一种防火阻燃生态涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种防火阻燃生态涂料及其制备方法。


背景技术：

2.现有的涂料主要分为油性涂料和水性涂料两大类，应用于墙体、家具等表面涂装。这些涂料的往往采用各种粘结剂和填充料混合而成，这粘结剂和填充料的基料大部分是有毒有害的化工产品，尤其是具有防腐防霉功能的涂料，必须使用毒性较大的化学物质方能达到效果。这种涂料在生产及使用过程中会释放有毒有害成分，将对人体造成伤害。同时，现有技术中的涂料在高温环境中不稳定，防火阻燃性能差，不能起到阻燃的作用。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术，本发明提供一种对人体无毒害、绿色环保、工艺简单、制造成本低以及具有良好高温稳定性的防火阻燃生态涂料。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种防火阻燃生态涂料，由以下质量份的原料制备得到：
5.石灰100～120份，高岭土80～100份，硅藻泥20～40份，生物炭20～40份，二氧化钛10～20份，松油10～20份，甘油5～15份，成膜助剂5～15份，阻燃剂5～15份，粘结剂20～40份，阻燃乳液10～20份和水650～750份。
6.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
7.进一步，本发明中的防火阻燃生态涂料由以下质量份的原料制备得到：
8.石灰110份，高岭土90份，硅藻泥30份，生物炭30份，二氧化钛15份，松油15份，甘油10份，成膜助剂10份，阻燃剂10份，粘结剂30份，阻燃乳液15份和水700份。
9.本发明中的防火阻燃生态涂料由多种原料制备而成。其中，高岭土质地细腻，以其作为涂料的主要原料，可以提升涂料的触变性和流平性，涂刷后形成的膜层的均匀性和稳定性更好；并且高岭土具有优良的可塑性和耐火性，对提升涂料的耐火性能也具有较大帮助。
10.制备原料中的硅藻泥具有多孔结构，可以吸附空气中对人体有害的物质，并且，硅藻泥还能吸收空气中的水分，使水分以结合水的形式存在于涂料膜层中，进一步提升涂料膜层的防火性能。
11.制备原料中的生物炭为多孔活性物质，除了可以与硅藻泥一起对空气中的有害物质进行吸附外，还能将液体物料吸附进气内部，形成结构更加稳定的“结合体”，该结合体能显著提升涂料存储稳定性和防火性能。
12.制备原料中的阻燃乳液在提升涂料成膜性能的同时，可以起到更好的阻燃作用。
13.制备原料中的松油和甘油可以提升涂料膜层的力学性能，避免涂料形成的膜层在高温条件下开裂，防火阻燃性能更加优良。
14.制备原料中的阻燃剂与其余组分一起赋予涂料防火性能。
15.进一步，制备原料中固体物料均以粉末形式存在，且粉末粒径为40～60μm。
16.进一步，阻燃乳液经过以下步骤制得：
17.(1)将乳化剂和改性纳米二氧化硅与水混合，于65～70℃下搅拌10～20min，得乳化液；所述乳化剂由十二烷基硫酸钠、aeo
‑
9和异构十三醇聚氧乙烯醚按3:2:1的质量比混合而成；
18.(2)将过硫酸钾溶于乳化液中形成引发剂溶液；
19.(3)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、乙烯基膦酸二乙酯和双封端乙烯基硅油按24:72:20:21:16的质量比均匀混合，得反应物；
20.(4)将20wt％的反应物加入反应釜，室温下搅拌30min，然后升温至80～85℃，并加入1/3的引发剂溶液，保温反应30min；
21.(5)将剩余反应物和引发剂溶液在3～4h内滴加全部滴加到反应釜中，滴加完毕后，再继续保温反应1h；然后降温至40℃以下，得阻燃乳液。
22.进一步，双封端乙烯基硅油的结构式如下：
23.ch2＝ch
‑
si(ch3)2o[(ch3)2sio]n(ch3)2si
‑
ch＝ch2，其分子量约1000。
[0024]
进一步，改性纳米二氧化硅经过以下步骤制得：
[0025]
取一定量的乳化剂十二烷基硫酸钠溶于去离子水中，快速搅拌15min，机械搅拌下加入一定量的纳米二氧化硅，超声分散1h，转入三口烧瓶中，搅拌条件下滴加一定量的硅烷偶联剂3
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷，升温至75℃，搅拌反应8h，降温即可得改性纳米二氧化硅水溶液，再经离心、烘干得改性纳米二氧化硅。
[0026]
进一步，生物炭经过以下步骤制得：
[0027]
s1：取中药渣，将其与发酵液按1g:2～4ml的料液比混合，于35～40℃下密闭发酵12～24h，然后进行固液分离，收集固体并干燥至含水量低于5％，得生物质原料；发酵液为纤维素酶和果胶酶的水溶液；
[0028]
s2：将生物质原料粉碎成粒径为200～500μm的颗粒，然后将颗粒装入碳化装置中，通入保护气体，先以20℃/min的升温速率升温至280～320℃，保温处理30～45min，再以10℃/min的升温速率升温至580～600℃，保温处理2～4h，然后空冷至室温，得生物炭初品；
[0029]
s3：将生物炭初品分散于40～45wt％的硫酸溶液中，以45～60rpm的搅拌速率搅拌30～45min，然后进行固液分离，收集固体并转移至温度为180～220℃的烘箱中，烘烤1～2h后空冷至室温，再粉碎成粒径为为40～60μm的粉末，即得。
[0030]
本发明中的生物炭以中药渣为原料制备得到，不仅可以对中药渣进行回收利用，而且中草药中的活性物质可以提升生物炭的综合性能，使得到的活性炭对有害物质具有更高的吸附能力。
[0031]
进一步，发酵液中纤维素酶和果胶酶的浓度分别为1～2g/ml和0.5～1g/ml。
[0032]
进一步，阻燃剂由羟基铝和氢氧化镁按1:1～3的质量比混合而成。。
[0033]
进一步，成膜助剂为乙二醇、丙二醇或己二醇。
[0034]
进一步，粘结剂为水玻璃。
[0035]
本发明还公开了一种防火阻燃生态涂料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
[0036]
s1：将高岭土和硅藻泥分散于水中，然后于搅拌条件下加入石灰，得涂料基料；
[0037]
s2：将生物炭、二氧化钛、成膜助剂和阻燃剂加入到涂料基料中，超声搅拌30～
60min，得涂料初品；
[0038]
s3：将松油和甘油加入到涂料初品中，搅拌30～45min，即得。
[0039]
其中，s1和s3中搅拌的速率为45～60rpm。
[0040]
本发明的有益效果是：
[0041]
1、本发明中涂料虽然组分众多，但是不包含有害的化学组分，所有原材料均为生态型，并且组分中的硅藻泥和活性炭能够对空气中的有害物质进行吸附，并且可以调节平衡水汽含量，吸湿透气，自动平衡，使建筑物具有呼吸性，在墙体释入水汽的同时，将墙体中的有害物质水解氧化后析出，净化室内外空气。
[0042]
2、本发明中的涂料所形成的涂料膜层具有良好的抗老化能力，并且膜层稳定性好，不粉化、不龟裂、不褪色，同时膜层具有优良的高温稳定性，在高温下也不容易开裂，防火性能好。
具体实施方式
[0043]
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0044]
实施例1
[0045]
一种防火阻燃生态涂料，由以下质量份的原料制备得到：
[0046]
石灰110份，高岭土90份，硅藻泥30份，生物炭30份，二氧化钛15份，松油15份，甘油10份，成膜助剂10份，阻燃剂10份，粘结剂30份，阻燃乳液15份和水700份。其中，成膜助剂为乙二醇；阻燃剂由羟基铝和氢氧化镁按1:2的质量比混合而成；粘结剂为水玻璃。
[0047]
生物炭经过以下步骤制得：
[0048]
s1：取清热泻脾散煎煮后剩余的中药渣，将其与发酵液按1g:3ml的料液比混合，于37℃下密闭发酵18h，然后进行固液分离，收集固体并干燥至含水量低于5％，得生物质原料；发酵液为纤维素酶和果胶酶的水溶液，并且发酵液中纤维素酶和果胶酶的浓度分别为1g/ml和0.5g/ml；
[0049]
s2：将生物质原料粉碎成粒径为300μm的颗粒，然后将颗粒装入气氛箱式炉中，抽真空后通入氮气，先以20℃/min的升温速率升温至300℃，保温处理40min，再以10℃/min的升温速率升温至600℃，保温处理3h，然后空冷至室温，得生物炭初品；
[0050]
s3：将生物炭初品分散于40wt％的硫酸溶液中，以60rpm的搅拌速率搅拌30min，然后进行固液分离，收集固体并转移至温度为200℃的烘箱中，烘烤2h后空冷至室温，再粉碎成粒径为为50μm的粉末，即得。
[0051]
阻燃乳液经过以下步骤制得，所说份数均为质量份：
[0052]
(1)将12份乳化剂、210份水及12份改性纳米二氧化硅加入反应釜中，加热至68℃，搅拌15min，得乳化液；乳化剂由十二烷基硫酸钠、aeo
‑
9和异构十三醇聚氧乙烯醚按3:2:1的质量比混合而成；
[0053]
(2)将1.2份的引发剂过硫酸钾溶于40份的乳化液中形成引发剂溶液；
[0054]
(3)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、乙烯基膦酸二乙酯和双封端乙烯基硅油按24:72:20:21:16的质量比均匀混合，得反应物；双封端乙烯基硅油的结构式如下：
[0055]
ch2＝ch
‑
si(ch3)2o[(ch3)2sio]n(ch3)2si
‑
ch＝ch2，其分子量约1000；
[0056]
(4)将20wt％的反应物加入反应釜，室温下搅拌30min，然后升温至82℃，并加入1/
3的引发剂溶液，保温反应30min；
[0057]
(5)将剩余反应物和引发剂溶液在4h内滴加全部滴加到反应釜中，滴加完毕后，再继续保温反应1h；然后降温至40℃以下，得阻燃乳液。
[0058]
上述涂料的制备原料中固体物料均以粉末形式存在，且粉末粒径为50μm。
[0059]
本实施例中的防火阻燃生态涂料经过以下步骤制得：
[0060]
s1：将高岭土和硅藻泥分散于水中，然后以45rpm的搅拌速率进行搅拌，并在搅拌条件下加入石灰，得涂料基料；
[0061]
s2：将生物炭、二氧化钛、成膜助剂、阻燃剂、粘结剂和阻燃乳液加入到涂料基料中，以25khz的超声频率超声搅拌45min，得涂料初品；
[0062]
s3：将松油和甘油加入到涂料初品中，以45rpm的搅拌速率搅拌45min，即得。
[0063]
实施例2
[0064]
一种防火阻燃生态涂料，由以下质量份的原料制备得到：
[0065]
石灰100份，高岭土100份，硅藻泥20份，生物炭40份，二氧化钛10份，松油20份，甘油5份，成膜助剂15份，阻燃剂5份、粘结剂40份，阻燃乳液10份和水750份。其中，成膜助剂为丙二醇；阻燃剂由羟基铝和氢氧化镁按1:1的质量比混合而成；粘结剂为水玻璃。
[0066]
生物炭经过以下步骤制得：
[0067]
s1：取清热泻脾散煎煮后剩余的中药渣，将其与发酵液按1g:2ml的料液比混合，于35℃下密闭发酵24h，然后进行固液分离，收集固体并干燥至含水量低于5％，得生物质原料；发酵液为纤维素酶和果胶酶的水溶液，并且发酵液中纤维素酶和果胶酶的浓度分别为2g/ml和0.5g/ml；
[0068]
s2：将生物质原料粉碎成粒径为500μm的颗粒，然后将颗粒装入气氛箱式炉中，抽真空后通入氮气，先以20℃/min的升温速率升温至280℃，保温处理45min，再以10℃/min的升温速率升温至580℃，保温处理4h，然后空冷至室温，得生物炭初品；
[0069]
s3：将生物炭初品分散于45wt％的硫酸溶液中，以45rpm的搅拌速率搅拌45min，然后进行固液分离，收集固体并转移至温度为220℃的烘箱中，烘烤1h后空冷至室温，再粉碎成粒径为为60μm的粉末，即得。
[0070]
阻燃乳液的制备方法同实施例1。
[0071]
上述涂料的制备原料中固体物料均以粉末形式存在，且粉末粒径为60μm。
[0072]
本实施例中的防火阻燃生态涂料经过以下步骤制得：
[0073]
s1：将高岭土和硅藻泥分散于水中，然后以60rpm的搅拌速率进行搅拌，并在搅拌条件下加入石灰，得涂料基料；
[0074]
s2：将生物炭、二氧化钛、成膜助剂、阻燃剂、粘结剂和阻燃乳液加入到涂料基料中，以40khz的超声频率超声搅拌30min，得涂料初品；
[0075]
s3：将松油和甘油加入到涂料初品中，以60rpm的搅拌速率搅拌30min，即得。
[0076]
实施例3
[0077]
一种防火阻燃生态涂料，由以下质量份的原料制备得到：
[0078]
石灰120份，高岭土80份，硅藻泥40份，生物炭20份，二氧化钛20份，松油10份，甘油15份，成膜助剂5份，阻燃剂15份，粘结剂20份，阻燃乳液20份和水650份。其中，成膜助剂为己二醇；阻燃剂由羟基铝和氢氧化镁按1:3的质量比混合而成；粘结剂为水玻璃。
[0079]
生物炭经过以下步骤制得：
[0080]
s1：取清热泻脾散煎煮后剩余的中药渣，将其与发酵液按1g:3ml的料液比混合，于40℃下密闭发酵12h，然后进行固液分离，收集固体并干燥至含水量低于5％，得生物质原料；发酵液为纤维素酶和果胶酶的水溶液，并且发酵液中纤维素酶和果胶酶的浓度分别为1g/ml和1g/ml；
[0081]
s2：将生物质原料粉碎成粒径为200μm的颗粒，然后将颗粒装入气氛箱式炉中，抽真空后通入氮气，先以20℃/min的升温速率升温至320℃，保温处理30min，再以10℃/min的升温速率升温至600℃，保温处理2h，然后空冷至室温，得生物炭初品；
[0082]
s3：将生物炭初品分散于45wt％的硫酸溶液中，以60rpm的搅拌速率搅拌30min，然后进行固液分离，收集固体并转移至温度为180℃的烘箱中，烘烤2h后空冷至室温，再粉碎成粒径为为40μm的粉末，即得。
[0083]
阻燃乳液的制备方法同实施例1。
[0084]
上述涂料的制备原料中固体物料均以粉末形式存在，且粉末粒径为40μm。
[0085]
本实施例中的防火阻燃生态涂料经过以下步骤制得：
[0086]
s1：将高岭土和硅藻泥分散于水中，然后以45rpm的搅拌速率进行搅拌，并在搅拌条件下加入石灰，得涂料基料；
[0087]
s2：将生物炭、二氧化钛、成膜助剂、阻燃剂、粘结剂和阻燃乳液加入到涂料基料中，以25khz的超声频率超声搅拌45min，得涂料初品；
[0088]
s3：将松油和甘油加入到涂料初品中，以60rpm的搅拌速率搅拌30min，即得。
[0089]
对比例1
[0090]
一种防火阻燃生态涂料，与实施例1中的涂料相比，组分中的生物炭替换成活性炭，其余组分和操作与实施例1相同。
[0091]
对比例2
[0092]
一种防火阻燃生态涂料，与实施例1中的涂料相比，组分中缺少硅藻泥，其余组分和操作与实施例1相同。
[0093]
对比例3
[0094]
一种防火阻燃生态涂料，与实施例1中的涂料相比，组分中的生物炭为市售生物炭，其余组分和操作与实施例1相同。
[0095]
对比例4
[0096]
一种防火阻燃生态涂料，与实施例1中的涂料相比，组分中缺少松油和甘油，其余组分和操作与实施例1相同。
[0097]
对比例5
[0098]
一种防火阻燃生态涂料，与实施例1中的涂料相比，组分中缺少阻燃乳液，其余组分和操作与实施例1相同。
[0099]
结果分析
[0100]
取上述各实施例和对比例制得的涂料，将其涂刷于实验板材上，形成厚度为2mm左右的膜层，考察膜层的空气净化能力，结果过列于表1。空气净化能力测试方法为：将涂覆有涂料的板材放置于密闭空间中，再通入气化后的甲醛，使密闭空间内的甲醛含量为1g/m3；24小时后再次测量盒子内空气甲醛的含量。
[0101]
表1涂料膜层的空气净化效果
[0102][0103]
继续考察涂料膜层的稳定性以及耐火性能，结果列于表2。测试方法为：将涂料涂覆于实验板材上，形成厚度为2mm左右的膜层，于室温下干燥成型，并在实验板材背面连接温度探测器。待涂料层成型固化后，以1000℃的高温喷枪直接加热涂料层180秒，在此过程中观察涂料层变化，并检测实验板材背部温度变化。
[0104]
表2涂料膜层的稳定性以及耐火性能
[0105][0106]
虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。