化硅氧烷是由n-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷和去離子水混合反應(yīng)得到；

4、進(jìn)一步的，所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠是將殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠依次加入乙酸后加入氧化石墨烯混合得到。

5、本發(fā)明還提供了一種涂料用阻燃劑的制備方法，包括以下制備步驟：

6、(1)將鋯源和去離子水按質(zhì)量比1：2～6混合，以200～300rpm轉(zhuǎn)速攪拌溶解，隨后加入鎢源，繼續(xù)攪拌30～60min，得到初混溶液，此時(shí)，初混溶液中所含四價(jià)鋯離子和六價(jià)鎢離子的摩爾比1：2，接著，加入硝酸氧鋯質(zhì)量0.01～0.02的聚乙烯吡咯烷酮繼續(xù)攪拌10h，加入68％硝酸溶液得到二次混合溶液，二次溶液中硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～15％，隨后回流48h并靜置21天，過(guò)濾洗滌干燥后研磨過(guò)100～200目篩，經(jīng)610℃熱處理5h，得到鎢酸鋯核層；

7、(2)將步驟(1)制得的鎢酸鋯核層在其質(zhì)量30～50倍的甲醇中超聲分散20～40min，得到鎢酸鋯核層懸浮液；隨后向鎢酸鋯核層懸浮液中滴加羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠和超支化硅氧烷的甲醇溶液的混合液，滴加的過(guò)程中以1200～1600rpm轉(zhuǎn)速不斷攪拌，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌過(guò)夜，隨后過(guò)濾，依次用去離子水和乙醇重復(fù)漂洗2～4次，隨后進(jìn)行真空冷凍干燥，得到涂料用阻燃劑。

8、進(jìn)一步的，所述鋯源包括硝酸氧鋯；所述鎢源包括鎢酸銨。

9、進(jìn)一步的，所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠的制備方法如下：將殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠依次加入5wt％乙酸溶液攪拌30min，后加入2mg/l的氧化石墨烯溶液，在60℃下溶脹3～4h，得到羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠。

10、進(jìn)一步的，所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠中殼聚糖的含量為0.75wt％、羥丙基甲基纖維素的含量為2.5wt％、瓜爾膠的含量為0.1～0.2wt％，氧化石墨烯含量為0.2～0.4wt％，乙酸含量為0.5wt％。

11、進(jìn)一步的，所述超支化硅氧烷的甲醇溶液是將超支化硅氧烷溶解在其質(zhì)量8～10倍的甲醇溶液中得到；所述超支化硅氧烷是將n-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷和去離子水按摩爾比1：1.2～1.4混合，隨后在60℃下加熱攪拌8h，在氨基的自催化下制得黏性液體，隨后在60℃下真空干燥后得到。

12、進(jìn)一步的，所述超支化硅氧烷的甲醇溶液和羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠的質(zhì)量比為1：1～2；所述涂料用阻燃劑中超支化硅氧烷與鎢酸鋯核層的質(zhì)量比為1～2：1。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

14、本發(fā)明涂料用阻燃劑的結(jié)構(gòu)為核-殼結(jié)構(gòu)，核-殼結(jié)構(gòu)由內(nèi)及外包括鎢酸鋯核層、阻燃?xì)?；阻燃?xì)佑沙Щ柩跬楹土u丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠復(fù)合得到；鎢酸鋯核層是依次將鋯源、鎢源與去離子水混合攪拌后，再依次加入絮凝劑、酸溶液進(jìn)行回流、靜置、過(guò)濾、洗滌、干燥研磨熱處理得到；羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠是將殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠依次加入乙酸后加入氧化石墨烯混合得到；本發(fā)明制備的涂料用阻燃劑的阻燃性較好，與涂料的相容性較好，可以有效避免阻燃劑的使用使涂料涂層高溫下開(kāi)裂的問(wèn)題。

15、本發(fā)明采用鎢酸鋯作為涂料用阻燃劑的核層，通過(guò)這一設(shè)計(jì)，鎢酸鋯為涂料用阻燃劑提供了剛性的核心結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了尺寸穩(wěn)定性并提高了整體的機(jī)械強(qiáng)度，鎢酸鋯與殼層材料之間的良好界面結(jié)合有助于有效傳遞應(yīng)力，并控制殼層材料的形貌，在燃燒過(guò)程中，鎢酸鋯核層受熱時(shí)體積減小，可以彌補(bǔ)殼層材料熱膨脹后體積漲大導(dǎo)致涂層破裂的問(wèn)題，從而確保阻燃劑所應(yīng)用的涂層的完整性和阻燃性能；且當(dāng)溫度達(dá)到700℃時(shí)，鎢酸鋯分解得到具有阻燃性能的氧化鎢和氧化鋯。

16、本發(fā)明采用了殼聚糖、瓜爾膠、羥丙基甲基纖維素和氧化石墨烯來(lái)制備羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠，殼聚糖作為一種天然高分子，具有良好的保水性和吸濕能力，為凝膠提供了所需的粘度和穩(wěn)定性；通過(guò)選擇高脫乙酰度殼聚糖可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)凝膠的粘度和性能；羥丙基甲基纖維素因其溫敏性特征，可以根據(jù)取代度和分子量等因素調(diào)整其凝膠化溫度，使凝膠能在特定溫度下展現(xiàn)出不同的粘度特性；瓜爾膠增加了凝膠的粘度和粘彈性，同時(shí)保持了水分；氧化石墨烯具有良好的阻燃性能，能夠形成一層致密的保護(hù)膜，有效地阻止熱量傳遞并抑制燃燒過(guò)程，增強(qiáng)了凝膠的阻燃效果，在高溫燃燒時(shí)，羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠達(dá)到相變溫度67℃后膨脹，膨脹后的氧化石墨烯填充至復(fù)合溶膠表層的間隙中，形成致密的碳層，能夠隔絕氧氣和熱量向未燃燒區(qū)域的傳遞，減緩燃燒速度，從而提高了羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠的阻燃性能。

17、本發(fā)明的超支化硅氧烷與羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠以及鎢酸鋯核層的良好相容性，這使得阻燃?xì)优c鎢酸鋯核層的界面能夠較好地結(jié)合在一起，鎢酸鋯核層為殼層提供了剛性的核心結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了涂料用阻燃劑的尺寸穩(wěn)定性并提高了整體的機(jī)械強(qiáng)度，通過(guò)將超支化硅氧烷與羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠復(fù)合制備阻燃?xì)?，羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠能夠穿入超支化硅氧烷的空腔中并與之復(fù)合在一起，這使得阻燃?xì)幽軌蚍€(wěn)固地附著在鎢酸鋯核層上，當(dāng)阻燃劑使用時(shí)，阻燃?xì)又械牧u丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠可以很好地將涂料用阻燃劑與涂料相結(jié)合，保證了涂料的力學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種涂料用阻燃劑，涂料用阻燃劑的結(jié)構(gòu)為核-殼結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述核-殼結(jié)構(gòu)由內(nèi)及外包括鎢酸鋯核層、阻燃?xì)?；所述阻燃?xì)佑沙Щ柩跬楹土u丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠復(fù)合得到。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料用阻燃劑，其特征在于，所述鎢酸鋯核層是依次將鋯源、鎢源與去離子水混合攪拌后，再依次加入絮凝劑、酸溶液進(jìn)行回流、靜置、過(guò)濾、洗滌、干燥研磨熱處理得到。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料用阻燃劑，其特征在于，所述超支化硅氧烷是由n-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷和去離子水混合反應(yīng)得到。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料用阻燃劑，其特征在于，所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠是將殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠依次加入乙酸后加入氧化石墨烯混合得到。

5.一種如權(quán)利要求1～4所述的涂料用阻燃劑的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂料用阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述鋯源包括硝酸氧鋯；所述鎢源包括鎢酸銨。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂料用阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠的制備方法如下：將殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠依次加入5wt％乙酸溶液攪拌30min，后加入2mg/l的氧化石墨烯溶液，在60℃下溶脹3～4h，得到羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的涂料用阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠中殼聚糖的含量為0.75wt％、羥丙基甲基纖維素的含量為2.5wt％、瓜爾膠的含量為0.1～0.2wt％，氧化石墨烯含量為0.2～0.4wt％，乙酸含量為0.5wt％。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂料用阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述超支化硅氧烷的甲醇溶液是將超支化硅氧烷溶解在其質(zhì)量8～10倍的甲醇溶液中得到；所述超支化硅氧烷是將n-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷和去離子水按摩爾比1：1.2～1.4混合，隨后在60℃下加熱攪拌8h，在氨基的自催化下制得黏性液體，隨后在60℃下真空干燥后得到。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂料用阻燃劑的制備方法，其特征在于，所述超支化硅氧烷的甲醇溶液和羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠的質(zhì)量比為1：1～2；所述涂料用阻燃劑中超支化硅氧烷與鎢酸鋯核層的質(zhì)量比為1～2：1。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種涂料用阻燃劑及其制備方法，涉及阻燃劑技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明的涂料用阻燃劑的結(jié)構(gòu)為核?殼結(jié)構(gòu)，所述核?殼結(jié)構(gòu)由內(nèi)及外包括鎢酸鋯核層、阻燃?xì)?；所述阻燃?xì)佑沙Щ柩跬楹土u丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠復(fù)合得到；所述鎢酸鋯核層是依次將鋯源、鎢源與去離子水混合攪拌后，再依次加入絮凝劑、酸溶液進(jìn)行回流、靜置、過(guò)濾、洗滌、干燥研磨熱處理得到；所述羥丙基甲基纖維素復(fù)合溶膠是將殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠依次加入乙酸后加入氧化石墨烯混合得到。

技術(shù)研發(fā)人員：吳陶陶,李永,尚平安,肖尚發(fā),王建超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東亞蓉能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30