本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及一种含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材及制备方法。
背景技术：
：火灾是日常生活的安全隐患之一，由于家居大量装饰材料的使用，导致在火灾发生时，生产多种有毒气体，威胁人身安全。防火板材就是指一类具有一定的耐火防火能力的板材产品，是现代装饰行业中常常会使用到的一类板材产品，尤其是现代家居厨房橱柜的设计与装修过程中以及天花板等等的装修中，都会使用到防火板材。阻燃板材作为一种防火建材再现代住宅建筑中应用较多，由具有防止或阻滞火焰蔓延性能的材料作为组分加工而成，其目的在于解决现代建筑中墙体单薄，保温和防火功能弱的问题。聚合物材料具有耐磨、耐振动、耐腐蚀、可回收、强度大、抗老化、防水、防潮、不易变形、色彩鲜艳、重复使用等特点在各个领域内广泛应用，尤其用作于建筑装饰板材。但是其属于有机物，其本身的阻燃性能相对于无机材料还有很大差距，随着有机保温材料火灾事故的多次发生，人们对其阻燃指标要求也越来越严格。通过添加阻燃剂和防火材料覆盖法是常用的阻燃处理方法。阻燃剂在燃烧过程通过发挥下列作用而使物体达到阻燃：(1)捕捉自由基；(2)吸收热量；(3)覆盖作用；(4)稀释作用；(5)脱水碳化作用。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的阻燃剂之一，主要作用机理是在火灾初期较低温度下迅速分解，然后快速捕捉燃烧反应中的自由基，因而具有较高的阻燃效率。中国发明专利申请号201310539480.4公开了一种人造阻燃板材，由20-30%聚氯乙烯、15-25%硬脂酸锌、10-20%阻燃剂、5-10%发泡剂、5-10%成膜剂、2-8%邻苯二甲酸二辛酯、2-6%石蜡组成，所述阻燃剂是十溴二苯乙烷、聚磷酸铵、十溴二苯醚、硼酸锌中的任意一种。然而传统的阻燃剂如卤系阻燃剂，在火灾中往往会产生很多有害烟气，甚至提高了烟气的毒性和腐蚀性，易造成重大人员伤亡。无机型阻燃剂的使用避免燃烧时毒害气体的产生带来的风险，中国发明专利申请号201710906090提出了一种阻燃型板材的制备方法，按重量份数计将氯化镁15-20份、氧化钙15-20份、十二烷胺3-8份、光稳定剂0.5-3份、膨胀石墨1-5份、三羟甲基氧化磷2-8份、丙酮溶液10-15份、乙醇溶液5-9份在40-50℃的温度下混合搅拌30-50min得到阻燃剂；再将阻燃剂按配比加入abs树脂、苯乙烯、抗氧剂、甘油、铁粉等原料中混合加入挤出机中挤出成型制得阻燃板材。上述无卤阻燃剂，铝镁氢氧化物等阻燃效果好、低烟无毒，但所需阻燃剂的添加量较大，使材料的力学性能如拉伸强度，断裂强度下降。防火材料覆盖法是将耐火涂料在板材表面涂刷一定厚度的时候可以让物体长时间防火，保护物体不被火焰损坏，同时使得板材本身不易着火从而减少火灾发生时挥发指空气中的有毒气体和粉尘。中国发明专利申请号201210509214.2公开了一种轻质阻燃板材，阻燃板材表面涂覆含阻燃剂涂料，涂料中的阻燃剂为由天然阻燃矿石材料组成的阻燃组合物，该所述组合物，含水硅酸盐矿石20-100，镁橄榄石20-100，水镁石10-50，石英石10-30，硅灰石10-30。但是阻燃涂层与板材结合能力的强弱决定了阻燃效果的持续性，结合能力越强，阻燃材料使用寿命越长。现有阻燃方案中通过直接添加无机型阻燃剂导致力学性能下降，阻燃涂料与基板结合强度不足导致阻燃效果不理想，因此，有必要提出一种无需直接添加无机型阻燃剂的阻燃方案，获得具有良好的阻燃性能的聚合物板材。技术实现要素：针对现有阻燃方案中通过直接添加无机型阻燃剂导致力学性能下降，阻燃涂料与基板结合强度不足导致阻燃效果不理想的缺陷，本发明提出一种含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材及制备方法，制备的板材具有良好的阻燃性和优异的力学性能。为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材，所述阻燃建筑装饰板材包括在聚合物基板表面形成的双阻燃涂层，所述双阻燃涂层由聚氨酯层和阻燃夹层构成，其中，所述聚氨酯层厚度为0.1-0.5mm，所述阻燃夹层的厚度为0.01-0.1mm，所述聚合物基板厚度为1-2mm。优选的，所述阻燃夹层以氧化石墨烯包裹纳米无机氧化物为阻燃介质，所述纳米无机氧化物为纳米氧化铝，其粒径为20-80nm。优选的，采用氧化石墨烯和防沉降性铝酸酯作为原料，使用喷涂法反应获得阻燃涂层：（1）按质量比例为1:6-10：1称取氧化石墨烯和溶剂、纳米氧化铝，再将所述氧化石墨烯加入所述溶剂中，并超声处理得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的聚合物基板表面，经过12-20小时干燥，干燥温度控制在25-32℃，得到氧化石墨烯粘性薄膜；（3）再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯按质量比例1:1-5混合，搅拌均匀，作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷涂在所述氧化石墨烯粘性薄膜的基板表面，静置20-60min，待防沉降性铝酸酯与氧化石墨烯上的活性基团发生键合作用，得到氧化石墨烯复合铝酸酯涂层；（4）向步骤（3）喷涂后的基板表面喷涂聚醚多元醇混合溶液，反应后形成聚氨酯层；（5）待步骤（4）中聚氨酯层固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入恒温恒湿环境放置，最终取出、干燥得到阻燃建筑装饰板材。优选的，步骤（1）中所述超声处理的功率为3-12kw，超声时间为3-10min。优选的，所述溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、正丁醇、乙醚、苯丙醚、异丙醚和甲基叔丁醚中的一种。优选的，步骤（2）中所述口模挤出的聚合物基板的温度为50-90℃，所述高压喷涂的速度为10-80ml/min。优选的，步骤（4）中所述聚醚多元醇混合溶液的制备工艺为按质量分数取水20-50份、淀粉25-30份、磷酸8-10份、四溴苯酐20-40份、浓硫酸0.5-1.5份、环氧丙烷30-80份为原料，将水、浓硫酸、淀粉和四溴苯酐混合均匀后90-120℃加热，反应，再加入磷酸，混合后在120-150℃条件下加入环氧丙烷，反应完成后抽真空，得到聚醚多元醇混合溶液。优选的，所述抽真空的温度为100-120℃，时间为20-40min。优选的，步骤（5）所述恒温恒湿的环境为20-25°c，相对湿度为45-52%，放置时间为2-9h。针对目前阻燃涂料与基板结合强度不足导致阻燃效果不理想，直接添加无机型阻燃剂导致力学性能下降的缺陷，本发明提出一种含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材及制备方法，将氧化石墨烯分散在溶剂中并超声处理得到悬浮液，然后灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的聚合物基板表面，再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯等混合作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷向含氧化石墨烯层的基板表面，待防沉降性铝酸酯所含基团与氧化石墨烯所含羟基等基团发生键合作用后，继续向基板表面喷涂聚醚多元醇等进行反应，形成聚氨酯层，固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入恒温恒湿环境放置，最终取出、干燥得到阻燃建筑装饰板材。本发明通过将氧化石墨烯和含防沉降性铝酸酯的异氰酸酯依次喷涂在基板表面，利用防沉降性铝酸酯含有可与活泼氢反应的基团，与氧化石墨烯所含羟基等基团发生键合作用而紧密结合，后续喷涂聚醚多元醇生成聚氨酯，其内部分散的纳米无机氧化物赋予聚氨酯涂层良好的阻燃性能；此工艺可连续在聚合物基板表面形成牢固的双阻燃涂层，氧化石墨烯与聚氨酯阻燃涂层充分发挥阻燃作用，同时制备工艺简单，无需直接添加无机型阻燃剂，造成板材力学性能下降。本发明提出一种含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本发明提出一种含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材，通过先将氧化石墨烯和含防沉降性铝酸酯的异氰酸酯依次喷涂在基板表面，氧化石墨烯所含羟基等基团发生键合作用而紧密结合，后续喷涂聚醚多元醇生成聚氨酯，其内部分散的纳米无机氧化物赋予聚氨酯涂层良好的阻燃性能，避免了直接添加阻燃剂造成板材力学性能下降的缺陷。2、本发明制备工艺可连续在聚合物基板表面形成牢固的双阻燃涂层，氧化石墨烯与聚氨酯阻燃涂层充分发挥阻燃作用。3、本发明制备工艺简单，操作简单易行，制得的板材阻燃性能和力学性能良好，可以进行规模生产并不断代替现有材料。具体实施方式以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。实施例1（1）按质量比例为1:8：1称取氧化石墨烯和乙醇、纳米氧化铝，再将所述氧化石墨烯加入所述溶剂中，并利用功率为5kw超声处理3-10min得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的abs树脂基板表面，基板的温度为70℃，高压喷涂的速度为60ml/min，喷涂后经过17小时干燥，干燥温度控制在28℃，得到氧化石墨烯粘性薄膜；（3）再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯按质量比例1:3混合，搅拌均匀，作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷涂在所述氧化石墨烯粘性薄膜的abs树脂基板表面，静置40min，待防沉降性铝酸酯与氧化石墨烯上的活性基团发生键合作用，得到氧化石墨烯复合铝酸酯涂层；（4）向步骤（3）喷涂后的abs树脂基板表面喷涂聚醚多元醇混合溶液，制备工艺为取水20份、淀粉30份、磷酸10份、四溴苯酐20份、浓硫酸1.5份、环氧丙烷30份为原料，将水、浓硫酸、淀粉和四溴苯酐混合均匀后100℃加热，反应，再加入磷酸，混合后在140℃条件下加入环氧丙烷，反应完成后抽真空，抽真空的温度为110℃，时间为25min，得到聚醚多元醇混合溶液反应后形成聚氨酯层；（5）待步骤（4）中聚氨酯层固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入22°c，相对湿度为48%恒温恒湿环境放置，放置时间为5h，防沉降性铝酸酯在恒温恒湿环境下水解生成粒径为60nm的纳米氧化铝作为阻燃剂，氧化石墨烯包裹纳米氧化铝粒子为阻燃介质在板材中形成阻燃夹层，最终在abs树脂基板表面形成由聚氨酯层和阻燃夹层构成的双阻燃涂层。将复合板材取出、干燥得到本发明中阻燃建筑装饰板材。将本实施例中制备的含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材按照gb8624-2012进行检测，结果如表1所示。实施例2（1）按质量比例为1：10：1称取氧化石墨烯和甲醇、纳米氧化铝，再将所述氧化石墨烯加入所述溶剂中，并利用功率为12kw超声处理3min得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的聚丙烯基板表面，基板的温度为90℃，高压喷涂的速度为10ml/min，喷涂后经过12小时干燥，干燥温度控制在32℃，得到氧化石墨烯粘性薄膜；（3）再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯按质量比例1:1混合，搅拌均匀，作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷涂在所述氧化石墨烯粘性薄膜的聚丙烯基板表面，静置20min，待防沉降性铝酸酯与氧化石墨烯上的活性基团发生键合作用，得到氧化石墨烯复合铝酸酯涂层；（4）向步骤（3）喷涂后的聚丙烯基板表面喷涂聚醚多元醇混合溶液，制备工艺为取水50份、淀粉30份、磷酸10份、四溴苯酐40份、浓硫酸0.5份、环氧丙烷60份为原料，将水、浓硫酸、淀粉和四溴苯酐混合均匀后120℃加热，反应，再加入磷酸，混合后在150℃条件下加入环氧丙烷，反应完成后抽真空，抽真空的温度为110℃，时间为25min，得到聚醚多元醇混合溶液反应后形成聚氨酯层；（5）待步骤（4）中聚氨酯层固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入20°c，相对湿度为52%恒温恒湿环境放置，放置时间为9h，防沉降性铝酸酯在恒温恒湿环境下水解生成粒径为20nm的纳米氧化铝作为阻燃剂，氧化石墨烯包裹纳米氧化铝粒子为阻燃介质在板材中形成阻燃夹层，最终在聚丙烯聚合物基板表面形成由聚氨酯层和阻燃夹层构成的双阻燃涂层。将复合板材取出、干燥得到本发明中阻燃建筑装饰板材。将本实施例中制备的含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材按照gb8624-2012进行检测，结果如表1所示。实施例3（1）按质量比例为1:7：1称取氧化石墨烯和正丁醇、纳米氧化铝，再将所述氧化石墨烯加入所述溶剂中，并利用功率为12kw超声处理10min得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的聚丙烯基板表面，聚丙烯基板的温度为87℃，高压喷涂的速度为40ml/min，喷涂后经过18小时干燥，干燥温度控制在28℃，得到氧化石墨烯粘性薄膜；（3）再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯按质量比例1:1-5混合，搅拌均匀，作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷涂在所述氧化石墨烯粘性薄膜的聚丙烯基板表面，静置20-60min，待防沉降性铝酸酯与氧化石墨烯上的活性基团发生键合作用，得到氧化石墨烯复合铝酸酯涂层；（4）向步骤（3）喷涂后的聚丙烯基板表面喷涂聚醚多元醇混合溶液，制备工艺为取水36份、淀粉28份、磷酸9份、四溴苯酐25份、浓硫酸1.3份、环氧丙烷68份为原料，将水、浓硫酸、淀粉和四溴苯酐混合均匀后125℃加热，反应，再加入磷酸，混合后在135℃条件下加入环氧丙烷，反应完成后抽真空，抽真空的温度为110℃，时间为35min，得到聚醚多元醇混合溶液反应后形成聚氨酯层；（5）待步骤（4）中聚氨酯层固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入22°c，相对湿度为51%恒温恒湿环境放置，放置时间为4h，防沉降性铝酸酯在恒温恒湿环境下水解生成粒径为25nm的纳米氧化铝作为阻燃剂，氧化石墨烯包裹纳米氧化铝粒子为阻燃介质在聚丙烯板材中形成阻燃夹层，最终在聚合物基板表面形成由聚氨酯层和阻燃夹层构成的双阻燃涂层。将复合板材取出、干燥得到本发明中阻燃建筑装饰板材。将本实施例中制备的含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材按照gb8624-2012进行检测，结果如表1所示。实施例4（1）按质量比例为1:9：1称取氧化石墨烯和正丁醇、纳米氧化铝，再将所述氧化石墨烯加入所述溶剂中，并利用功率为10kw超声处理7min得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的苯乙烯聚合物基板表面，基板的温度为70℃，高压喷涂的速度为30ml/min，喷涂后经过18小时干燥，干燥温度控制在26℃，得到氧化石墨烯粘性薄膜；（3）再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯按质量比例1：4混合，搅拌均匀，作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷涂在所述氧化石墨烯粘性薄膜的基板表面，静置50min，待防沉降性铝酸酯与氧化石墨烯上的活性基团发生键合作用，得到氧化石墨烯复合铝酸酯涂层；（4）向步骤（3）喷涂后的基板表面喷涂聚醚多元醇混合溶液，制备工艺为取水45份、淀粉28份、磷酸9份、四溴苯酐27份、浓硫酸0.8份、环氧丙烷57份为原料，将水、浓硫酸、淀粉和四溴苯酐混合均匀后105℃加热，反应，再加入磷酸，混合后在140℃条件下加入环氧丙烷，反应完成后抽真空，抽真空的温度为115℃，时间为35min，得到聚醚多元醇混合溶液反应后形成聚氨酯层；（5）待步骤（4）中聚氨酯层固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入22°c，相对湿度为48%恒温恒湿环境放置，放置时间为9h，防沉降性铝酸酯在恒温恒湿环境下水解生成粒径为70nm的纳米氧化铝作为阻燃剂，氧化石墨烯包裹纳米氧化铝粒子为阻燃介质在板材中形成阻燃夹层，最终在苯乙烯聚合物基板表面形成由聚氨酯层和阻燃夹层构成的双阻燃涂层。将复合板材取出、干燥得到本发明中阻燃建筑装饰板材。将本实施例中制备的含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材按照gb8624-2012进行检测，结果如表1所示。实施例5（1）按质量比例为1:6：1称取氧化石墨烯和苯丙醚、纳米氧化铝，再将所述氧化石墨烯加入所述溶剂中，并利用功率为3kw超声处理10min得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的聚乙烯基板表面，基板的温度为50℃，高压喷涂的速度为80ml/min，喷涂后经过20小时干燥，干燥温度控制在25℃，得到氧化石墨烯粘性薄膜；（3）再将异氰酸酯、防沉降性铝酸酯按质量比例1:5混合，搅拌均匀，作为制备改性聚氨酯的组分，预先喷涂在所述氧化石墨烯粘性薄膜的基板表面，静置60min，待防沉降性铝酸酯与氧化石墨烯上的活性基团发生键合作用，得到氧化石墨烯复合铝酸酯涂层；（4）向步骤（3）喷涂后的聚乙烯基板表面喷涂聚醚多元醇混合溶液，制备工艺为取水20份、淀粉25份、磷酸8份、四溴苯酐20份、浓硫酸1.5份、环氧丙烷80份为原料，将水、浓硫酸、淀粉和四溴苯酐混合均匀后90℃加热，反应，再加入磷酸，混合后在120℃条件下加入环氧丙烷，反应完成后抽真空，抽真空的温度为100℃，时间为20min，得到聚醚多元醇混合溶液反应后形成聚氨酯层；（5）待步骤（4）中聚氨酯层固化后将板材切割，由牵引机将喷涂改性的板材牵引进入25°c，相对湿度为45%恒温恒湿环境放置，放置时间为4h，防沉降性铝酸酯在恒温恒湿环境下水解生成粒径为80nm的纳米氧化铝作为阻燃剂，氧化石墨烯包裹纳米氧化铝粒子为阻燃介质在板材中形成阻燃夹层，最终在聚乙烯基板表面形成由聚氨酯层和阻燃夹层构成的双阻燃涂层。将复合板材取出、干燥得到本发明中阻燃建筑装饰板材。将本实施例中制备的含氧化石墨烯的阻燃建筑装饰板材按照gb8624-2012进行检测，结果如表1所示。对比例1以氧化镁和氧化钙作为阻燃材料，添加进入abs树脂、抗氧剂、甘油、硬脂酸等原料中投入挤出机中加热挤出成型，得到以氧化镁和氧化钙作为阻燃材料的建筑装饰板。取与实施例1相同的板材尺寸按照实施例1中的检测方式对对比例1提供的人造阻燃板材的各项参数进行检测，测试性能如表1所示。对比例2（1）按质量比例为1:3：8称取氧化石墨烯、粒径为60nm氧化铝纳米粒子和乙醇混合均匀，并利用功率为5kw超声处理3-10min得到悬浮液；（2）将所述悬浮液灌装在高压喷涂机中，将其喷涂在由口模挤出的abs树脂基板表面，基板的温度为70℃，高压喷涂的速度为60ml/min，喷涂后经过17小时干燥，干燥温度控制在28℃，得到第一阻燃涂层；（3）向第一阻燃涂层薄膜表面喷涂与实施例1相同的聚氨酯层，在abs树脂基板表面形成由聚氨酯层和第一阻燃层构成的双阻燃涂层；（4）待步骤（3）中聚氨酯层固化后将板材切割成与实施例1相同的板材，将复合板材取出、干燥得到对比例2中阻燃建筑装饰板材。按照如实施例1的方法进行测试，测试性能如表1所示。实施例1-5、对比例2统一基板厚度为2mm，聚氨酯层厚度为0.1mm，阻燃夹层的厚度为0.05mm；对比例1装饰板厚度为2.15mm。然后进行阻燃性能定型对比分析。如表1。表1：性能指标实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例1对比例2拉伸强度mpa41394142401335弯曲强度mpa56575860572236燃烧增长速度指数w/s153147150138136172160由以上对比例和实施例可以看出，本发明提供的阻燃板材阻燃剂用量少，阻燃性能好且强度高，符合防火等级标准gb8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定。当前第1页12