一种阻燃改性膨润土复合涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料，具体涉及一种阻燃改性膨润土复合涂料及其制备方法。

背景技术：

1、膨润土作为一种天然层状硅酸盐矿物，因其独特的吸水膨胀性、阳离子交换能力和良好的分散性，在建筑涂料、防火涂料、工业防腐涂料等领域得到了广泛应用。将膨润土作为无机填料引入涂料体系，不仅可以有效提高涂料的悬浮稳定性、触变性和储存稳定性，还能赋予涂层一定的物理阻隔和阻燃特性，同时降低生产成本，符合当前绿色环保涂料的发展需求。

2、然而，天然膨润土在实际应用中存在诸多技术瓶颈。首先，膨润土片层表面富含亲水性硅羟基，与有机树脂基体的界面相容性较差，在涂料中易发生团聚，导致其在基体中分散不均匀。这种不均匀分散不仅会在涂层内部形成缺陷和应力集中点，显著降低涂层的力学性能，还会因填料-基体界面结合力弱而导致涂层的耐磨性能大幅下降，难以满足高摩擦、高磨损环境下的长期使用要求。其次，虽然膨润土本身属于硅酸盐矿物，具有一定的热稳定性和隔氧作用，但其阻燃效率较低，单独使用时难以在高温下快速形成致密、连续的膨胀炭层，无法有效阻隔热量传递和可燃气体逸出，难以达到现代建筑、轨道交通及工业装备对涂料高阻燃等级的严苛要求。

3、目前，现有技术通常采用有机插层或简单物理共混的方式对膨润土进行改性，但这类方法往往只能改善单一性能，难以实现多性能的协同提升。例如，有机插层虽能提高膨润土在有机基体中的分散性，但插层剂多为易燃有机物，反而降低了涂层的阻燃性能；而额外添加大量传统阻燃剂（如氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵等）虽可提高阻燃等级，却会因填料总用量过大而进一步降低涂层的力学性能和耐磨性，且存在与基体相容性差、易迁移析出等问题。因此，如何通过科学的结构设计和表面化学改性，在保持膨润土优异增稠和悬浮性能的同时，实现涂层耐磨性、阻燃性和力学性能的协同提升，已成为当前膨润土复合涂料领域亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足之处，本发明的第一目的在于提供一种阻燃改性膨润土复合涂料，兼具优异的力学性能、耐腐蚀性能、阻燃性能以及耐磨性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种阻燃改性膨润土复合涂料的制备方法，工艺简单，易于操作。

3、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

4、一种阻燃改性膨润土复合涂料，由a组分和b组分组成；所述a组分、b组分的质量比为1：（0.3-0.7）；

5、所述a组分包括以下重量份的原料：环氧树脂40-50份、稀释剂15-20份、耐磨剂1-3份、成炭剂5-10份；

6、所述b组分包括以下重量份的原料：固化剂20-30份、固化促进剂1-3份、改性膨润土5-10份、流平剂0.3-0.5份、消泡剂0.1-0.5份；

7、所述b组分中改性膨润土的制备过程如下：

8、l1：将环氧基硅烷偶联剂修饰的膨润土加入硫酸溶液中，搅拌反应后纯化，制得羟基化膨润土；

9、l2：将所述羟基化膨润土加入n,n-二甲基甲酰胺中，在惰性气体保护下，加入2,4,6-三甲酸-1,3,5-三嗪、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、n-羟基丁二酰亚胺，搅拌后加入季戊四醇烯丙基醚，继续搅拌，纯化，制得所述改性膨润土。

10、优选地，步骤l1中所述环氧基硅烷偶联剂修饰的膨润土、硫酸溶液的用量比为1g：（10-15）ml；所述硫酸溶液的质量分数为2-4%；所述搅拌反应的温度为60-70℃，时间为15-20h。

11、优选地，所述环氧基硅烷偶联剂修饰的膨润土的制备过程如下：

12、将环氧基硅烷偶联剂加入乙醇水溶液中，调节ph后搅拌，制得混合溶液1；向所述混合溶液1中加入酸化膨润土，反应后纯化，制得所述环氧基硅烷偶联剂修饰的膨润土。

13、优选地，所述酸化膨润土、混合溶液1的用量比为1g：（100-120）ml；所述环氧基硅烷偶联剂为kh-560；所述乙醇水溶液的体积分数为90-95%；所述调节ph至4-5；所述搅拌的时间为30-40min；所述反应的温度为65-75℃，时间为6-10h。

14、优选地，所述酸化膨润土的制备方法如下：

15、以膨润土、盐酸溶液的用量比1g：（50-55）ml，向质量分数为6-8%的盐酸溶液中加入膨润土，经加热回流酸化2-3h，过滤，洗涤，干燥，即得。

16、优选地，步骤l2中所述羟基化膨润土、2,4,6-三甲酸-1,3,5-三嗪、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、n-羟基丁二酰亚胺、季戊四醇烯丙基醚的质量比为1：（0.9-1.4）：（0.1-0.2）：（0.2-0.4）：（0.8-1.5）；所述搅拌的温度为100-110℃，时间为3-5h；所述继续搅拌的时间为12-15h。

17、优选地，所述a组分中耐磨剂的制备过程如下：

18、将硅烷偶联剂修饰的碳纤维加入硫酸钼水溶液中，再加入三乙胺、硫代硫酸钠，加热反应后纯化，制得所述耐磨剂。

19、优选地，所述三乙胺、硅烷偶联剂修饰的碳纤维、硫酸钼水溶液中硫酸钼、硫代硫酸钠的质量比为1：（10-13）：（10-13）：（5-7）；所述硫酸钼水溶液的质量分数为5-8%；所述加热反应的温度为80-90℃，时间为1-3h。

20、优选地，所述硅烷偶联剂修饰的碳纤维的制备过程如下：

21、将硅烷偶联剂加入乙醇水溶液中，调节ph至4-5后搅拌，制得混合溶液2；向所述混合溶液2中加入碳纤维，于50-60℃下反应4-8h，纯化后，制得所述硅烷偶联剂修饰的碳纤维。

22、优选地，所述碳纤维、混合溶液2的用量比为1g：（100-120）ml；所述硅烷偶联剂在乙醇水溶液中的质量分数为0.5-0.8%；所述硅烷偶联剂为kh-560；所述搅拌的时间为30-40min。

23、优选地，所述a组分中稀释剂为苯基缩水甘油醚或1,4-丁二醇二缩水甘油醚，成炭剂由质量比为1：1的季戊四醇和双季戊四醇组成；所述b组分中固化剂为聚酰胺或聚乙烯亚胺，固化促进剂为水杨酸或苯酚，流平剂为byk-307，消泡剂为byk-054。

24、上述阻燃改性膨润土复合涂料的制备方法，包括如下步骤：

25、s1.将环氧树脂、耐磨剂、成炭剂与稀释剂混合均匀，得到a组分；

26、s2.将固化剂、固化促进剂、改性膨润土、流平剂和消泡剂混合均匀，得到b组分；

27、s3.将所述a组分与b组分混合均匀，即可。

28、本发明的有益技术效果在于：

29、1、本发明提供一种阻燃改性膨润土复合涂料，该涂料兼具优异的力学性能、耐腐蚀性能、阻燃性能以及耐磨性能。

30、2、本发明通过添加改性膨润土，提升涂料的力学性能、阻燃性能和耐腐蚀性能。在阻燃性能方面：膨润土片层发挥物理阻隔效应，燃烧时片层堆叠可有效阻隔氧气、抑制可燃小分子向外扩散，延缓热量传递；化学接枝的1,3,5-三嗪环受热分解释放n2等惰性气体，稀释可燃气体浓度并促进基材成炭；季戊四醇结构在高温下催化脱水，促使漆膜表面形成连续致密的炭层。上述组分共同构成复合型膨胀阻燃体系，明显降低了环氧树脂涂料的热释放速率，抑制了火焰蔓延，减少了烟毒释放。在耐腐蚀和力学性能方面：膨润土片层在漆膜内部形成迷宫曲折通道，延长了水、氯离子等腐蚀介质的渗透路径；接枝的烯丙基双键可与环氧树脂基体发生交联，减少了漆膜内部微观孔洞，从而提高了漆膜的耐腐蚀性能，改善了界面结合力，提升了漆膜的力学性能。

31、3、本发明通过添加耐磨剂，提升涂料的耐磨性能。本发明的耐磨剂以硅烷偶联剂修饰的碳纤维为载体，在水相体系中原位生成纳米二硫化钼并均匀负载于碳纤维表面，其中碳纤维承担主要载荷以提升涂层抗磨损能力，片层二硫化钼发挥固体自润滑作用，二者协同作用，显著改善了环氧漆膜的摩擦磨损性能。