一种高效防火NH4Cl/Cu@BNNSs基水性聚氨酯涂料的制备方法与流程

本发明属于水性聚氨酯防火涂料的制备领域，具体涉及一种高效防火nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯涂料的制备方法。

背景技术：

1、众所周知，大多数物质都是易燃的，特别是作为建筑和装饰的材料，火灾的危险性和危害性大大增加。每年因为火灾造成的人员伤亡和财产损失都在上升。涂刷防火涂料是一种经济有效的防火方式。近年来，低毒性的水性防火涂料，尤其富有弹性、机械性能好、耐磨、耐腐的水性聚氨酯得到了越来越多的重视。然而，纯水性聚氨酯涂料高温下不易碳化，而且形成的炭层结构不够坚固。无机纳米粒子可以改善炭层的强度、隔热和抑烟性能，因此，常被用作阻燃剂来提高涂层的防火性能。尤其是具有巨大比表面积的二维纳米片具有非常优异的物理阻隔性能，被认为是理想的阻燃剂。因此，促进聚氨酯涂层在高温下的碳化，并提高炭层的强度是开发防火性聚氨酯涂料的当务之急。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种高效防火nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯涂料的制备方法，用以解决现有的纯水性聚氨酯涂料高温下不易碳化，且形成的炭层结构不够坚固的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：

3、一种高效防火nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯涂料的制备方法，该方法为在氯化铵(nh4cl)的水溶液中超声剥离三维六方氮化硼(h-bn)，得到具有巨大比表面积的氮化硼纳米片(bnnss)，同时在bnnss边缘和缺陷处引入氨基，以赋予其表面反应活性。同时借助氢键作用，将聚乙烯醇(pva)缠绕在氨基化bnnss表面；bnnss表面氢键结合pva不仅可以促进bnnss的均匀分散，提高h-bn的剥离产率，而且进一步还可以利用pva与二价铜离子(cu2+)之间强的螯合作用，将cu2+络合到bnnss表面，得cu@bnnss复合阻燃剂；最后将cu@bnnss重新分散于nh4cl水溶液中，即得到水性nh4cl/cu@bnnss多效阻燃剂。nh4cl可以促进聚合物在高温下的碳化过程，炭层传热性差，可切断燃烧产生的热量向未燃聚合物转送，使继续分解反应不能继续；bnnss的添加可以提高炭层的稳定性、隔热性能；cu2+的引入可以进一步促进燃烧过程中残余碳的形成，提高残碳量，从而增强炭层的火焰阻挡效果。因此，将nh4cl/cu@bnnss多效阻燃剂添加到水性聚氨酯中，可以制得具有优异防火性能的nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯涂料。

4、该方法包括以下步骤：

5、s1.水性nh4cl/cu@bnnss多效阻燃剂的制备：

6、s11.将一定量的h-bn分散于nh4cl的水溶液中，同时在体系中加入一定量的pva。将分散液置于超声波破碎仪中，超声剥离、离心分离，取上层清液进行过滤、洗涤、去除未反应的pva，冷冻干燥得到pva@bnnss(即表面修饰有pva的bnnss)；

7、s12.将适量的氯化铜加入s11制得的pva@bnnss的水分散溶液中，强烈搅拌一段时间，离心分离除去游离的cu2+，最后，对沉淀物进行冷冻干燥制得cu@bnnss复合阻燃剂；

8、s13.将s12制得的cu@bnnss复合阻燃剂分散于适量的nh4cl的水溶液中，超声分散均匀得到水性nh4cl/cu@bnnss多效阻燃剂。

9、较佳的，步骤s11中，h-bn、nh4cl及pva的质量比为1：(3～6)：(3～8)；nh4cl水溶液的浓度0.01～0.2g/ml。

10、较佳的，步骤s11中，超声剥离为在60khz～80khz、120w～200w的下，超声剥离12h～48h；离心分离为控制转速为3000～5000rpm下离心5～15min。

11、较佳的，步骤s12中，氯化铜与pva@bnnss质量比为(2～5)：1；pva@bnnss水分散液浓度为0.001～0.05g/ml。

12、较佳的，步骤s12中，一段时间指5～10h；3000～5000rpm下离心分离5～15min。

13、较佳的，步骤s13中，cu@bnnss与nh4cl的质量比1：0.5～2；nh4cl的水溶液的浓度为0.01～0.2g/ml。

14、s2.nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯防火涂料的制备：

15、将步骤s13制得的nh4cl/cu@bnnss水分散液滴加到水性聚氨酯中，快速搅拌均匀，即得nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯防火涂料。

16、较佳的，步骤s2中，水性聚氨酯的固含量为30～50％，nh4cl/cu@bnnss多效阻燃剂占水性聚氨酯的重量百分数为0.1～3wt％。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、(1)本发明提供了一种多效阻燃剂，首先利用nh4cl促进聚合物在高温下的碳化过程，形成炭层；进一步引入bnnss提高炭层的强度，同时利用其物理阻隔作用提高炭层的隔热性能；同时借助cu2+离子催化成碳作用，促进聚合物基体在燃烧过程转化为碳残留物，增强炭层的火焰阻挡效果，从而达到多效协调阻燃的目的。

19、(2)本发明提供的涂料制备工艺简单，能耗低，易于商业化，对于建筑物、装饰物等易燃物的保护具有重要意义。

20、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

技术特征：

1.一种高效防火nh4cl/cu@bnnss基水性聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s11中，h-bn、nh4cl及pva的质量比为1：(3～6)：(3～8)；nh4cl水溶液的浓度0.01～0.2g/ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s11中，所述超声剥离为在60khz～80khz、120w～200w的下，超声剥离12h～48h；所述离心分离为在控制转速为3000～5000rpm下离心5～15min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s12中，氯化铜与pva@bnnss质量比为(2～5)：1；pva@bnnss水分散液浓度为0.001～0.05g/ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s12中，一段时间指5～10h；3000～5000rpm下离心分离5～15min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s13中，cu@bnnss与nh4cl的质量比1：0.5～2；nh4cl的水溶液的浓度为0.01～0.2g/ml。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，水性聚氨酯的固含量为30～50％，nh4cl/cu@bnnss多效阻燃剂占水性聚氨酯的重量百分数为0.1～3wt％。

技术总结
本发明一种高效防火NH<subgt;4</subgt;Cl/Cu@BNNSs基水性聚氨酯涂料的制备方法为在氯化铵(NH4Cl)的水溶液中超声剥离三维六方氮化硼(h‑BN)，得到氮化硼纳米片(BNNSs)，同时在BNNSs边缘和缺陷处引入氨基，并借助氢键作用，将聚乙烯醇(PVA)缠绕在氨基化BNNSs表面；进一步利用PVA与二价铜离子(Cu<supgt;2+</supgt;)之间强的螯合作用，将Cu<supgt;2+</supgt;络合到BNNSs表面，得Cu@BNNSs复合阻燃剂；最后将Cu@BNNSs重新分散于NH<subgt;4</subgt;Cl水溶液中，得到水性NH<subgt;4</subgt;Cl/Cu@BNNSs多效阻燃剂。NH<subgt;4</subgt;Cl可以促进聚合物在高温下的碳化过程，炭层传热性差，可切断燃烧产生的热量向未燃聚合物转送，使继续分解反应不能继续；BNNSs的添加可以提高炭层的稳定性、隔热性能；Cu<supgt;2+</supgt;的引入可以进一步促进燃烧过程中残余碳的形成，提高残碳量，从而增强炭层的火焰阻挡效果。

技术研发人员：秦余杨,陈相楠,汪中伟,宗磊,刘琦,徐泽孝
受保护的技术使用者：苏州吉人高新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17