一种生物基内墙膨胀型防火涂料及其制备方法

技术领域

本申请属于防火涂料技术领域，涉及一种生物基内墙膨胀型防火涂料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，国民经济的不断提高、建筑的高层化，在建筑内部大量新型材料引入使用的同时也悄然增加了建筑发生火灾的可能性。现代社会火灾发生频率居高不下，引起建筑火灾发生及扩大的原因不仅与消防设施的损坏、初期火灾扑救不及时等有关，还与使用的建筑材料有非常密切的关系。

预应力钢筋混泥土(常用建筑材料)预应力钢筋的温度达200℃时，屈服点开始下降，300℃时，预应力几乎全部消失；混凝土在300℃时，强度开始下降，500℃强度降低一半左右，800℃强度几乎丧失。在建筑火灾中，这类楼板均在0.5h左右即断裂垮塌，同时室内装修用的油性涂料或乳胶漆在燃烧时会产生大量有毒气体；据统计，火灾发生时超过80％的遇难者是因为吸入过多有毒气体和浓烟导致死亡。可以通过使用水性防火涂料来增长墙面的耐火极限。

市面上的膨胀型防火涂料由酸源(聚磷酸铵)、气源(三聚氰胺、尿素)和碳源(季戊四醇、糊精、淀粉、蔗糖)三者组成。高温下，迅速形成蜂窝状碳化层，具有良好的隔热、抑烟、减缓火势蔓延，同时不会产生浓烟和有害气体是一种绿色环保的阻燃剂。但是因为聚磷酸铵中含有大量的亲水基团，具有较强的水溶性和水解性，同时聚磷酸铵与一些金属离子具有较强的螯合作用，导致耐水性、耐擦洗和储存性变差。

现有常用的膨胀性阻燃剂原材料(聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺)其化工合成方法会消耗大量不可再生能源，如煤、石油等；同时产生有害气体和温室气体排放。

发明内容

对上述问题，本发明目的是利用生物物质、生物提取物及生物基合成和改性物质为材料，制作一种生物基内墙膨胀型防火涂料，具有绿色环保，节能减排的优点；同时减少不可再生能源的使用，有利于涂料行业的可持续发展。

本发明提供一种生物基内墙膨胀型防火涂料，包括以下重量单位的原料组成：

生物基膨胀型阻燃剂20-50份，生物基填料10-30份，颜料8-15份，树脂20-50份，抗菌剂0.1-1份，成膜助剂0.5-1.8份，抗冻融助剂0.5-1.5份，分散剂0.6-1.2份，消泡剂0.1-0.3份。

进一步的，所述生物基膨胀型阻燃剂的合成方法如下：

(1)将20-80份植酸盐和10-50份天然含氮大分子在超声波中预混合30min，得到混合物1；

(2)在常温条件下，将混合物1缓慢加入氢氧化钙水溶液中并以10-20r/s速度搅拌2-3h，得到反应液1；

(3)将20-60份含多羟基生物基载体缓慢加入上述反应液1中并通入氮气以20-50r/s速度搅拌4-5h，得到反应液2；

(4)将反应液2中的沉淀物过滤出来，用氨水在超声波清洗仪清洗并离心过滤，重复2-3次；

(5)将清洗后的沉淀物置于干净烧杯中，放入60℃烘箱中干燥2-3h后，进行粉碎、研磨、过筛即可得到生物基膨胀型阻燃剂。

进一步的，所述生物基填料为2000目的贝壳粉。

进一步的，所述颜料为金红石型二氧化钛、锐钛型二氧化钛、纳米二氧化钛中的一种或多种。

进一步的，所述树脂为苯丙酸乳液、VAE乳液、硅丙乳液、醋丙乳液中的一种或多种。

进一步的，所述抗菌剂为为海洋生物提取物，如壳聚糖微粉、甲壳质、日柏醇、禾素中的一种或多种。

进一步的，所述成膜助剂为醇酯十二、醇脂十六、丙二醇中的一种或多种。

进一步的，所述抗冻助剂为乙二醇。

进一步的，所述分散剂为铵盐分散剂。铵盐分散剂对阻燃剂有更好的分散性、铵离子与阻燃剂具有协同作用。

进一步的，所述消泡剂为有机硅、矿物油中的一种或多种。

一种生物基内墙膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

将0.6-1.2份分散剂、0.1-0.3份消泡剂和0.1-1杀菌剂加入水中，搅拌1-3min制备成分散液；

再将8-15份颜料、10-30份生物基填料和20-50份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm-900rpm分散3-5min，在将转速调制1200rpm-1900rpm搅拌20-30分钟，制成分散浆；

将转速调整至800rpm-1000rpm，将0.5-1.8份成膜助剂、0.5-1.5抗冻融助剂和20-50份树脂加入分散浆中，搅拌5-10min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

本发明的有益效果：该发明利用生物物质和生物提取物等可再生物质为原材料，减少不可再生资源的使用，减少碳排放，减少化工生产的污染，保护环境。

较现在常用的膨胀型防火涂料具有良好的疏水性和储存稳定性。目前使用较多的膨胀阻燃剂是短链的聚磷酸铵，它稳定性差，易与其他金属离子螯合并释放出氨气，同时易溶于水、易水解。

本申请的涂料可用于民用内墙具有良好装饰性和防火性，采用生物基材料无有害物质，绿色健康，具持续有效的吸附和降解甲醛，并提高基材(墙面)的耐火极限。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请中生物基内墙膨胀原理示意图。

具体实施方式

以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的一种生物基内墙膨胀型防火涂料及其制备方法的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。

如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。

如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。

本申请的一个实施方式中，本申请提出了一种生物基内墙膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

将0.6-1.2份分散剂、0.1-0.3份消泡剂和0.1-1杀菌剂加入水中，搅拌1-3min制备成分散液；

再将8-15份颜料、10-30份生物基填料和20-50份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm-900rpm分散3-5min，在将转速调制1200rpm-1900rpm搅拌20-30分钟，制成分散浆；

将转速调整至800rpm-1000rpm，将0.5-1.8份成膜助剂、0.5-1.5抗冻融助剂和20-50份树脂加入分散浆中，搅拌5-10min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

反应机理：

1、防火机理

生物基阻燃剂受热时会分解出强酸，与聚合物中碳碳链上的羟基反生脱水反应，同时会分解出氮气、氨气、二氧化碳等惰性气体形成蜂窝状碳化层，从而阻止火势蔓延。

(1)膨胀原理(附图1)：

(2)反应原理方程式

2、甲醛降解机理

贝壳粉具有较强的吸附作用，可以将空气中的游离甲醛吸附在墙面上；而阻燃剂中存在大量的氨基可与空气中的游离甲醛反生席夫碱反应，从而可以有效的降解甲醛反应方程式如下：

-NH

实施例

以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例一

(1)将0.5份铵盐分散剂、0.2份有机硅消泡剂和0.4甲壳素/壳聚糖加入10份水中，搅拌3min制备成分散液。

(2)再将15份金红石二氧化钛、30份贝壳粉和20份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm分散3min，在将转速调制1500rpm搅拌30分钟，制成分散浆。

(3)将转速调整至800rpm，将0.9份醇酯十二、0.8份乙二醇和22份VAE乳液加入分散浆中，搅拌5min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

实施例二

(4)将0.5份铵盐分散剂、0.2份有机硅消泡剂和0.4甲壳素/壳聚糖加入10份水中，搅拌3min制备成分散液。

(5)再将15份金红石二氧化钛、20份贝壳粉和30份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm分散3min，在将转速调制1500rpm搅拌30分钟，制成分散浆。

(6)将转速调整至800rpm，将0.9份醇酯十二、0.8份乙二醇和22份VAE乳液加入分散浆中，搅拌5min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

实施例三

(7)将0.5份铵盐分散剂、0.2份有机硅消泡剂和0.4甲壳素/壳聚糖加入10份水中，搅拌3min制备成分散液。

(8)再将13份金红石二氧化钛、12份贝壳粉和40份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm分散3min，在将转速调制1500rpm搅拌30分钟，制成分散浆。

(9)将转速调整至800rpm，将0.9份醇酯十二、0.8份乙二醇和22份VAE乳液加入分散浆中，搅拌5min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

实施例四

(10)将0.5份铵盐分散剂、0.2份有机硅消泡剂和0.4甲壳素/壳聚糖加入10份水中，搅拌3min制备成分散液。

(11)再将10份金红石二氧化钛、5份贝壳粉和50份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm分散3min，在将转速调制1500rpm搅拌30分钟，制成分散浆。

(12)将转速调整至800rpm，将0.9份醇酯十二、0.8份乙二醇和22份VAE乳液加入分散浆中，搅拌5min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

实施例五

(13)将0.5份铵盐分散剂、0.2份有机硅消泡剂和0.4甲壳素/壳聚糖加入15份VAE乳液中，搅拌3min制备成分散液。

(14)再将15份金红石二氧化钛、和50份生物基阻燃剂缓慢加入分散液中，在500rpm分散3min，在将转速调制1500rpm搅拌30分钟，制成分散浆。

(15)将转速调整至800rpm，将1.8份醇酯十二、0.5份乙二醇和16.4份VAE乳液加入分散浆中，搅拌5min即可得到一种生物基内墙膨胀型防火涂料。

进一步，实例1-5制得的生物基内墙膨胀型防火涂料的性能检测实验

实验说明：空白组为市面上普通内墙乳胶漆。防火性测试：使用尺寸为50cm*50cm*0.5cm的加压水泥办模拟墙面基材，将实例1-5均匀涂刷两次在基材表面，每次涂刷湿膜厚度为200μm，表干后养护7d进行防火性测试。火源选择燃烧热值较高的柴油，从点火开始计时，并记录背面温度，直到背板温度达到300℃(水泥板的极限温度和钢筋屈服点急速下降的温度)为终点温度，并记录时间为防火性时长为t。膨胀倍率计算方法为，燃烧后碳层厚度h2与膨胀前涂层厚度h1的比值h2/h1。耐擦洗和对比率测试方法采用GB/T9756-2018；甲醛净化率和甲醛净化持久性采用JC/T1074-2008测试方法。

从上表可以看出，本发明具有较好的防火功能、降解甲醛功能和装饰效果，且这些功能均可根据所需进行调节。

采用单一变量法做对比实验，其他成份和重量不变，使用不同的分散剂种类对比防火性和膨胀性。

上述数据中显示，铵盐分散剂对阻燃剂有更好的分散性、铵离子与阻燃剂具有协同作用。

普通内墙乳胶漆在涂料中的结晶性严重，导致的储存稳定性很差；本申请植物基阻燃剂，不仅环保健康，而且水中溶解度低，无结晶性，保证了内墙涂料的高细度、优异漆膜和优秀丰满度等效果。本申请改性的阻燃剂纳米级别，有很好的纳米尺寸效应，而且用于内墙涂料中，可以保证漆膜丰满度、上墙后的保色性。

需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也包含在本申请的范围内。