一种有机无机复合型阻燃剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及阻燃材料，尤其涉及一种有机无机复合型阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钢材是现在发展较快的建筑材料，其因具有质轻、强度高、易施工等特点，受到了建筑行业的青睐。但钢结构建筑也存在明显的缺陷，钢材本身不燃烧，但是火灾发生时，其较低的耐火极限使得钢材的机械性能因迅速升温而急剧下降，进而发生形变坍塌，造成人员伤亡和经济损失。因此，提高钢结构的耐火极限具有重要意义。

2、在钢结构表面涂覆防火涂料是实现钢结构防火的行之有效的方法。防火涂料的应用可降低被涂覆材料的可燃性，阻止温度和火焰的传播，起到保护基材结构性的作用，从而保护人民的生命和财产安全。目前我国的钢结构防火涂料主要有膨胀型和非膨胀型，膨胀型防火涂料的防火效果主要包括隔绝热量、膨胀吸热、氧气隔绝和释放不燃气体以稀释氧气浓度。在防火涂料的组成中，阻燃剂的开发与利用是决定防火阻燃效果的关键性因素。根据防火类型的不同，阻燃剂产品可分为无机类和有机类。目前，无机阻燃剂主要存在阻燃效率低，一般需要高填充量，以及与高聚物相容性差而导致材料的理化性能下降等问题，达不到理想的使用效果；而有机阻燃剂因受热分解易产生有毒有害烟气，环保性和安全性差，同时成本较高等问题，应用受限。因此，亟待研究和开发一种环境友好、性能优异、性价比高的新型阻燃剂。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种有机无机复合型阻燃剂及其制备方法和应用，该有机无机复合型阻燃剂应用于水性钢结构防火涂料中有着优异的阻燃抑烟性能，在高温下能够大大减少有害气体的产生，且可膨胀10-50倍，具有非常好的碳层强度和附着力，同时在高温碳化过程中有着较高的残炭率，克服了现有的有机阻燃剂燃烧时毒性较大、烟尘较多以及无机阻燃剂理化性能较差等的缺点。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、本发明一方面提供一种有机无机复合型阻燃剂，包括如下重量百分比计的组分：

4、多元复合阻燃剂10-40％、氢氧化铝9-35％、三聚氰胺30-65％；

5、所述多元复合阻燃剂为同时含有磷、铁、锌、铝和硅元素的复合物。

6、本发明提出的一种有机无机复合型阻燃剂，通过将磷、氮、锌、铁、铝、硅多种阻燃元素相结合发挥阻燃协同作用，有效的达到阻燃隔热抑烟等多重效果，提升其应用于水性防火涂料的综合使用性能。在受热过程中，al(oh)3可产生部分水汽稀释气相可燃热量，附着在基材表面可隔绝氧气，降低聚合物温度，降低气体和促进凝聚相成炭，阻止燃烧的进行，同时可产生较大表面积以提供更多的磷、氮结合分散位点；而铁、锌、硅元素与磷、氮位点的相互作用又更好的起到阻燃抑烟效果，磷、铁、锌元素能够进一步发挥催化成炭以阻止热量传递的作用，氮元素能在燃烧时转变为不可燃性气体以达吸热隔氧、成炭分散的效果，硅元素能够稳定炭层并改善与基体树脂耐水性和相容性。该阻燃剂在受热过程中能够使燃烧快速停止并吸附大量烟尘，且添加于防火涂料中并不影响整体的力学性能。此外，由于阻燃体系中不含卤族等有害元素物质，还具有优异的环保性能。

7、优选地，所述多元复合阻燃剂包括如下组分：磷酸铁、磷酸锌、氧化铝、二氧化硅。

8、优选地，所述多元复合阻燃剂包括如下重量百分比计的组分：磷酸铁60％、磷酸锌20％、氧化铝10％、二氧化硅10％。

9、根据上述描述可知，当特定的阻燃无机物以特定比例并用时，可以有效提高耐火极限，炭化膨胀高，炭化层强度和附着力高。

10、本发明另一方面提供一种有机无机复合型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

11、s1.按重量百分比分别称取多元复合阻燃剂、氢氧化铝和三聚氰胺，各自研磨均匀，备用；

12、s2.在30-100℃下，将三聚氰胺分散在有机溶剂中，搅拌至完全溶解；

13、s3.向上述溶液中加入多元复合阻燃剂和氢氧化铝，经搅拌、反应、冷却至室温后，将所得沉淀物再经洗涤、冷冻干燥，即得。

14、优选地，步骤s2中，所述有机溶剂为甲醇，其用量为50-150ml；搅拌速率为500-1200rpm，搅拌时间为0.5-1.5h。

15、优选地，步骤s3中，搅拌时间为0.5-2h；反应温度为80-120℃，反应时间为6-12h；冷冻干燥时间为12-24h。

16、本发明的制备方法简单便捷，制备过程可控，几乎没有损失，产率较高。

17、本发明再一方面提供一种有机无机复合型阻燃剂在水性钢结构防火涂料中的应用。

技术特征：

1.一种有机无机复合型阻燃剂，包括如下重量百分比计的组分：

2.如权利要求1所述的有机无机复合型阻燃剂，其特征在于，所述多元复合阻燃剂包括如下组分：磷酸铁、磷酸锌、氧化铝、二氧化硅。

3.如权利要求2所述的有机无机复合型阻燃剂，其特征在于，所述多元复合阻燃剂包括如下重量百分比计的组分：磷酸铁60％、磷酸锌20％、氧化铝10％、二氧化硅10％。

4.一种有机无机复合型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的有机无机复合型阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述有机溶剂为甲醇，其用量为50-150ml；搅拌速率为500-1200rpm，搅拌时间为0.5-1.5h。

6.如权利要求4所述的有机无机复合型阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中，搅拌时间为0.5-2h；反应温度为80-120℃，反应时间为6-12h；冷冻干燥时间为12-24h。

7.一种有机无机复合型阻燃剂在水性钢结构防火涂料中的应用。

技术总结
本发明涉及一种有机无机复合型阻燃剂及其制备方法和应用，包括如下重量百分比计的组分：多元复合阻燃剂10‑40％、氢氧化铝9‑35％、三聚氰胺30‑65％；所述多元复合阻燃剂为同时含有磷、铁、锌、铝和硅元素的复合物。本发明通过将磷、氮、锌、铁、铝、硅多种阻燃元素相结合发挥阻燃协同作用，有效的达到阻燃隔热抑烟等多重效果，提升其应用于水性防火涂料的综合使用性能。

技术研发人员：上官志超,林廷睿,熊勇,孔丁峰
受保护的技术使用者：三棵树（上海）新材料研究有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19