一种氧化石墨烯改性水性防火涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的氧化石墨烯改性水性防火涂料，包括如下质量份数的物质：20‑40份氧化石墨烯改性丙烯酸乳液、30‑60份膨胀型阻燃剂、0.1‑10份第一中和剂、2‑20份助溶剂、0.1‑10份分散剂及0.1‑10份润湿剂、10‑20份颜填料，本发明专利技术提供的氧化石墨烯改性水性防火涂料，不同于物理改性，通过化学连接的方式将石墨烯添加到丙烯酸乳液中，并应用到涂料的制备，可以提高石墨烯在水性防火涂料体系中的分散性及与其他基料的相容性；同时具有片状结构的石墨烯可以增强涂料燃烧后的炭层强度，达到阻燃和抑烟的目的。

A kind of graphene oxide modified waterborne fire retardant coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯改性水性防火涂料及其制备方法
本专利技术涉及涂料
，特别涉及一种氧化石墨烯改性水性防火涂料及其制备方法。
技术介绍
防火涂料就是通过将涂料刷在易燃材料的表面，平时可起到一定的装饰作用，一旦发生火灾，则能够减缓火焰蔓延传播速度，在一定时间内阻止燃烧，达到保护基材、使人们又足够的时间离开火场和组织抢救的目的。防火涂料的防火原理大致可归纳为以下五点：(1)防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度；(2)防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递；(3)防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢；(4)含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度；(5)膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。目前现有的防火涂料与其他基料的相容性较差，抑烟效果有待提高。
技术实现思路
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种与其他基料的相容性较好且抑烟效果显著的氧化石墨烯改性水性防火涂料。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提供了一种氧化石墨烯改性水性防火涂料的制备方法，包括下述步骤：将如下质量份数的物质：20-40份氧化石墨烯改性丙烯酸乳液、30-60份膨胀型阻燃剂、0.1-10份第一中和剂、2-20份助溶剂、0.1-10份分散剂及0.1-10份润湿剂、10-20份颜填料，混合搅拌得到氧化石墨烯改性水性防火涂料；其中，所述石墨烯改性丙烯酸乳液通过下述方法制备：于冰水浴条件下，在温度不超过20℃的条件下，将浓硫酸、石墨、固体硝酸钠及高锰酸钾搅拌反应后升温至35℃，保持搅拌状态，并加入适量去离子水及双氧水以还原残留的氧化剂，所得溶剂为黄亮色；将所述溶剂趁热过滤，并用HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测出为止，对所述滤液进行干燥处理，制得氧化石墨烯；按下述质量比将10-50份甲基丙烯酸甲酯、10-40份丙烯酸丁酯、5-10份甲基丙烯酸、5-10份氧化石墨烯、80-100份失水剂、20-40份酯化反应催化剂搅拌反应，以使丙烯酸类单体化学接枝在氧化石墨烯表面形成氧化石墨烯-graft-丙烯酸，记为G-AA，并将G-AA分散于水中待用；按下述质量比将500-550份甲基丙烯酸甲酯、400-450份丙烯酸丁酯、10-30份甲基丙烯酸、G-AA水溶液、75-90份阴离子型乳化剂、1-5份非离子型乳化剂、200-250份水，搅拌混合成单体乳化液；按下述质量比将10-20份阴离子型乳化剂、1-5份反应型乳化剂、0.1-5份PH调节剂和水350-450份，混合均匀成初始料；将所述初始料升温至75-85℃，并加入第一引发剂溶液，反应5-10min后，加入5-25％的所述单体乳化液，搅拌反应，所述第一引发剂溶液包括0.5-3份引发剂及水10-30份；待放热反应平稳后，同时滴加剩余单体乳化液和所述第二引发剂溶液，保持反应温度75-85℃，并在1.5-2.5h滴加完毕，所述第二引发剂溶液包括1-5份引发剂及100-150份水；保温1-1.5h后，降温至0-70℃，缓慢加入0.1-2份氧化剂，反应15-30min，再冷却至30-50℃后，加入消泡剂以及第二中和剂调节PH＝7-8，即得石墨烯改性丙烯酸乳液。在一些较佳的实施例中，所述膨胀型阻燃体系包括A、B和C，A为聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺及磷酸铵镁中的一种或是它们的混合物，B为季戊四醇、二季戊四醇中的一种或是它们的混合物，C为三聚氰胺、尿素、聚酰胺一种或是它们的混合物。在一些较佳的实施例中，所述第一中和剂为二甲基乙醇胺，所述增塑剂为氯化石蜡。在一些较佳的实施例中，所述助溶剂为丙二醇。在一些较佳的实施例中，所述分散剂为聚羧酸钠盐，聚丙烯酸盐的一种或其混合物。在一些较佳的实施例中，所述润湿剂为磺酸系阴离子表面活性剂。在一些较佳的实施例中，所述失水剂为4-二甲氨基吡啶，所述的酯化反应催化剂为二环己基碳二亚胺，二异丙基碳二亚胺中的一种。在一些较佳的实施例中，所述的阴离子型乳化剂为烷基硫酸盐，所述的非离子型乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述的反应型乳化剂为乙烯基磺酸钠。在一些较佳的实施例中，所述的PH调节剂为碳酸氢钠，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾的一种或其混合物，所述的氧化剂为叔丁基过氧化氢，所述的消泡剂为金属皂类消泡剂，所述的第二中和剂为氨水。在一些较佳的实施例中，所述的颜填料为钛白粉、氢氧化铝、氢氧化镁、空心微珠、蛭石中的一种或其混合物。另外，本专利技术还提供了一种所述的氧化石墨烯改性水性防火涂料，由上述制备方法制备而得。本专利技术采用上述技术方案的优点是：本专利技术提供的氧化石墨烯改性水性防火涂料，包括如下质量份数的物质：20-40份氧化石墨烯改性丙烯酸乳液、30-60份膨胀型阻燃剂、0.1-10份第一中和剂、2-20份助溶剂、0.1-10份分散剂及0.1-10份润湿剂、10-20份颜填料，本专利技术提供的氧化石墨烯改性水性防火涂料，不同于物理改性，通过化学连接的方式将石墨烯添加到丙烯酸乳液中，并应用到涂料的制备，可以提高石墨烯在水性防火涂料体系中的分散性及与其他基料的相容性。此外，本专利技术提供的氧化石墨烯改性水性防火涂料，氧化石墨烯具有独特的二维片层结构，使得涂料受热膨胀时诱导聚合物分子链取向和生成“骨架”物质而显著增强碳质层，发挥阻燃作用；同时，氧化石墨烯具有气体阻隔性，能有效增强涂层燃烧过程中生成固体颗粒的逸出路径并使之沉积，因此抑烟效果显著。本专利技术提供的氧化石墨烯改性水性防火涂料，所需原料易获取，工艺简单，成本低，绿色环保，施工方便，易于操作，产品附加值高。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的一种氧化石墨烯改性水性防火涂料的制备方法，包括下述步骤：将如下质量份数的物质：20-40份氧化石墨烯改性丙烯酸乳液、30-60份膨胀型阻燃剂、0.1-10份第一中和剂、2-20份助溶剂、0.1-10份分散剂及0.1-10份润湿剂、10-20份颜填料混合搅拌得到氧化石墨烯改性水性防火涂料。其中：所述氧化石墨烯改性丙烯酸乳液通过下述方法制备：步骤S110：于冰水浴条件下，在温度不超过20℃的条件下，将浓硫酸、石墨、固体硝酸钠及高锰酸钾搅拌反应后升温至35℃，保持搅拌状态，并加入适量去离子水及双氧水以还原残留的氧化剂，所得溶剂为黄亮色；步骤S120：将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯改性水性防火涂料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将如下质量份数的物质：20-40份氧化石墨烯改性丙烯酸乳液、30-60份膨胀型阻燃剂、0.1-10份第一中和剂、2-20份助溶剂、0.1-10份分散剂及0.1-10份润湿剂、10-20份颜填料混合搅拌得到氧化石墨烯改性水性防火涂料；其中，所述氧化石墨烯改性丙烯酸乳液通过下述方法制备：/n于冰水浴条件下，在温度不超过20℃的条件下，将浓硫酸、石墨、固体硝酸钠及高锰酸钾搅拌反应后升温至35℃，保持搅拌状态，并加入适量去离子水及双氧水以还原残留的氧化剂，所得溶剂为黄亮色；/n将所述溶剂趁热过滤，并用HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测出为止，对所述滤液进行干燥处理，制得氧化石墨烯；/n按下述质量比将10-50份甲基丙烯酸甲酯、10-40份丙烯酸丁酯、5-10份甲基丙烯酸、5-10份氧化石墨烯、80-100份失水剂、20-40份酯化反应催化剂搅拌反应，以使丙烯酸类单体化学接枝在氧化石墨烯表面形成氧化石墨烯-graft-丙烯酸，记为G-AA，并将G-AA分散于水中形成水溶液；/n按下述质量比将500-550份甲基丙烯酸甲酯、400-450份丙烯酸丁酯、10-30份甲基丙烯酸、氧化石墨烯-g-丙烯酸水溶液、75-90份阴离子型乳化剂、1-5份非离子型乳化剂、200-250份水，搅拌混合成单体乳化液；/n按下述质量比将10-20份阴离子型乳化剂、1-5份反应型乳化剂、0.1-5份PH调节剂和水350-450份，混合均匀成初始料；/n将所述初始料升温至75-85℃，并加入第一引发剂溶液，反应5-10min后，加入5-25％的所述单体乳化液，搅拌反应，所述第一引发剂溶液包括0.5-3份引发剂及水10-30份；/n待放热反应平稳后，同时滴加剩余单体乳化液和所述第二引发剂溶液，保持反应温度75-85℃，并在1.5-2.5h滴加完毕，所述第二引发剂溶液包括1-5份引发剂及100-150份水；/n保温1-1.5h后，降温至0-70℃，缓慢加入0.1-2份氧化剂，反应15-30min，再冷却至30-50℃后，加入消泡剂以及第二中和剂调节PH＝7-8，即得氧化石墨烯改性丙烯酸乳液。/n...

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯改性水性防火涂料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将如下质量份数的物质：20-40份氧化石墨烯改性丙烯酸乳液、30-60份膨胀型阻燃剂、0.1-10份第一中和剂、2-20份助溶剂、0.1-10份分散剂及0.1-10份润湿剂、10-20份颜填料混合搅拌得到氧化石墨烯改性水性防火涂料；其中，所述氧化石墨烯改性丙烯酸乳液通过下述方法制备：
于冰水浴条件下，在温度不超过20℃的条件下，将浓硫酸、石墨、固体硝酸钠及高锰酸钾搅拌反应后升温至35℃，保持搅拌状态，并加入适量去离子水及双氧水以还原残留的氧化剂，所得溶剂为黄亮色；
将所述溶剂趁热过滤，并用HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测出为止，对所述滤液进行干燥处理，制得氧化石墨烯；
按下述质量比将10-50份甲基丙烯酸甲酯、10-40份丙烯酸丁酯、5-10份甲基丙烯酸、5-10份氧化石墨烯、80-100份失水剂、20-40份酯化反应催化剂搅拌反应，以使丙烯酸类单体化学接枝在氧化石墨烯表面形成氧化石墨烯-graft-丙烯酸，记为G-AA，并将G-AA分散于水中形成水溶液；
按下述质量比将500-550份甲基丙烯酸甲酯、400-450份丙烯酸丁酯、10-30份甲基丙烯酸、氧化石墨烯-g-丙烯酸水溶液、75-90份阴离子型乳化剂、1-5份非离子型乳化剂、200-250份水，搅拌混合成单体乳化液；
按下述质量比将10-20份阴离子型乳化剂、1-5份反应型乳化剂、0.1-5份PH调节剂和水350-450份，混合均匀成初始料；
将所述初始料升温至75-85℃，并加入第一引发剂溶液，反应5-10min后，加入5-25％的所述单体乳化液，搅拌反应，所述第一引发剂溶液包括0.5-3份引发剂及水10-30份；
待放热反应平稳后，同时滴加剩余单体乳化液和所述第二引发剂溶液，保持反应温度75-85℃，并在1.5-2.5h滴加完毕，所述第二引发剂溶液包括1-5份引发剂及100-150份水；
保温1-1.5h后，降温至0-70℃，缓慢加入0.1-2份氧化剂，反应15-30min，再冷却至30-50℃后，加入消泡剂以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭焱，常海燕，周莲洁，苏坤，李永岗，
申请(专利权)人：青岛爱尔家佳新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37