本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料及其制备方法。
背景技术
传统的防火涂料主要是基于高分子基体，包括丙稀酸酯、环氧树脂、硅酸酯等有机树脂。而且他们的主要应用技术是喷涂、刷涂、滚涂等，另一种方法就是把材料表面直接浸渍在涂料当中，使其渗透入材料中达到阻燃的效果。然而这些技术存在诸多问题，譬如方法太繁琐，对环境造成了严重污染，而且重复的涂刷，会造成涂料之间的粘附力不强，容易脱落的问题。
膨胀型防火涂料由基体、阻燃体系、添加剂及各种助剂组成。在高温火焰的作用下，涂料层熔融、发泡、膨胀，形成蜂窝状的包状炭化层结构，并释放出难燃气体，起到隔火隔热的作用。目前膨胀型防火涂料大多存在炭化层强度差、容易从基材表面脱落的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料，由下述重量份的原料制成：
水性树脂200-300份，
2-氯乙基膦酸酯150-250份，
氟化石墨烯20-30份，
氧化石墨烯10-15份，
碳纤维粉末20-40份，
硼酸三聚氰胺10-15份，
双季戊四醇3-5份，
碱式钼酸铜1-2份，
珍珠岩5-15份，
八甲基环四硅氧烷3-5份，
烷基酚聚氧乙烯醚3-5份，
发泡剂1-2份，
水250-400份。
具体地，所述氟化石墨烯的制备方法如下：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声处理2-3h得氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后加入氟化剂，100-200℃反应20-25h，反应结束后冷却至室温，过滤，用去离子水将滤饼洗至中性，烘干，即得氟化石墨烯。
具体地，所述水性树脂为水性聚氨酯、水性环氧树脂或水性丙烯酸树脂中的一种。
具体地，所述发泡剂为双氰铵或磷铵系化合物。
上述石墨烯类膨胀型低烟防火涂料的制备方法，具体步骤如下：
1）将氟化石墨烯和氧化石墨烯加入水中，超声处理2-3h，得分散均匀的石墨烯混合液；
2）将2-氯乙基膦酸酯、碳纤维粉末、硼酸三聚氰胺、双季戊四醇、碱式钼酸铜、珍珠岩、八甲基环四硅氧烷、烷基酚聚氧乙烯醚加入石墨烯混合液中，1000-2000rpm分散1-2h，然后在研磨机中1500rpm研磨30-60min，然后将水性树脂和发泡剂加入，搅拌30-60min使分散均匀，过筛，即得石墨烯类膨胀型低烟防火涂料。
石墨烯在防火涂料中的阻燃机理为以下几种阻燃作用的叠加：（1）石墨烯的二维片层结构能在涂料中层层叠加，形成致密的物理隔绝层，提高阻燃性能。（2）石墨烯可以与涂料中树脂进行交联复合，进一步形成一层致密的保护膜，起到阻隔空气的作用，从而发挥阻燃的效果。（3）在高温下石墨烯涂层燃烧产生二氧化碳和水，并生成更加致密、连续的碳层，阻隔作用更强。
本发明具有以下有益效果：本发明制备的防火涂料可以改善炭化层的强度，提高耐火性能；石墨烯和碳纤维可以协同抑制挥发性降解产物的产生，形成一种高效防渗透的网状结构，抵御分解产生的有害气体的释放。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料，由下述重量份的原料制成：水性聚氨酯270份，2-氯乙基膦酸酯200份，氟化石墨烯30份，氧化石墨烯12份，碳纤维粉末30份，硼酸三聚氰胺10份，双季戊四醇3份，碱式钼酸铜1.5份，珍珠岩10份，八甲基环四硅氧烷5份，烷基酚聚氧乙烯醚3份，双氰铵2份，水300份。
首先制备氟化石墨烯，步骤如下：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声处理2h得氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后加入氟化剂，150℃反应25h，反应结束后冷却至室温，过滤，用去离子水将滤饼洗至中性，烘干，即得氟化石墨烯。
石墨烯类膨胀型低烟防火涂料的制备方法，具体步骤如下：
1）将氟化石墨烯和氧化石墨烯加入水中，超声处理2h，得分散均匀的石墨烯混合液；
2）将2-氯乙基膦酸酯、碳纤维粉末、硼酸三聚氰胺、双季戊四醇、碱式钼酸铜、珍珠岩、八甲基环四硅氧烷、烷基酚聚氧乙烯醚加入石墨烯混合液中，1500rpm分散1h，然后在研磨机中1500rpm研磨40min，然后将水性聚氨酯和双氰铵加入，搅拌50min使分散均匀，过筛，即得石墨烯类膨胀型低烟防火涂料。
实施例2
一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料，由下述重量份的原料制成：水性环氧树脂250份，2-氯乙基膦酸酯150份，氟化石墨烯20份，氧化石墨烯15份，碳纤维粉末20份，硼酸三聚氰胺15份，双季戊四醇4份，碱式钼酸铜1.8份，珍珠岩5份，八甲基环四硅氧烷4份，烷基酚聚氧乙烯醚4份，磷铵系化合物1.5份，水250份。
首先制备氟化石墨烯，步骤如下：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声处理2h得氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后加入氟化剂，100℃反应23h，反应结束后冷却至室温，过滤，用去离子水将滤饼洗至中性，烘干，即得氟化石墨烯。
石墨烯类膨胀型低烟防火涂料的制备方法，具体步骤如下：
1）将氟化石墨烯和氧化石墨烯加入水中，超声处理3h，得分散均匀的石墨烯混合液；
2）将2-氯乙基膦酸酯、碳纤维粉末、硼酸三聚氰胺、双季戊四醇、碱式钼酸铜、珍珠岩、八甲基环四硅氧烷、烷基酚聚氧乙烯醚加入石墨烯混合液中，1800rpm分散1.5h，然后在研磨机中1500rpm研磨50min，然后将水性环氧树脂和磷铵系化合物加入，搅拌30min使分散均匀，过筛，即得石墨烯类膨胀型低烟防火涂料。
实施例3
一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料，由下述重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂200份，2-氯乙基膦酸酯250份，氟化石墨烯25份，氧化石墨烯13份，碳纤维粉末40份，硼酸三聚氰胺13份，双季戊四醇5份，碱式钼酸铜2份，珍珠岩15份，八甲基环四硅氧烷5份，烷基酚聚氧乙烯醚5份，磷铵系化合物2份，水400份。
首先制备氟化石墨烯，步骤如下：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声处理3h得氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后加入氟化剂，200℃反应22h，反应结束后冷却至室温，过滤，用去离子水将滤饼洗至中性，烘干，即得氟化石墨烯。
石墨烯类膨胀型低烟防火涂料的制备方法，具体步骤如下：
1）将氟化石墨烯和氧化石墨烯加入水中，超声处理2.5h，得分散均匀的石墨烯混合液；
2）将2-氯乙基膦酸酯、碳纤维粉末、硼酸三聚氰胺、双季戊四醇、碱式钼酸铜、珍珠岩、八甲基环四硅氧烷、烷基酚聚氧乙烯醚加入石墨烯混合液中，1000rpm分散2h，然后在研磨机中1500rpm研磨30min，然后将水性丙烯酸树脂和磷铵系化合物加入，搅拌60min使分散均匀，过筛，即得石墨烯类膨胀型低烟防火涂料。
实施例4
一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料，由下述重量份的原料制成：水性丙烯酸树脂300份，2-氯乙基膦酸酯220份，氟化石墨烯28份，氧化石墨烯10份，碳纤维粉末35份，硼酸三聚氰胺12份，双季戊四醇4份，碱式钼酸铜1份，珍珠岩12份，八甲基环四硅氧烷3份，烷基酚聚氧乙烯醚4份，双氰铵1份，水350份。
首先制备氟化石墨烯，步骤如下：将氧化石墨烯加入去离子水中，超声处理2.5h得氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入带聚四氟乙烯内衬的水热釜中，然后加入氟化剂，130℃反应20h，反应结束后冷却至室温，过滤，用去离子水将滤饼洗至中性，烘干，即得氟化石墨烯。
石墨烯类膨胀型低烟防火涂料的制备方法，具体步骤如下：
1）将氟化石墨烯和氧化石墨烯加入水中，超声处理2h，得分散均匀的石墨烯混合液；
2）将2-氯乙基膦酸酯、碳纤维粉末、硼酸三聚氰胺、双季戊四醇、碱式钼酸铜、珍珠岩、八甲基环四硅氧烷、烷基酚聚氧乙烯醚加入石墨烯混合液中，2000rpm分散1h，然后在研磨机中1500rpm研磨60min，然后将水性丙烯酸树脂和双氰铵加入，搅拌40min使分散均匀，过筛，即得石墨烯类膨胀型低烟防火涂料。