一种防火抗压涂料及其制备方法与流程

本发明涉及一种防火抗压涂料及其制备方法，适用于工业、民用和军事领域的设备设施和建筑的防火、抗压等需求。

背景技术：

1、

2、防火涂料作为一种有效的防止储罐等设备设施及建筑火势蔓延的材料，近年来引起了广泛的关注。目前防火涂料分为膨胀型和非膨胀型，膨胀型防火涂料主要成分为三聚氰胺、聚磷酸铵和季戊四醇，但是其中三聚氰胺对人体有害。而非膨胀型防火涂料的施工厚度往往需要2-3厘米才能满足防火需求，其重量超出了许多设备的承压能力，同时非膨胀型防火涂料的施工较为复杂，防止开裂。

3、为了克服上述问题，本发明公开了一种防火抗压涂料配方及制备方法。该涂料防火效果明显，能抵抗明火燃烧，并且隔热效果显著，同时该涂料具有良好的抗压性能和延展性能，使用寿命长，可广泛适用于各类储罐、建筑及军事设备设施表面。另外，该涂料配方不含有机溶剂，不含苯、甲醛等有害挥发气体，对人体及环境友好。

技术实现思路

1、本发明为了解决背景技术中的问题，实现良好的防火性和抗压性，提供了一种防火抗压涂料及其制备方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：

3、成膜物质36-66份、二氧化硅气凝胶粉末7-12份、多层氧化石墨烯8-15份、空心陶瓷微珠15-25、助剂2-4份。

4、进一步，成膜物质为双组分，其中a组分2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，b组分为二乙基甲苯二胺，质量之比为1：1。

5、进一步，助剂为分散剂、消泡剂和流平剂。

6、进一步的，防火抗压涂料中多层氧化石墨烯的层数为5-10层，尺寸为1000-2000纳米。

7、采用多层氧化石墨烯的主要作用包含三个方面：1、首先是氧化石墨烯表面保留部分官能团(包括羟基、羧基和羰基等)，使其在极性的成膜物质中具有较大的溶解度，并且能分散均匀，而同时又保留了部分石墨烯的π电子，使其可以与二氧化硅气凝胶粉末表面的缺陷形成si-c键，从而实现二氧化硅气凝胶粉末在成膜物质中良好的溶解性和分散性。2、另外，多层氧化石墨烯具有良好的层状结构，这样的结构在遇到明火或高温时能形成空隙，从而成为碳框架结构，保持涂料的完整性的同时更有利于热量的阻隔。3、最后，氧化石墨烯在高温或明火出现时表面官能团会断裂并释放出co2气体，隔绝空气，对助燃具有重要作用。氧化石墨烯的层数如果太少，则不能很好的保持碳框架结构和隔热作用，而层数太多则会失去二维材料的特性，π电子成键能力将丧失。而氧化石墨烯的尺寸选择则与性价比、以及和二氧化硅气凝胶粉末成键能力相关，尺寸太小的每片氧化石墨烯片表面官能团太少，不利于其与二氧化硅的结合，而尺寸过大的氧化石墨烯片不利于其在体系中的溶解度和分散能力。氧化石墨烯购买于大展纳米(广东)有限公司。

8、进一步的，所述的防火抗压涂料中二氧化硅气凝胶粉末尺寸为50-200纳米。二氧化硅气凝胶粉末具有良好的防火和隔热功能，但是具有憎水性，使得其难以溶于成膜物质中，而是会成团状浮于成膜液体表面，并且尺寸越小其憎水性约明显。虽然更小尺寸的气凝胶粉末对涂料整体的防火和隔热性能更有利。因为二氧化硅气凝胶粉末在成膜物质中良好的溶解度需要依靠其和多层氧化石墨烯片形成化学键，故其尺寸需要配合多层氧化石墨烯片的尺寸，50-200纳米为优化尺寸。尺寸太小或太小都不利于和多层氧化石墨烯形成合理的键合，尺寸太小会导致多层氧化石墨烯的添加量增加，而尺寸太大即使有多层氧化石墨烯存在也难以溶解于成膜物质中。二氧化硅气凝胶粉末购买于浙江纳诺纳米科技有限公司。

9、进一步的，所述的防火抗压涂料中空心陶瓷微珠尺寸为50-200纳米。空心陶瓷微珠的尺寸与其隔热效果息息相关。尺寸更大的空心陶瓷微珠的中空部分更大，大于空气分子的平均自由程，会使得分子碰撞更加明显，传热更快。而尺寸更小的空心陶瓷微珠的价格十分昂贵，不利于产品的市场推广和大规模应用。空心陶瓷微珠购买于常州洪汇升纳米材料科技有限公司。

10、进一步的，所述的防火抗压涂料的制备过程为：将分散剂、多层氧化石墨烯加入b组分中，搅拌10分钟，转速为800转/分钟，然后加入二氧化硅气凝胶粉末和空心陶瓷微珠，搅拌15分钟，转速保持800转/分钟，最后加入消泡剂和流平剂，搅拌5分钟，转速为500转/分钟。得b组分混合物。

11、进一步的，所述的防火抗压涂料施工采用喷涂设备，并且在施工前将a组分、b组分混合物加热至70℃，当a、b组分从喷嘴喷出接触的瞬间，a、b组分发生反应，在涂装设备的表面固化成膜。

12、本发明的有益效果是：

13、(1)多层氧化石墨烯同时充当二氧化硅气凝胶粉末的分散剂以及火情时的隔热填料，实现了意想不到的效果。氧化石墨烯的层状结构在遇到明火时成为天然的阻热屏障(石墨烯层状结构在高温下进一步碳化后形成框架结构，层层之间保留空气，其显著抑制热量的传递)；而穿插在氧化石墨烯层状结构中的气凝胶粉末和空心陶瓷微珠则进一步发挥隔热和防火作用，实现防火能力的协同作用。如果不加氧化石墨烯则其隔热防火效果显著降低。而气凝胶粉末和空心陶瓷微珠附着在氧化石墨烯的层状结构中又可以避免在遇到明火时氧化石墨烯的层状结构坍塌的风险。所以三者的结合赋予涂料更好的防火性能是相辅相成的，具有协同性。氧化石墨烯的层数、及气凝胶粉末及空心陶瓷微珠的尺寸对上述协同作用的影响是决定性的，氧化石墨烯的层数关系到碳化框架结构的形成，而气凝胶粉末和空心陶瓷微珠的尺寸则决定其在氧化石墨烯层状结构中的载入情况，进而影响在明火条件下氧化石墨烯的框架结构的耐火焰冲击性能。(2)涂料同时具有防火、隔热和抗压效果，避免了需要在设备表面反复涂覆不同的涂料，避免考虑不同涂料间的排斥性以及施工工艺的差异；(3)采用尺寸合适的纳米气凝胶粉末和空心陶瓷颗粒作为隔热填料，提升涂料在遇到明火时的隔热性能；(4)涂料的使用寿命长，并且不含挥发性有机气体，对人体和环境友好。

技术特征：

1.一种防火抗压涂料，其特征在于：按重量份数计，防火抗压涂料组分为成膜物质36-66份、二氧化硅气凝胶粉末7-12份、多层氧化石墨烯8-15份、空心陶瓷微珠15-25、助剂2-4份；其中成膜物质为双组分，其中a组分为2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，b组分为二乙基甲苯二胺，a、b组分质量之比为1:1；其中多层氧化石墨烯的层数为5-10层，尺寸为1000-2000纳米。

2.根据权利要求1所述的防火抗压涂料，其特征在于：二氧化硅气凝胶粉末尺寸为50-200纳米。

3.根据权利要求1所述的防火抗压涂料，其特征在于：助剂为分散剂、消泡剂和流平剂。

4.根据权利要求1所述的防火抗压涂料，其特征在于：空心陶瓷微珠尺寸为50-200纳米。

5.根据权利要求1-4任一项所述防火抗压涂料的制备方法，其特征在于：将分散剂、多层氧化石墨烯加入b组分中，搅拌10分钟，转速为800转/分钟，然后加入二氧化硅气凝胶粉末和空心陶瓷微珠，搅拌15分钟，转速保持800转/分钟，最后加入消泡剂和流平剂，搅拌5分钟，转速为500转/分钟，得到b组分混合物；施工采用喷涂设备，并且在施工前将a组分和b组分混合物加热至70℃，当a、b组分从喷嘴喷出接触的瞬间，a、b组分发生反应，在涂装设备的表面固化成膜，形成防火抗压。

技术总结
本发明属于防火涂料制备领域，具体涉及一种防火抗压涂料，涂料原料包括成膜物质36‑66份、二氧化硅气凝胶粉末7‑12份、多层氧化石墨烯8‑15份、空心陶瓷微珠15‑25、助剂2～4份，并且公开了该防火抗压涂料的制备方法。本发明的有益效果是：具有优异的A级防火性能，同时抗压能力强，隔热性能突出，具有较强的耐候性及耐化学品腐蚀性。此涂料可为工业、民用及军事领域中设备设施和建筑提供良好的防水和抗压保护。

技术研发人员：郑毅,姜淑娟
受保护的技术使用者：海威众达（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8