本发明涉及一种隧道防火涂料的制备方法，属于涂料制备
技术领域：
。
背景技术：
：随着工程建设技术和交通事业的发展以及人类生产，生活的不断需求，各种铁路、公路交通隧道和地下铁道发展迅速。据统计，至2000年整个欧洲地区交通隧道的总长超过10000万km。在第二次全国公路普查中，我国县级以上公路隧道建设总长将近550万km，但在路况改善的同时，道路交通流量和车辆及其运输物品变化也很大，不仅增加了交通隧道的火灾风险，而且还引发了不少严重的火灾事故。隧道火灾不仅严重威胁人的生命和财产安全，而且可能对交通设施，人类的生产活动造成巨大破坏。因此，各国近20年来都投入了相当的力量对隧道的火灾行为以及火灾防护进行了较广泛的研究，并取得了一定成果。制定了一些技术要求和标准。但我国在隧道火灾防护上仍然存在巨大差距。隧道和地铁建筑结构复杂，环境相对密闭。在封闭空间内热量不易消散，火灾时温度较高，对于通行载重汽车或油罐槽车等的公路隧道和油槽列车的铁路隧道火灾，温度常达1000℃以上，火灾扑救相当困难，往往会造成重大的人员伤亡和财产损失。对于水下隧道，还有因结构被破坏而导致隧道修复困难的可能。因此，各国对交通隧道和地下铁道的消防安全都十分重视。在交通运输通道的建设过程中，隧道以其便捷、造价低等优势受到了规划建设者的青睐。但近十几年来，由于不断增长的交通流量和运输物品的复杂性，增加了交通隧道的火灾风险。又由于隧道结构复杂，环境密闭，在有限的空间内一旦发生火灾，扑救相当困难，火灾往往持续时间较长，极易造成人员伤亡和财物的重大损失。国内外众多交通事故所造成的危害引起了各国对隧道消防安全问题的高度重视，促进了关于隧道火灾的基础性研究，并取得了一定的成果。目前较为可行的重要防火方法就是在隧道混凝土表面涂喷隧道专用防火涂料。由于隧道长期处于较潮湿的环境，其火灾燃烧又具有温度高的特点，并考虑到消防队员灭火工作能安全快速的进行以及施工人员的便捷施工等因素，就对隧道防火涂料的防水性、耐火性、安全无毒性、和易性等性能提出了更高的要求，这些也成了相关科研单位和生产企业研究的焦点。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对现有涂料耐火耐水性较差的问题，提供了一种隧道防火涂料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：（1）按重量份数计，分别称量10～20份的质量分数3%pva水溶液、2～5份的硅溶胶、0.02～0.05份ph=8的pva消泡剂、0.1～0.16份的质量分数10%硼砂溶液，将质量分数3%pva水溶液置于烧杯中，边搅动边滴加硅溶胶和pva消泡剂，持续搅动10～15min，再缓慢滴加质量分数10%硼砂溶液，在水浴80℃中搅动0.5～1.0h，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调整ph为8～9，得基料；（2）按质量比3∶2∶2∶6称取三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵和蛭石搅拌混合，得发泡材料；（3）将1g石墨粉加入23ml质量分数为98%的硫酸溶液，置于冰水浴中，充分搅拌混合，再缓慢加入2g高锰酸钾，控制水浴温度在10～15℃反应2h，移入35℃恒温水浴，继续搅拌30min，然后向反应液中缓慢加入80ml去离子水，并控制溶液温度在70～80℃反应15min，再向溶液中加入质量分数5%h2o2溶液直至溶液中无气泡生成，趁热过滤，得滤饼，洗涤得洗涤滤饼，将洗涤滤饼置于烘箱60℃下干燥48h，即制得氧化石墨样品；取氧化石墨样品0.1g，加入到100mlph=11的氨水中，搅拌30min后，再在200～300w下超声分散45～60min，取出，在转速10000r·min-1下离心5min，去除下部少量未分散氧化石墨，制得稳定分散的氧化石墨烯分散液；（4）按重量份数计，分别称取55～65份的耐火水泥、5～15份的高岭土、10～20份的膨胀珍珠岩、6～8份的轻质碳酸钙、4～6份的海泡石、6～10份的发泡材料、0.2～0.8份的钛白粉、6～8份的氢氧化镁、2～4份的氧化锡倒入粉料混合机，混合10～20min，即得填料；（5）按重量份数计，分别称取0.8～1.6份的基料、1～4份的氧化石墨烯分散液、50～70份的填料，将填料倒入球磨坛，加入基料，滴加氧化石墨烯分散液，密封后混合研磨30～40min，即得涂料。步骤（3）所述的洗涤为以质量分数5%hcl和去离子水充分洗涤滤饼直至滤液呈中性并无so42-。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明利用交联剂屏蔽掉聚乙烯醇（pva）上大部分羟基，并使pva与硅溶胶发生半互穿网络连接，所得的复合胶既有pva的优良成膜性，又有硅溶胶的耐水性和硬度，再适量加入颜填料和功能材料，调节体系性能，就能生产出具有优异的耐水性、功能性及附着力强的涂料；（2）本发明利用脱水催化剂聚磷酸铵受热分解生成酸性物质，使成炭剂三聚氰胺上的羟基脱水炭化，形成不易燃的三维空间炭质层，该炭质层在涂料膨胀时起到骨架的作用，发泡剂季戊四醇受热分解放出惰性气体，该气体使呈熔融状态的成膜物质起泡膨胀，在炭质层的骨架作用下最终形成多孔的海绵状泡沫炭质层，本发明通过增加发泡材料、填料和助剂，有效提高了涂料的耐火极限；（3）本发明利用氧化石墨烯对气体分子、烟雾、固体颗粒都具有阻隔性，涂料在受热膨胀过程中产生的气体、烟炱可以从聚合物分子链间的较大空间穿过，逸出至空气中形成烟，而当氧化石墨烯均匀分散在有渗透性的聚合物基体中时，因为基体中存在氧化石墨烯作为屏障，这些小分子物质只能沿氧化石墨烯片层之间的缝隙和表面扩散，要穿过更长更曲折的路径才能逸出，在此过程中，大量固体颗粒沉积在泡孔的泡壁上和缝隙中，导致该涂料的生烟能力显著下降；另外，在涂料中加入钛白粉可以改善熔体的流动性并在表面形成无机保护层，从而显著提高其阻燃性。具体实施方式配置质量分数为3%pva水溶液，按重量份数计，分别称量10～20份的3%pva水溶液、2～5份的硅溶胶、0.02～0.05份ph=8的pva消泡剂、0.1～0.16份的10%硼砂，将3%pva水溶液置于烧杯中，边搅动边滴加硅溶胶和pva消泡剂，持续搅动10～15min，再缓慢滴加10%硼砂，在水浴80℃中搅动0.5～1h，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调整ph为8～9，成半透明均一溶液即得基料；按质量比3∶2∶2∶6称取三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵和蛭石搅拌混合，得发泡材料；将1g石墨粉加入23ml质量分数为98%的硫酸溶液，置于冰水浴中，充分搅拌混合，再缓慢加入2g高锰酸钾，控制水浴温度在10～15℃反应2h，移入35℃恒温水浴，继续搅拌30min，然后向反应液中缓慢加入80ml去离子水，并控制溶液温度在70～80℃反应15min，再向溶液中加入5%h2o2直至溶液中无气泡生成，趁热过滤，得滤饼，并以5%hcl和去离子水充分洗涤滤饼直至滤液呈中性并无so42-，将洗涤完的滤饼置于烘箱60℃下干燥48h，即制得氧化石墨样品；取氧化石墨样品0.1g磨细，加入到100mlph=11的氨水中，搅拌30min，然后置于超声波分散装置中，设置功率为200w，超声分散60min，取出，在转速10000r·min-1下离心5min，去除下部少量未分散氧化石墨，制得稳定分散的氧化石墨烯分散液；按重量份数计，分别称取55～65份的耐火水泥、5～15份的高岭土、10～20份的膨胀珍珠岩、6～8份的轻质碳酸钙、4～6份的海泡石、6～10份的发泡材料、0.2～0.8份的钛白粉、6～8份的氢氧化镁、2～4份的氧化锡倒入粉料混合机，混合10～20min，即得填料；按重量份数计，分别称取0.8～1.6份的基料、1～4份的氧化石墨烯分散液、50～70份的填料，将填料倒入球磨坛，加入基料，滴加氧化石墨烯分散液，密封后混合研磨30～40min，即得涂料。配置质量分数为3%pva水溶液，按重量份数计，分别称量10份的3%pva水溶液、2份的硅溶胶、0.02份ph=8的pva消泡剂、0.1份的10%硼砂，将3%pva水溶液置于烧杯中，边搅动边滴加硅溶胶和pva消泡剂，持续搅动10min，再缓慢滴加10%硼砂，在水浴80℃中搅动0.5h，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调整ph为8，成半透明均一溶液即得基料；按质量比3∶2∶2∶6称取三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵和蛭石搅拌混合，得发泡材料；将1g石墨粉加入23ml质量分数为98%的硫酸溶液，置于冰水浴中，充分搅拌混合，再缓慢加入2g高锰酸钾，控制水浴温度在10℃反应2h，移入35℃恒温水浴，继续搅拌30min，然后向反应液中缓慢加入80ml去离子水，并控制溶液温度在70℃反应15min，再向溶液中加入5%h2o2直至溶液中无气泡生成，趁热过滤，得滤饼，并以5%hcl和去离子水充分洗涤滤饼直至滤液呈中性并无so42-，将洗涤完的滤饼置于烘箱60℃下干燥48h，即制得氧化石墨样品；取氧化石墨样品0.1g磨细，加入到100mlph=11的氨水中，搅拌30min，然后置于超声波分散装置中，设置功率为200w，超声分散60min，取出，在转速10000r·min-1下离心5min，去除下部少量未分散氧化石墨，制得稳定分散的氧化石墨烯分散液；按重量份数计，分别称取55份的耐火水泥、5份的高岭土、10份的膨胀珍珠岩、6份的轻质碳酸钙、4份的海泡石、6份的发泡材料、0.2份的钛白粉、6份的氢氧化镁、2份的氧化锡倒入粉料混合机，混合10min，即得填料；按重量份数计，分别称取0.8份的基料、1份的氧化石墨烯分散液、50份的填料，将填料倒入球磨坛，加入基料，滴加氧化石墨烯分散液，密封后混合研磨30min，即得涂料。配置质量分数为3%pva水溶液，按重量份数计，分别称量15份的3%pva水溶液、3份的硅溶胶、0.03份ph=8的pva消泡剂、0.13份的10%硼砂，将3%pva水溶液置于烧杯中，边搅动边滴加硅溶胶和pva消泡剂，持续搅动12min，再缓慢滴加10%硼砂，在水浴80℃中搅动0.8h，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调整ph为8，成半透明均一溶液即得基料；按质量比3∶2∶2∶6称取三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵和蛭石搅拌混合，得发泡材料；将1g石墨粉加入23ml质量分数为98%的硫酸溶液，置于冰水浴中，充分搅拌混合，再缓慢加入2g高锰酸钾，控制水浴温度在12℃反应2h，移入35℃恒温水浴，继续搅拌30min，然后向反应液中缓慢加入80ml去离子水，并控制溶液温度在75℃反应15min，再向溶液中加入5%h2o2直至溶液中无气泡生成，趁热过滤，得滤饼，并以5%hcl和去离子水充分洗涤滤饼直至滤液呈中性并无so42-，将洗涤完的滤饼置于烘箱60℃下干燥48h，即制得氧化石墨样品；取氧化石墨样品0.1g磨细，加入到100mlph=11的氨水中，搅拌30min，然后置于超声波分散装置中，设置功率为200w，超声分散60min，取出，在转速10000r·min-1下离心5min，去除下部少量未分散氧化石墨，制得稳定分散的氧化石墨烯分散液；按重量份数计，分别称取60份的耐火水泥、10份的高岭土、15份的膨胀珍珠岩、7份的轻质碳酸钙、5份的海泡石、8份的发泡材料、0.5份的钛白粉、7份的氢氧化镁、3份的氧化锡倒入粉料混合机，混合15min，即得填料；按重量份数计，分别称取1.2份的基料、2份的氧化石墨烯分散液、60份的填料，将填料倒入球磨坛，加入基料，滴加氧化石墨烯分散液，密封后混合研磨35min，即得涂料。配置质量分数为3%pva水溶液，按重量份数计，分别称量20份的3%pva水溶液、5份的硅溶胶、0.05份ph=8的pva消泡剂、0.16份的10%硼砂，将3%pva水溶液置于烧杯中，边搅动边滴加硅溶胶和pva消泡剂，持续搅动15min，再缓慢滴加10%硼砂，在水浴80℃中搅动1h，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液调整ph为9，成半透明均一溶液即得基料；按质量比3∶2∶2∶6称取三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵和蛭石搅拌混合，得发泡材料；将1g石墨粉加入23ml质量分数为98%的硫酸溶液，置于冰水浴中，充分搅拌混合，再缓慢加入2g高锰酸钾，控制水浴温度在15℃反应2h，移入35℃恒温水浴，继续搅拌30min，然后向反应液中缓慢加入80ml去离子水，并控制溶液温度在80℃反应15min，再向溶液中加入5%h2o2直至溶液中无气泡生成，趁热过滤，得滤饼，并以5%hcl和去离子水充分洗涤滤饼直至滤液呈中性并无so42-，将洗涤完的滤饼置于烘箱60℃下干燥48h，即制得氧化石墨样品；取氧化石墨样品0.1g磨细，加入到100mlph=11的氨水中，搅拌30min，然后置于超声波分散装置中，设置功率为200w，超声分散60min，取出，在转速10000r·min-1下离心5min，去除下部少量未分散氧化石墨，制得稳定分散的氧化石墨烯分散液；按重量份数计，分别称取65份的耐火水泥、15份的高岭土、20份的膨胀珍珠岩、8份的轻质碳酸钙、6份的海泡石、10份的发泡材料、0.8份的钛白粉、8份的氢氧化镁、4份的氧化锡倒入粉料混合机，混合20min，即得填料；按重量份数计，分别称取1.6份的基料、4份的氧化石墨烯分散液、70份的填料，将填料倒入球磨坛，加入基料，滴加氧化石墨烯分散液，密封后混合研磨40min，即得涂料。对照例：河北某防火材料有限公司生产的隧道防火涂料。将实例及对照例的隧道防火材料进行检测，具体检测如下：热导率的测试方法：按ga98-1995规定的方法进行热导率试验。耐火极限的测试方法：结合gb/t1544.22-1995和现有实验室的条件，建立并采用液化气喷灯灼烧法作为评价隧道防火涂料性能优劣的手段。将涂层实干后的石膏试板固定在铁架上，根据标准升温表升温，然后采用液化气喷灯对试板进行灼烧，试板背面用点温度计测试。测试时，采用标准升温曲线升温。当涂有涂料的石膏板的背面温度达到220℃或炭化开裂时停止燃烧，取下石膏板，记录所用的时间。耐水性能的测试方法：以浸水试验法来测试，在玻璃水槽中加入蒸馏水。调节水温为23±2℃，并在整个试验过程中保持该温度。将三块试板放入其中，并使每块试板长度的2/3浸泡于水中。在产品标准规定的浸泡时间结束时，将试板从水槽中取出，用滤纸吸干，立即或按产品标准规定时间状态调节后以目视检测试板，并记录是否有失光、变色、起皱、脱落、生锈等现象和恢复时间。具体检测结果如表1。表1性能表征对比表检测项目实例1实例2实例3对照例热导率/[w/(m.k)]0.100.100.110.25耐火性能/min18018018080耐水性能/h360h涂层不开裂、起层、脱落360h涂层不开裂、起层、脱落360h涂层不开裂、起层、脱落240h涂层不开裂、起层、脱落由表1可知，本发明制备的隧道防火材料导热系数小，使涂料具备了良好的隔热性能，涂层无开裂、起层和脱落现象，耐火时间为180min，使得该涂料具有优异的耐水耐火性能。当前第1页12