一种建筑阻燃涂层材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种建筑涂料及其制备方法，特别是涉及一种建筑阻燃涂层材料及其制备方法。

背景技术：

钢结构是现代建筑工程中较为普通的结构形式之一，是继钢筋混凝土之后最具革命性的建筑新发展和新应用。钢结构建筑与传统建筑相比，由于采用钢板或型钢替代钢筋混凝土，使其强度更高、抗震性更好。

尽管钢结构建筑具有节能、环保、轻体、抗震等诸多优点，但是也存在着诸多缺点，如失稳、腐蚀、不耐火等。对于钢结构的失稳和腐蚀问题，可以在建筑设计中通过技术手段慢慢解决，而对于不耐火的问题则是钢结构在实际应用中存在着最大亟待解决的重大安全隐患。因而，建筑钢结构的涂层防火措施需要优先考虑。

近年，由于国民环保意识的提高和国家立法对有机溶剂挥发的限制，水性防腐涂料越来越受到关注，尤其是性能优异的水性环氧树脂防腐涂料。但是，由于普通水性环氧防腐涂料热阻隔性能差使其发展受到了一定阻碍。人们通常会引入无机或者有机颗粒与其混合，但由于纳米无机粒子易于团聚并且与有机树脂的相容性差，在颗粒聚集处易产生应力开裂和防护缺陷，不能达到很好的修饰互补效果。因此，需要寻找一种方法使阻燃剂和水性环氧树脂通过化学键合来达到一体化。

普通的石墨烯都具有高强度，高导电率和高比表面积等特性，能最大程度上提高环氧树脂的热阻隔性。可以大大提高水性涂层的热阻隔性能。但是石墨烯本身容易团聚不易溶于水且与环氧树脂的相容性较差。该方法将石墨烯功能化与环氧树脂发生化学键合反应，形成石墨烯树脂功能材料，将涂层的多元界面一体化，这种先进的方法应用前景一片光明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种建筑阻燃涂层材料及其制备方法，本发明采用磺酸化法制备的功能化石墨烯与一种环氧树脂进行化学反应的产物并通过化学键合作用实现功能化石墨烯纳米阻燃剂和树脂基体间的键合反应，从而有效解决纳米增强剂和阻燃剂等分散相在树脂基体中由于弱的物理键合作用而分散不均匀、阻燃性能和力学性能差等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种建筑阻燃涂层材料，所述涂层材料由下列物质按质量分数混合而成：石墨烯树脂功能材料10~20份；蒸馏水50~100份；水性环氧树脂100~200份；水性环氧树脂为Ar555环氧树脂、F44环氧树脂、E44环氧乳液、E51环氧乳液、E20环氧乳液的一种；水性固化剂为Aq419、H228B、W651、W650。

一种建筑阻燃涂层材料制备方法，所述方法包括以下制备过程：将上述材料搅拌分散0.5~1h，得功能化石墨烯阻燃涂层材料的母液；取25~50份水性固化剂与50~100份蒸馏水混合均匀后，再与上述功能化石墨烯阻燃涂层材料的母液按质量比1:4~5的比例混合，即可。

所述的一种建筑阻燃涂层材料制备方法，所述方法具体制备步骤如下：

（1）苯甲酸功能化石墨烯的制备：1~2g对氨基苯甲酸和0.2~0.4g氢氧化钠加入到反应容器中, 并加入50~100ml蒸馏水，然后在0~5℃情况下缓慢加入0.5~1g亚硝酸钠和5~10ml浓度在20%的HCl并搅拌45~60min。把超声后的0.2~0.5g石墨烯加入到溶液中并在0~5℃搅拌3~4h；最后把所得溶液的PH值调到2~3并用透析膜透析2~3次，最后把所得产品用有机溶剂洗到中性；

（2）石墨烯树脂功能材料的制备：10~50g环氧树脂溶于50~200ml盐酸和丙酮体积比为1：20~50的溶液中，在温度为100~150℃的条件下加入1~10g苯甲酸功能化石墨烯，最后缓慢加入1~5g引发剂过氧化苯甲酰并搅拌1~5h,最后得到深褐色石墨烯树脂功能材料。

本发明的优点与效果是：

本发明提供的一种阻燃涂层材料及其制备方法，采用磺酸化法制备的功能化石墨烯与一种环氧树脂进行化学反应的产物并通过化学键合作用实现功能化石墨烯纳米阻燃剂和树脂基体间的键合反应，从而有效解决纳米增强剂和阻燃剂等分散相在树脂基体中由于弱的物理键合作用而分散不均匀、阻燃性能和力学性能差等问题。该问题的解决将为石墨烯材料在阻燃领域的产业化应用提供理论依据，也为制备出综合性能优异的涂层阻燃材料提供理论指导和实验基础，石墨烯树脂功能材料与水性环氧树脂原料形成一体化涂层材料，解决了填料和环氧树脂之间的界面相容问题并提升了阻燃剂在涂层材料中的阻燃效率。

附图说明

图1为苯甲酸功能化石墨烯的合成机理图；

图2为石墨烯树脂功能材料的合成机理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

请参阅图1、图2，本实施例提供一种阻燃涂层材料及其制备方法，所述钢结构防火防腐功能一体化材料由功能化石墨烯与水性环氧树脂发生化学键合而成，该制备方法包括以下步骤。

步骤1、2g对氨基苯甲酸和0.4g氢氧化钠加入到反应容器中, 并加入80ml蒸馏水，然后在0~5℃情况下缓慢加入0.75g亚硝酸钠和6ml浓度在20%的HCl并搅拌60min。把超声后的0.3g石墨烯加入到溶液中并在0~5℃搅拌3~4h。最后把所得溶液的PH值调到2~3并用透析膜透析2~3次，最后把所得产品用有机溶剂洗到中性

步骤2、取20gF44环氧树脂溶于100ml盐酸和丙酮体积比为1：40的溶液中，在温度为120℃的条件下加入8g苯甲酸功能化石墨烯，最后缓慢加入3g引发剂过氧化苯甲酰并搅拌4h,最后得到深褐色石墨烯树脂功能材料。

本实施例制备的钢结构防火防腐功能一体化涂层材料通过空气喷涂法涂覆在经预处理的金属基板上，控制厚度在 30~200微米，室温干燥固化即可得到透明涂层。所述金属基板的预处理过程为：喷砂或打磨处理，用无水乙醇除水，丙酮去油，干燥。苯甲酸功能化石墨烯的合成式如图1；石墨烯树脂功能材料的合成机理式如图2。