[发明专利]一种水性超薄防火涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种水性超薄防火涂料，包括如下重量比的原料组分：20‑25份水性成膜基体、4‑10份硫酸钙、5‑15份高岭土、3.5‑5份磷氮掺杂单壁碳纳米管、10‑20份聚磷酸铵、3‑7份季戊四醇、2‑6份三聚氰胺、1‑3份纤维素、10‑18份水、1‑2份助剂；制备方法为：步骤1、先将单壁碳纳米管羧基化，然后碳纳米管表面的羧基与胺烷基磷酸酯通过酰胺键结合，得到磷氮掺杂单壁碳纳米管；步骤2、将各原料组分混合，搅拌均匀，得到水性超薄防火涂料。本发明提供了一种基于磷氮掺杂单壁碳纳米管的水性超薄防火涂料，具有绿色高效阻燃特性，且与基底附着力好，耐候性能好，还具有抑菌性能。

技术领域

本发明属于涂料技术领域，特别涉及一种基于磷氮掺杂单壁碳纳米管的水性超薄防火涂料。

背景技术

钢结构在建筑工程中非常实用，不但能缩短建筑工程施工周期，还能提高建筑稳定性。由于钢材本身耐热性好但耐火性能较差，到250℃就有蓝脆现象，到650℃时，基本失去强度。一旦发生火灾，就会产生巨大的损失。因此用于钢结构的防火涂料研究意义重大。一般来说，涂覆层厚的防火涂料防火性能优于薄涂。但在一定的防火要求下，由于厚涂型的涂料成本高，工期长，缺乏装饰性等缺点，其逐渐被超薄型防火涂料替代。目前使用的超薄钢结构防火涂料可分为非膨胀型和膨胀型。膨胀型钢结构防火涂料因为其较好的防火性能逐渐成为主流，按其分散基体可分为：水基型和溶剂型。水性超薄型防火涂料具有有较好的防火性能和装饰性能，同时环境友好，因此水性超薄型防火涂料越来越引起人们的重视。

专利CN102675992B公开了一种膨胀型水性饰面防火涂料，其原料包括苯丙乳液，聚磷酸铵，季戊四醇，三聚氰胺，钛白粉，氢氧化铝，硼酸锌，氯化石蜡，防腐杀菌剂，分散剂，成膜助剂，纤维素醚，羟基硅油和水；该发明提出的膨胀型水性饰面防火涂料在水中浸泡72小时，不开裂、不起泡、不脱落，耐火时间为40min。该防火涂料耐火时间较短，原因是火灾中产生的膨胀炭缺乏强度和耐久性。专利CN102417789B公开一种溴碳聚氨酯钢结构防火涂料及其制备方法，该防火涂料由A组分和B组分组成，其中A组分由改性的溴化环氧树脂、二甲基硅油、催化剂二月桂酸二丁基锡、阻燃剂及助剂组成，B组分为改性TDI固化剂，耐火时间为64min。但是该防火涂料中含有卤族元素，容易造成环境污染。

目前，已有的研究表明：纳米碳材料加入到防火涂料中可以提高防火涂料受火后的炭化层强度和膨胀倍率，降低涂层背面温度升高速率，增强涂层的抗开裂性能。而且，纳米碳材料粒子具有大的比表面特别是碳纳米管的超大长径比，可以对涂层起到增强、增韧作用，可显著提高涂层的力学性能，还可以与基底有强的界面作用力，提高粘结强度。但纳米碳材料极易团聚，在使用时不容易分散，直接影响到防火材料的防火性能，制备出的防火涂料防火性能有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有的防火涂料防火性能有待提高的技术问题，提供一种基于磷氮掺杂单壁碳纳米管的水性超薄防火涂料。

本发明提供的一种水性超薄防火涂料，包括如下重量比的原料组分：20-25份水性成膜基体、4-10份硫酸钙、5-15份高岭土、3.5-5份磷氮掺杂单壁碳纳米管、10-20份聚磷酸铵、3-7份季戊四醇、2-6份三聚氰胺、1-3份纤维素、10-18份水、1-2份助剂。其中，所述磷氮掺杂单壁碳纳米管的结构式为：

式中，R为烷基，x取值范围1-4。优选的是，所述R为甲基或乙基，x取值为1或2。

所述水性成膜基体为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液或纯丙乳液。

所述助剂包括成膜助剂、消泡剂、润湿分散剂、增稠剂、防冻剂、防腐剂。

一种上述水性超薄防火涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1、磷氮掺杂单壁碳纳米管的制备：先将单壁碳纳米管羧基化，然后碳纳米管表面的羧基与胺烷基磷酸酯通过酰胺键结合，得到磷氮掺杂单壁碳纳米管；