一种膨胀型石墨烯耐火、抗静电、防腐涂料的制作方法

本发明涉及一种涂料，具体的涉及一种新的膨胀体系及石墨烯三功能一体的涂料。

背景技术：

重防腐涂料、耐火涂料、抗静电涂料是钢结构必须施作的保护措施，在建筑结构中是极其重要的一环。对于特种环境(高层)、困难环境(施工)、极端环境(气候)而言，上述涂料的施工及维护面临着极大的考验。

国内在抗烃类火灾的涂料方面，虽有深入研究，但由于测试条件的限制，大多数的实验室的测试条件并不是在炉内依据升温执行测试，对理化指标亦分开测出，结果的出入甚大。

而对于必须执行三种功能保护的钢结构部位，对于国标要求通常采用分开招标，不同公司的产品形成了界面分层，造成存在品质薄弱点。

目前尽管市面上具有多功能一体的涂料，但均具有功能组分多造成的不互溶、不易分散，反而影响主要功能而造成损害。

膨胀体系，均用酸源、碳源及气源组成。现行膨胀阻燃体系多以app聚磷酸铵作为酸源，app本身易吸水，使用一段时间后，即易由表面迁出，进而影响涂料应有的耐火条件，当火灾来临，对安全影响甚巨。另外，目前膨胀体系大多以季戊四醇作为碳源，三聚氰胺作为气源。其热稳定性不足及吸水性差的特性亦影响整个膨胀体系的经久耐用需求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种膨胀型三功能一体的无溶剂耐火涂料。

本发明技术方案如下：

一种膨胀型石墨烯耐火、抗静电、防腐涂料，其特征在于包括以下重量份的组分：

a、酚醛环氧基料20-30，

膨胀阻燃体系15-25，

石墨烯功能性填料3-7，

b、固化剂

a组份：b组份：1.8-2.2:1；

其中所述膨胀阻燃体系为芳基磷酸酯体系；

所述石墨烯功能性填料为石墨烯与fe3o4粉混合而成；

所述炭促进剂包括成炭促进剂和成炭后增强剂，所述成炭促进剂主要由金属氧化物和/或金属化合物组成，所述成炭后增强剂主要由有机硅类化合物组成；

所述固化剂为多官能团胺化合物，

所述助剂包括润湿剂、消泡剂、分散剂。

优选的所述酚醛环氧基料为np400、np600和/或np900。

进一步优选的所述酚醛环氧基料为np900。

优选的所述芳基磷酸酯体系为物质的量比为3：2的rdp-dmp和tpp，rdp为间苯二酚—双(磷酸二苯酯)，dmp为邻苯二甲酸二甲酯，tpp为磷酸三苯酯。

进一步优选的所述芳基磷酸酯体系为rdp-dmp复合，二者质量比3:2。

优选的所述石墨烯功能性材料为将质量比为0.8-1.2：1的石墨与fe3o4纳米铁粉在球磨机中干磨1-3hrs而成，使石墨剥层为石墨烯并与fe3o4复合，形成磁化石墨烯，并在磁场控制方向，形成磁致导向排列。

进一步优选的所述石墨烯选用层数＜10，c/o比值＜5％，导电率＞10000s/cm²，99.5％以上纯度。

优选的所述金属氧化物为zno和/或mno，所述金属化合物为znso4·7h2o，zn3b4o9·5h2o，mnac·4h2o，mnso4·h2o，znac·2h2o中的一种或几种。

优选的所述有机硅类为硼硅氧烷陶瓷bsi前体，有机硼硅氧烷obs，乙烯基三乙氧硅烷vts，硼硅类表面活性剂中的一种或几种。

优选的所述多官能团胺为乙二胺，二乙烯二胺，二乙氨基丙胺中的一种或几种。

优选的所述活性稀释剂为1,6己二醇二丙烯酸·缩水甘油醚和/或醇酸·缩水甘油醚。

优选的所述增强纤维是碳纤维，高硅氧铝纤维，玻璃纤维和/或氧化镁晶须。

本发明的技术效果如下：

本发明涂料中的酚醛环氧基料，可由np400，600，900组成，优选np900(np450、np600、np900分别代表novolac酚醛环氧树酯的相对分子质量)。除做为涂料基料外亦是炭源的成份，其与阻燃剂的芳基磷酸酯(亦即酸源)作用成炭。

新型膨胀阻燃体系由rdp，dmp，tpp等芳基磷酸酯组成，优选rdp-dmp复合质量比3:2，此复合体系为阻燃及酸源体系。另外，二者在升温下热分解反应产生h2o，即为气源的气体来源，最终形成炭泡沫层。

石墨烯是二维纳米薄片，除了其力学、电子学、热学、电化学等有突出的优异材料性外，其纳米薄片的形貌在微观的屏蔽、阻隔性亦是相关材料的翘楚，尤其在磁致导向之后具有极佳的阻隔屏障作用，形成迷宫效应(zig-zag)。在平时阻绝恶劣因子侵入基材，火灾燃烧时，则阻隔可燃气体。通过磁化使片状石墨烯薄片均顺磁向而水平，大幅提升了屏蔽阻隔条件。石墨烯具有高导电性，具有抗静电的能力，另外，其优良的屏蔽阻隔性，在漆膜中，除发挥电化学防腐作用外，亦将环境恶劣因子(包括酸雨，潮气，微生物等)阻绝于外，对防腐有极大的贡献。石墨烯具有抗紫外线的功能，可屏蔽紫外线对漆膜的照射损坏老化，增加使用寿命。石墨烯是纳米材料，不需要大量添加即可达到预期目标，因而大幅降低对漆膜体系固含量的影响，保持原有的强度。结合上述的优点及特性，此种涂料组合物同时提供了抗静电，防腐的功能。

成炭促进剂是酸化成炭过程中催化促进成炭，成炭形成泡沫层后，成炭后增强剂则可配合进一步增强其抗火侵蚀能力。

本发明以抗烃类火灾涂料为主，其配方组成的基本成分间相互配合稳定，厚度6-7mm，可耐烃类火灾90mins，同时具备了石墨烯优异的防腐及抗静电功能，使产品施工、运营均简易化，消除多种成分间的界面损害，同时具备经济效益。

附图说明

图1为实施例1的a组分的制备流程图。

图2为实施例1的b组分的制备流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释。

实施例1

本实施例涂料的配方如下：

a组份(质量份数)

b组份

二乙烯三胺

a:b＝2:1

磁化石墨烯功能性材料的制备过程如下：质量1:1粒径2000目的鳞片石墨与市售fe3o4于行星球磨机(氧化锆球2:1)中研磨1hr，经由机械法，剥离为石墨烯，并与fe3o4形成包覆型复合磁性材料。此复合材料在1tb的磁场控制方向，形成可控导向排列，该磁致导向工作由涂料喷枪头加上永久性磁铁环而制成，形成磁场于喷涂过程中磁致导向。

涂料的制备过程：

a组份:

如图1所示，酚醛环氧、活性稀释剂和助剂加入dmp-rdp共同在提篮式高速分散研磨机中高速研磨分散，然后再加入增强纤维和氧化锌/硼酸锌等后高速分散，得到产品后包装。

b组份:

如图2所示，为了加工和保存的方便，将a组分中的磁化石墨烯(即磁化石墨烯功能性材料)加入与b组分固化剂混合后高速研磨分散然后包装。

实施例2

本实施例涂料的配方如下：

a组份

b组份

二乙氨基丙胺a:b＝2:1

制备过程同实施例1。

以上实施例制得的产品在特种环境(高层)、困难环境(施工)、极端环境(气候)下极其稳定，长时间不分层。

进行燃烧试验，膨胀体系采用p-n-c(磷、氮、碳)三元体系。燃烧时，第一二阶段质量损失约15％，热分解过程的化学反应发生在这两个阶段，即pedp(季戊四醇双磷酸酯)的羟基缩合、脱水，主要释放出的挥发性产物为水。同时，酯缩合产物在酸催化下通过正碳离子机理完成酯键断裂，单键转移，释放出含有烯烃的磷酸酯和磷酸的系列化学反应。含有烯烃的磷酸酯进一步发生d-a反应(diels-alderreaction)生成芳香结构的产物。通过d-a反应的反复进行，可进一步生成芳香结构的泡沫状碳质炭。磁性石墨烯的加入及取向，可促进上述反应，并大幅提升炭泡沫强度和抗氧化能力。

以上实施例的炭泡沫层厚度约为6cm，强度约为18n/cm²,可耐烃类火灾90mins以上。