一种耐氧化水溶性高阻燃复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种耐氧化水溶性高阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着高层建筑、大型公共体育场馆、机场、展览、娱乐设施等的增加，隧道、地铁等公共交通的不断建设，消防安全问题也逐步凸显。近年来由于材料引发的火灾事故频发，2018年6月1日，四川省达州市通川区西外镇一新商贸城由于租户自行拉接的照明电源线短路，引燃下方的包装纸箱引起火灾事故的发生，过火面积约5.1万平方米，造成1人死亡，直接经济损失超9210万元的后果；2021年8月27日下午，大连市凯旋国际大厦突发火灾，火情迅速蔓延至外墙引燃外保温材料，导致火灾蔓延扩大；2022年9月16日下午，位于湖南长沙市区内的中国电信大楼发生火灾，现场浓烟滚滚，数十层楼体外保温材料燃烧剧烈。

2、由此看来，建筑材料如果不使用阻燃材料将存在很大的火灾风险，需要对材料进行阻燃改性。另外，有毒烟气是发生火灾时最危险的有害因素之一，以往的火灾案例表明85％以上的死亡者是由于吸入烟尘和有毒气体昏迷或者窒息死亡，因而，阻燃材料还需要抑制材料在燃烧过程中有毒烟气的释放。目前，一些阻燃复合材料的阻燃性与耐氧化性、烟气毒性无法兼顾。

技术实现思路

1、本发明的目的之一，就在于提供一种耐氧化水溶性高阻燃复合材料，以解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种耐氧化水溶性高阻燃复合材料，由如下重量份的组分组成：

3、堇青石25-30份，伊利石25-30份，阻燃复合粉15-20份；乙酸乙烯酯-聚乙二醇混合物15-20份；有机硅改性聚酯树脂10-15份；

4、其中，所述阻燃复合粉是由下述重量份的组分组成：氢氧化镁0-10份、氢氧化铝0-10份、二氧化钛0-5份、水合硼酸锌0-5份、层状氢氧化物1-3份，所述百分数是指占复合材料所有组分的百分数。

5、作为优选的技术方案：由如下重量份的组分组成：

6、堇青石30份，伊利石30份，氢氧化镁8份、氢氧化铝5份、二氧化钛2份、层状氢氧化物2份、乙酸乙烯酯-聚乙二醇混合物20份、有机硅改性聚酯树脂15份。

7、作为本申请的最佳实施例，采用上述比例能够取得最好的综合效果。

8、作为优选的技术方案：所述乙酸乙烯酯-聚乙二醇混合物为质量比为1：1的乙酸乙烯酯与聚乙二醇，所述聚乙二醇为peg400；peg400为液体，如果分子量过高后会变成膏体甚至固体。

9、作为优选的技术方案：所述有机硅改性聚酯树脂为用羟基硅油部分代替二元醇，制得的有机硅改性聚酯，反应式为：

10、

11、式中，

12、作为优选的技术方案：水合硼酸锌的分子式为2zno·3b2o3·3.5h2o。

13、作为优选的技术方案：所述层状氢氧化物为钴铁双氢氧化物，结构式为：co0.755fe0.245(oh)2(no3)0.245·mh2o。

14、本发明的堇青石，本领域技术人员知晓的，其化学式为mg2al4si5o18；往往还含有少量na、k、ca、fe、mn等元素，本申请的堇青石来自河北省灵寿县，

15、本发明的伊利石，本领域技术人员知晓的，化学组成一般为k＜1(al,r2+)2[(si,al)si3o10][oh]2·nh2o，晶体主要属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物，本申请的伊利石来自于甘肃省天水市。

16、本发明中的堇青石、伊利石主要是用于耐火材料，高温热稳定性好，在本申请中为了提高复合材料的耐氧化性；阻燃复合粉，主要是为了提高材料的阻燃性；其中，本发明的钴铁双氢氧化物在受热后会发生分解，在低于200℃时，钴铁双氢氧化物首先只脱除层间水，其结构无影响，当温度继续上升到250～450℃时，会失去更多的水，同时生成co2，加热到450～500℃时，碳酸根消失，完全转变为co2，水和co2可以稀释氧气和可燃气体的浓度，起到气相阻燃的效果；此外，钴铁元素可以催化促进凝聚相炭层的生成，高温下的残炭量提升，其自身脱水后形成的钴铁氧化物可以充当物理屏障，保护基材防止被进一步氧化；由于凝聚相的增加，产生的烟气减少，毒性也明显改善。

17、本发明的目的之二，在于提供一种上述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料的制备方法，采用的技术方案为，包括下述步骤：

18、(1)将堇青石、伊利石分别在破碎机中进行破碎，再在球磨机中进行球磨，球磨速度350-500r/min，球磨时间500-600min，在中温炉中进行煅烧，煅烧温度1000-1300℃，研磨、破碎和过筛，得到粒径5-20um烧结好堇青石粉末和伊利石粉末；

19、(2)使用高速混合机将氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化钛、水合硼酸锌、层状氢氧化物中两种及以上按照所述比例混合，混合速度600-1000r/min，混合时间20-45min，得到混合均匀的阻燃复合粉；

20、(3)将步骤(1)所得堇青石、伊利石和步骤(2)所得阻燃复合粉按照所述比例使用高速混合机混合均匀，混合速度600-1000r/min，混合时间30-60min，得到复合a固体材料；

21、(4)使用搅拌分散机将乙酸乙烯酯-聚乙二醇混合物和有机硅改性聚酯树脂搅拌分散，搅拌速度800-1200r/min，搅拌时间60-120min，得到分散均匀的复合b液体材料；

22、(5)使用搅拌分散机将步骤(3)所得的复合a固体材料、步骤(4)所得复合b液体材料和水混合，搅拌速度800-1200r/min，搅拌时间60-120min，即得。

23、作为优选的技术方案：所述堇青石粉末、伊利石粉末、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化钛、水合硼酸锌均为微纳米级粉末。微纳粉体具有化学反应速率快、溶解度大、溶解速率快、吸附性强和填充性好的特点，还拥有独特的分散性与流变性能。

24、采用本申请的方法，利于得到分布均匀的粉体。

25、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的阻燃材料无毒、无害，其烟气毒性优于za2级，阻燃效果好，其极限氧指数值≥32％，耐氧化性提升，其热重分析残余物质量≥75％；因此，采用本发明的阻燃复合材料，能够有效降低材料的火灾危险性，减缓火势的蔓延，降低材料燃烧时的烟气浓度和毒性，为火灾疏散逃生创造条件，还可以从根本上降低火灾发生的概率。

技术特征：

1.一种耐氧化水溶性高阻燃复合材料，其特征在于，由如下重量份的组分组成：

2.根据权利要求1所述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料，其特征在于：由如下重量份的组分组成：

3.根据权利要求1所述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料，其特征在于：所述有机硅改性聚酯树脂为用羟基硅油部分代替二元醇，制得的有机硅改性聚酯。

5.根据权利要求1所述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料，其特征在于：水合硼酸锌的分子式为2zno·3b2o3·3.5h2o。

6.根据权利要求1所述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料，其特征在于：

7.权利要求1-6任一项所述的耐氧化水溶性高阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述堇青石粉末、伊利石粉末、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化钛、水合硼酸锌均为微纳米级粉末。

技术总结
本发明公开了一种耐氧化水溶性高阻燃复合材料，还公开了上述材料的制备方法；由如下重量份的组分组成：堇青石25‑30份，伊利石25‑30份，氢氧化镁0‑10份、氢氧化铝0‑10份、二氧化钛0‑5份、水合硼酸锌0‑5份、层状氢氧化物1‑3份；乙酸乙烯酯‑聚乙二醇混合物15‑20份、有机硅改性聚酯树脂10‑15份，还公开了上述材料的制备方法；本发明的阻燃材料无毒、无害，其烟气毒性优于ZA2级，阻燃效果好，其极限氧指数值≥32％，耐氧化性提升，其热重分析残余物质量≥75％；因此，采用本发明的阻燃复合材料，能够有效降低材料的火灾危险性，减缓火势的蔓延，降低材料燃烧时的烟气浓度和毒性，为火灾疏散逃生创造条件，还可以从根本上降低火灾发生的概率。

技术研发人员：魏新波,张从武,尹兵,陈元武,徐涛,黄浩,韩锐
受保护的技术使用者：大英县消防救援大队
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14