一种耐火复合膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合膜的制备领域，特别是一种耐火复合膜及其制备方法。

背景技术

复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各 种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,复合材料制备的薄膜的综合性能 优于原组成材料而满足各种不同的要求。

无机材料具有良好的耐火性能且无毒，但是现有的无机材料成膜性差，纳 米无机片材材料如果与高分子聚合物混合使用，自组装成膜容易由于无机材料 与有机材料结合界面连接不紧密，导致薄膜结构容易被破坏而失效，大大降低 复合薄膜的性能，减少了复合薄膜的使用场景。

发明内容

为此，需要提供一种耐火复合膜及其制备方法，解决现有复合薄膜机械性 能差，耐火等级低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种耐火复合膜的制备方法，包括如下步 骤：

(1)将耐火无机纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中，搅拌反应完成后， 经过分离沉淀物，之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片，复合纳米片的核 层为无机纳米材料，壳层为壳聚糖；

(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到海藻酸钠溶液中，超声分散得到 复合膜母液；

(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上，干燥之后得到耐火复合 膜。

进一步，所述耐火无机纳米片为二氧化钛纳米片或钛酸盐纳米片。

进一步，所述耐火无机纳米片材的粒径为100-500nm；所述壳聚糖的分子量 为20-100KDa。

进一步，所述耐火无机纳米片溶液的浓度为10-30％，所述壳聚糖溶液的浓 度为30-40％，耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1。

进一步，步骤(1)中，干燥温度为50-70℃，干燥时间为6-12h。

进一步，步骤(2)中，所述海藻酸钠溶液的浓度为1-3％，复合膜母液中核 壳结构的复合纳米片的含量为50-80wt％。

进一步，超声分散时，超声频率为40-80KHz，超声时间为20-40min。

进一步，步骤(3)中，喷涂时，玻璃基底的加热温度为150-300℃，干燥 时间为3-10min。

一种耐火复合膜，由上述的耐火复合膜的制备方法制备而成。

上述技术方案具有以下有益效果：

本发明中通过耐火无机纳米片-壳聚糖的复合纳米片与海藻酸钠自组装成 多层结构的薄膜，其中耐火无机纳米片能够极大提升薄膜的耐火性能，而无机 纳米片的表面保护一层壳聚糖，壳聚糖上具有多个羟基和氧原子，在自组装的 过程中，能够加大共价键或非共价键的形式与海藻酸钠相互连接，从而使得复 合纳米片与海藻酸钠的结合界面连接得更加的紧密，有利于提高薄膜的机械性 能。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果， 以下结合具体实施例详予说明。

实施例1

本实施例提供一种耐火复合膜，制备方法如下：

(1)将二氧化钛纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中，搅拌反应完成后， 经过分离沉淀物，之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片，复合纳米片的核 层为二氧化钛纳米片，壳层为壳聚糖；二氧化钛纳米片的粒径为300nm，壳聚糖 的分子量为20KDa，二氧化钛纳米片溶液的浓度为20％，所述壳聚糖溶液的浓度 为40％，耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1，分离沉淀物干燥 时，干燥温度为70℃，干燥时间为6h；

(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到2％海藻酸钠溶液中，复合纳米片 的加入量为80wt％，超声分散得到复合膜母液,超声频率为80KHz，超声时间为 20min；

(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上，加热温度为200℃，干 燥时间为5min，干燥之后得到耐火复合膜。

实施例2

本实施例提供一种耐火复合膜，制备方法如下：

(1)将二氧化钛纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中，搅拌反应完成后， 经过分离沉淀物，之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片，复合纳米片的核 层为二氧化钛纳米片，壳层为壳聚糖；二氧化钛纳米片的粒径为500nm，壳聚糖 的分子量为100KDa，二氧化钛纳米片溶液的浓度为10％，所述壳聚糖溶液的浓 度为30％，耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1，分离沉淀物干 燥时，干燥温度为50℃，干燥时间为12h；

(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到1％海藻酸钠溶液中，复合纳米片 的加入量为50wt％，超声分散得到复合膜母液,超声频率为40KHz，超声时间为 40min；

(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上，加热温度为150℃，干 燥时间为10min，干燥之后得到耐火复合膜。

实施例3

本实施例提供一种耐火复合膜，制备方法如下：

(1)将钛酸盐纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中，搅拌反应完成后， 经过分离沉淀物，之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片，复合纳米片的核 层为钛酸盐纳米片，壳层为壳聚糖；钛酸盐纳米片的粒径为100nm，壳聚糖的分 子量为80KDa，钛酸盐纳米片溶液的浓度为20％，所述壳聚糖溶液的浓度为40％， 耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液用量的比例为1:1，分离沉淀物干燥时，干燥 温度为70℃，干燥时间为6h；

(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到2％海藻酸钠溶液中，复合纳米片 的加入量为80wt％，超声分散得到复合膜母液,超声频率为8KHz，超声时间为 20min；

(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上，加热温度为150℃，干 燥时间为10min，干燥之后得到耐火复合膜。

实施例4

本实施例提供一种耐火复合膜，制备方法如下：

(1)将钛酸盐纳米片溶液搅拌下加入到壳聚糖溶液中，搅拌反应完成后， 经过分离沉淀物，之后干燥得到具有核壳结构的复合纳米片，复合纳米片的核 层为钛酸盐纳米片，壳层为壳聚糖；钛酸盐纳米片的粒径为100nm，壳聚糖的分 子量为20KDa，钛酸盐纳米片溶液的浓度为30％，所述壳聚糖溶液的浓度为40％， 耐火无机纳米片溶液和壳聚糖溶液体积用量的比例为1:1，分离沉淀物干燥时， 干燥温度为70℃，干燥时间为10h；

(2)将具有核壳结构的复合纳米片加入到3％海藻酸钠溶液中，复合纳米片 的加入量为60wt％，超声分散得到复合膜母液,超声频率为60KHz，超声时间为 30min；

(3)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上，加热温度为200℃，干 燥时间为5min，干燥之后得到耐火复合膜。

对照组

(1)将二氧化钛纳米片搅拌下加入到2％海藻酸钠溶液中，二氧化钛纳米片 的加入量为80wt％，二氧化钛纳米片的粒径为300nm，超声分散得到复合膜母液, 超声频率为80KHz，超声时间为20min；

(2)将复合膜母液通过喷涂在加热的玻璃基底上，加热温度为200℃，干 燥时间为5min，干燥之后得到耐火复合膜。

对上述制备的薄膜性能进行机械性能和耐火性的实验，其实验结果如表1 所示：

表1机械性能和耐火性的实验结果。

其中，拉伸强度按照GB/T 1040.3-2006标准进行测试；阻燃性按照GB/T 2408-2021标准的垂直燃烧实验进行。

由表1可知，本发明中，使用纳米二氧化钛、纳米钛酸盐与海藻酸钠通过 喷涂方法自组装形成多层“砖-泥”结构的薄膜，其阻燃性等级均能够达到V-0 级，而通过壳聚糖包裹无机纳米片材表面，能够提高无机材料和海藻酸钠界面 的连接作用力，进而提高薄膜的机械性能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包 含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素 的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列 出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的 要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的 要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另 外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括 本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了 基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅 为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相 关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。