一种疏水防火兼具磁性的多功能涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于多功能涂料领域，具体涉及一种疏水防火兼具磁性的多功能涂料及其制备方法。

背景技术

疏水涂层由于具有防水、防腐、防尘、自清洁等优势在电子器件、食品包装、装潢装饰、建筑等领域具有广泛的应用。同时，在许多领域尤其是高层建筑物对涂层的防火性能也提出越来越高的要求。因此，对兼具高疏水、高防火的涂层需求日益增多。

目前，对于超疏水涂层的制备主要在低表面能涂料基体中填充纳米粒子，以提供纳米级粗糙度。而构建防火涂层的常用方法是将具有防火性能的纳米粒子填充于涂料中，借助纳米粒子的不燃性或阻燃性，从而改善涂层的防火性能。因此，常将具有防火阻燃性的纳米粒子作为骨架物质引入疏水结构，从而制得兼具疏水和防火功能的涂料。但纳米粒子通常在基体中分散性，发生严重的团聚，而且疏水结构中纳米粒子填充量通常较低。纳米粒子严重的团聚、低填充量极大程度限制了疏水性能和阻燃性能的提高程度，因此，亟待探索与开发一种新的构建疏水防火涂料的策略。

另外，研究发现，合理的磁刺激能够提高和改善人体自身抵抗和治疗疾病的能力。近年发展起来的“磁性涂料”得到了人们极大的关注，将磁性涂料应用在建筑或装饰材料的背面，既不影响外观，又能使涂覆后的材料具有磁动力，使其不仅具有吸附磁铁的功能，又增加其保健功能。因此，疏水防火兼具磁性的多功能涂料的制备具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种疏水防火兼具磁性的多功能涂料。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种疏水防火兼具磁性的多功能涂料及其制备方法，包括以下步骤：

(1)Fe

(i)将埃洛石纳米管(HNTs)超声分散于去离子水中，加入FeCl

(ii)将步骤(i)得到的Fe

(2)疏水防火兼具磁性的多功能涂料的制备

将步骤(ii)所得的多功能复合填料超声分散于去离子水中，将该分散体系在快速搅拌下滴加到水性环氧树脂乳液、固化剂和低表面能修饰剂三者的混合物中，搅拌均匀，即得所述疏水防火兼具磁性的多功能涂料。

较佳的，步骤(i)中，将HNTs超声分散于去离子水中，HNTs在水中的浓度为1～10mg/ml；HNTs与FeCl

较佳的，步骤(i)中，NaOH水溶液浓度为2～8mg/ml；NaOH与FeCl

较佳的，步骤(i)中，继续快速搅拌一段时间，所述的搅拌时间为5～20min。

较佳的，步骤(ii)中，分散Fe

较佳的，步骤(ii)中，OH-BNNSs通过超声剥离法制得：将0.5～3g的三维六方氮化硼(h-BN)粉末分散于200～800ml的去离子中，探头超声剥离12～24h；在2000～4000rpm下离心分离5～15min，取上层清液进行冷冻干燥得到OH-BNNSs。

较佳的，步骤(ii)中，OH-BNNSs、APP与HNTs三者的质量比为(0.5～2)：(0.5～5)：1。

较佳的，步骤(ii)中，搅拌反应一段时间，所述的反应时间为4～8h。

较佳的，步骤(ii)中，离心分离去除未反应的APP分子，离心分离速度为3000～5000rpm；时间为5～15min。

较佳的，步骤(2)中，将多功能复合填料超声分散于去离子水中，多功能复合填料在水中的浓度为0.03～0.08g/ml。

较佳的，步骤(2)中，多功能复合填料占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的1～6wt％。

较佳的，步骤(2)中，所述低表面能修饰剂为硅烷偶联剂，如全氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷等，其占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的5～30wt％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在涂料中引入Fe

(2)本发明在涂料中引入Fe

(3)本发明提供了一种疏水防火兼具磁性的多功能涂料的制备新策略，该方法环保、工艺简单、成本低，容易实现产品商业化。

附图说明

图1为本发明提供的疏水防火兼具磁性的多功能涂料的制备工艺过程图。

具体实施方式

本发明提供的一种疏水防火兼具磁性的多功能涂料，包括多功能复合填料、水性环氧树脂乳液、固化剂和低表面能修饰剂，其中，水性环氧树脂乳液、固化剂和低表面能修饰剂为涂料的常规组分，本发明的创新之处在于采用自制的多功能复合填料代替常规的填料，该多功能复合填料具有磁性，又可构造疏水多级结构，同时又起到隔热阻燃作用。

HNTs储量丰富、价格低廉，而且具一定的疏水性能，此外表面含有一定量羟基和硅氧烷，可促进其在聚合物基体中均匀分散，是一种较理想的疏水填料。氮化硼纳米片(BNNSs)具有巨大比表面积、耐高温、热稳定、抗氧化等特性，是一种具有优异物理阻隔性能的无机二维层状阻燃剂。多聚磷酸氨(APP)具有环保和机械性能影响小等优点，是一种性能优良的阻燃剂。本发明首先利用HNTs带负电荷的外壁锚定金属离子，在其表面原位生长超顺磁Fe

本发明由以下例子阐明，但例子仅仅用作阐明，不能当成对发明范畴或发明应用方法的限定。除非特别说明，本发明的原料均为市售。此外，水性环氧树脂乳液和固化剂采用市面常见的种类即可，参考生产厂家提供的使用说明书使用。

实施例1

结合图1，本发明所述的疏水防火兼具磁性的多功能涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)Fe

(i)称取0.5g的HNTs分散于300ml的去离子水中，超声分散均匀，加入1g的FeCl

(ii)将步骤(i)得到的产物重新超声分散于300ml的去离子水中，加入0.5g的OH-BNNSs(称取2g的h-BN粉末分散于600ml去离子水中，探头超声剥离15h；在3000rpm下离心分离5min，取上层清液进行冷冻干燥得到OH-BNNSs)，超声分散均匀，加入2g的APP并搅拌反应6h，在5000rpm下离心分离10min，除去未反应的APP分子，将沉淀物冷冻干燥得到Fe

(2)疏水防火兼具磁性的多功能涂料的制备

将步骤(ii)所得的Fe

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的步骤(2)中，Fe

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的步骤(2)中，Fe

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例的步骤(2)中，Fe

对比实施例1-4，实施例3制得的涂层的疏水性能及极限耐火时间均高于其他实施例，说明当Fe

对比例1

该对比例中不添加任何填料和低表面能修饰剂，直接将质量比为2：1的水性环氧树脂乳液(HBP WE1051A)和固化剂(HBP WE1051B)刷涂在钢片表面(喷砂处理Sa2级)，涂层平均厚度保持在2mm左右，常温固化一周，得到试样涂层，该涂层的水接触角和极限耐火时间列于表1中。

对比例2

该对比例中不添加任何填料，但添加低表面能修饰剂，将水性环氧树脂乳液(HBPWE1051A)和固化剂(HBP WE1051B)及全氟辛基三乙氧基硅烷的均匀混合液(水性环氧树脂乳液和固化剂质量比为2：1；全氟辛基三乙氧基硅烷占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的10wt％)刷涂在钢片表面(喷砂处理Sa2级)，涂层平均厚度保持在2mm左右，常温固化一周，得到试样涂层，该涂层的水接触角和极限耐火时间列于表1中。

对比例3

该对比例中添加HNTs和低表面能修饰剂。具体操作如下：将纯HNTs超声分散于适量去离子水中(浓度为0.05g/ml)，将该分散体系在快速搅拌下滴加到水性环氧树脂乳液(HBP WE1051A)、固化剂(HBP WE1051B)及全氟辛基三乙氧基硅烷的三者混合物中，其中水性环氧树脂乳液与固化剂质量比为2：1；HNTs占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的5wt％；全氟辛基三乙氧基硅烷占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的10wt％，搅拌均匀，将均匀分散的涂料体系刷涂在钢片表面(喷砂处理Sa2级)，涂层平均厚度保持在2mm左右，常温下固化一周，得到试样涂层。该涂层的水接触角及极限耐火时间均列于表1中。

对比例4

该对比例中添加Fe

对比例5

该对比例中添加OH-BNNSs和低表面能修饰剂。具体操作如下：按照实施例1中步骤(1)(ii)制备OH-BNNSs，将OH-BNNSs超声分散于适量去离子水中(浓度为0.05g/ml)，并该分散体系在快速搅拌下滴加到水性环氧树脂乳液(HBP WE1051A)、固化剂(HBP WE1051B)及全氟辛基三乙氧基硅烷的三者混合物中，其中水性环氧树脂乳液与固化剂质量比为2：1；OH-BNNSs占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的5wt％；全氟辛基三乙氧基硅烷占水性环氧树脂乳液和固化剂总重量的10wt％，搅拌均匀，将均匀分散的涂料体系刷涂在钢片表面(喷砂处理Sa2级)，涂层平均厚度保持在2mm左右，常温下固化一周，得到试样涂层。该涂层的水接触角及极限耐火时间均列于表1中。

对比实施例3及对比例1-5，可以看出可构造疏水多级结构的Fe

表1实施例及对比例制得的涂层的水接触角和极限耐火时间

综上，本发明提供了一种多功能复合填料—Fe