一种微弧氧化复合水性防火涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微弧氧化复合水性防火涂层及其制备方法，在阀金属基体表面采用碱性电解液以微弧氧化法形成微弧氧化膜层，然后再在微弧氧化膜层表面复合水性防火涂层，该涂层采用聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺作为阻燃体系，钛白粉作为颜填料，水作为溶剂。遇火时，外层的水性防火涂层的阻燃体系协同反应形成致密海绵状的膨胀炭质层，氧化石墨烯的二维片层结构在炭质层内多层叠加形成致密的物理阻隔层，隔绝外界热量向内层传递，而内层的微弧氧化膜层热导率低，进一步隔绝热量向基体传递；该微弧氧化复合水性防火涂层具有优异的防火隔热性能，适用于铝、镁、钛等阀金属，结合力强，加工工艺简单环保，成本低廉。

A composite water fireproof coating with micro arc oxidation and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种微弧氧化复合水性防火涂层及其制备方法
本专利技术涉及防火涂层
，特别涉及一种微弧氧化复合水性防火涂层及其制备方法。
技术介绍
铝、钛、镁及其合金等阀金属具有密度小、比强度和比刚度高、塑性良好等优点，在机械、航空航天、舰船等领域得到广泛应用。为了提高铝、钛、镁等金属的综合性能，满足在高温、高压、高速和腐蚀介质等环境下的严苛的服役要求，必须经过表面处理的强化。微弧氧化作为阀金属最有发展前景的表面技术之一，制备的氧化陶瓷层与基体结合力强、硬度高、耐磨性好。但微弧氧化膜表面孔隙多且存在裂纹，严重影响其耐磨、耐蚀及防火隔热性能，在火灾下容易发生坍塌造成失效。在基材表面涂覆防火涂料是目前较为有效又经济的一种防火保护手段。防火涂料是用于可燃基材表面，能有效降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾迅速蔓延，或用于非可燃基材表面用以提高被涂材料耐火极限的一种特殊涂料。现有防火涂料主要适用于钢结构、木材、塑料等的防火保护，基于铝、镁、钛及其合金等阀金属防火保护的研究极少。且在阀金属表面直接涂覆水性防火涂层，结合力不强，通过在中间形成微弧氧化层可增强与防火涂料的界面结合。在此背景下，本专利技术提出结合微弧氧化与防火涂料进行铝、镁、钛等阀金属的防火保护，既进一步提高材料的耐磨、耐蚀性，防火隔热性能，还提高与防火涂层的界面结合强度，是克服阀金属结构重大火灾安全隐患的既理想又经济实用的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微弧氧化复合水性防火涂层及其制备方法，该复合涂层防火性能优异、结合力强、无毒环保、加工工艺简单、施工方便、生产成本低廉。本专利技术所采用的技术方案如下：一种微弧氧化复合水性防火涂层，所述微弧氧化复合水性防火涂层以阀金属为基体，先在基体表面采用微弧氧化技术制备微弧氧化膜层，然后再在微弧氧化膜层表面涂覆水性防火涂料，制得水性防火涂层；所述的阀金属包括铝、镁和钛；所述的微弧氧化法所用电解液组成为：8～12g/LNa2SiO3、8～12g/LNa3PO4、3～7g/L(NaPO3)6、2～3.5g/LNaF，溶剂为去离子水；所述复合水性防火涂层的组分按重量份计包括：水20～35份，基料15～30份，脱水成炭催化剂15～30份，成炭剂5～15份，发泡剂5～15份，颜填料2～10份，助剂0.5～1份，氧化石墨烯0.001～0.01份。进一步地，所述的基料为有机硅改性丙烯酸酯乳液；所述的脱水成炭催化剂为聚磷酸铵；所述的成炭剂为季戊四醇；所述的发泡剂为三聚氰胺；所述的颜填料为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉的一种或两种；所述的助剂包括成膜助剂十二碳醇酯，分散剂六偏磷酸钠，增稠剂羧甲基纤维素钠和消泡剂二甲基硅油。进一步地，所述的微弧氧化膜层包括以下方法步骤制备：将阀金属基体打磨光滑后用丙酮超声清洗5min后放入电解液中，以阀金属基体为阳极，不锈钢为阴极；微弧氧化参数设置：频率为450～550Hz，微弧时间为15～90min，占空比为5～15％，电压为400V～560V，电解液温度为20～50℃，操作温度为室温的条件下进行微弧氧化反应，反应结束后取出阀金属基体，水洗干燥，获得表面形成微弧氧化膜层的阀金属基体。一种微弧氧化复合水性防火涂层的制备方法，所述的水性防火涂料按如下方法制备：(a)按所述组分配比，将氧化石墨烯加入基料中，二者混合后超声搅拌15～50min；(b)按所述组分配比，将脱水成炭催化剂、成炭剂、发泡剂、颜填料和分散剂放入行星球磨机进行混合球磨1～5h，转速100～800r/min；(c)将步骤(b)所得的粉料进行100目过筛后，加入水、一半重量份的消泡剂和一半重量份的成膜助剂，以2000～3500r/min的转速高速分散0.5～2h，得到分散液；(d)将剩余的一半重量份消泡剂、一半重量份成膜助剂和步骤(a)所得的混合物质加入步骤(c)所得的分散液中，以500～1000r/min的转速低速分散5～30min，制得水性防火涂料。进一步地，将复合水性防火涂料以刷涂、滚涂或喷涂方式涂覆于表面形成微弧氧化膜层的阀金属基体上，干燥后制得微弧氧化复合水性防火涂层。本专利技术技术方案的有益效果：（1）本专利技术利用微弧氧化技术和水性防火涂料对铝、镁、钛等阀金属的起到综合防火保护，方法新颖、效果显著；（2）本专利技术制备的微弧氧化复合水性防火涂层与材料结合良好，防火隔热性能优异，无毒环保，加工工艺简单，施工方便，生产成本低廉；（3）本专利技术制备的水性防火涂料膨胀倍率高，采用的氧化石墨烯二维片层结构在炭质层内多层叠加，形成良好致密的物理阻隔层，有效阻碍热量向阀金属的传递。附图说明图1为6063铝合金的背火面升温曲线。具体实施方式下面选用6063铝合金为基体，结合实施例及附图对本专利技术具体实施方式作进一步详细的说明，但本专利技术所述微弧氧化复合水性防火涂层所应用对象并不限于6063铝合金，包括6063铝合金在内的铝、镁、钛等阀金属。实施例1基体材料为6063铝合金；微弧氧化法所用电解液组成为：10g/LNa2SiO3、10g/LNa3PO4、5g/L(NaPO3)6、2g/LNaF，溶剂为去离子水；水性防火涂料组分含量（按重量份数计）：水35份；基料20份，脱水成炭催化剂25份，成炭剂15份，发泡剂15份，颜填料8份，助剂1份，氧化石墨烯0.01份。微弧氧化膜层的制备：将6063铝合金板打磨至表面平整光滑后用丙酮超声清洗5min后放入电解液中，以铝合金为阳极，不锈钢为阴极；微弧氧化参数设置：频率为500Hz，微弧时间为30min，占空比为10％，电压为480V，电解液温度为20～50℃，操作温度为室温的条件下进行微弧氧化反应，反应结束后取出基体，水洗干燥，获得表面形成微弧氧化膜层的铝合金基体。水性防火涂料的制备方法，其步骤如下：(a)按所述组分配比，将氧化石墨烯加入基料中，二者混合后超声搅拌30min；(b)按所述组分配比，将脱水成炭催化剂，成炭剂，发泡剂，颜填料和分散剂放入行星球磨机进行混合球磨3h，转速300r/min；(c)将步骤(b)所得的粉料进行100目过筛后，加入水、一半重量份的消泡剂和一半重量份的成膜助剂，以2500r/min的转速高速分散1h；(d)将剩余的一半重量份消泡剂、一半重量份成膜助剂和步骤(a)所得的混合物质加入步骤(c)所得的分散液中，以800r/min的转速低速分散20min，制得水性防火涂料。将水性防火涂料以刷涂方式涂覆于表面形成微弧氧化膜层的铝合金上，干燥后制备完成微弧氧化复合水性防火涂层。实施例2基体材料为6063铝合金；微弧氧化法所用电解液组成为：10g/LNa2SiO3、10g/LNa3PO4、5g/L(NaPO3)6、2g/LNaF，溶剂为去离子水。水性防火涂料组分含量（按重量份数计）：水25份；基料30份，脱水成炭催化剂25份，成炭剂11份，发泡剂12份，颜填料5份，助剂0.8份，氧化石墨烯0.001份。微弧氧化膜层的制备：将6063铝合金板打磨至表面平整光滑后用丙酮超声清洗5min后放入电解液中，以铝合金为阳极，不锈钢为阴极；微弧氧化参数设置：频率为500Hz，微弧时间为30min，占空比为10％，电压为480V，电解液温度为20～50℃，操作温度为室温条件下进行微弧氧化反应，反应结束后取出基体，水洗干燥，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微弧氧化复合水性防火涂层，其特征在于：所述微弧氧化复合水性防火涂层以阀金属为基体，先在基体表面采用微弧氧化技术制备微弧氧化膜层，然后再在微弧氧化膜层表面涂覆水性防火涂料，制得水性防火涂层；所述的阀金属包括铝、镁和钛；所述的微弧氧化法所用电解液组成为：8～12g/L Na2SiO3、8～12g/L Na3PO4、3～7g/L (NaPO3)6、2～3.5g/L NaF，溶剂为去离子水；所述复合水性防火涂层的组分按重量份计包括：水20～35份，基料15～30份，脱水成炭催化剂15～30份，成炭剂5～15份，发泡剂5～15份，颜填料2～10份，助剂0.5～1份，氧化石墨烯0.001～0.01份。

【技术特征摘要】
1.一种微弧氧化复合水性防火涂层，其特征在于：所述微弧氧化复合水性防火涂层以阀金属为基体，先在基体表面采用微弧氧化技术制备微弧氧化膜层，然后再在微弧氧化膜层表面涂覆水性防火涂料，制得水性防火涂层；所述的阀金属包括铝、镁和钛；所述的微弧氧化法所用电解液组成为：8～12g/LNa2SiO3、8～12g/LNa3PO4、3～7g/L(NaPO3)6、2～3.5g/LNaF，溶剂为去离子水；所述复合水性防火涂层的组分按重量份计包括：水20～35份，基料15～30份，脱水成炭催化剂15～30份，成炭剂5～15份，发泡剂5～15份，颜填料2～10份，助剂0.5～1份，氧化石墨烯0.001～0.01份。2.根据权利要求1所述的微弧氧化复合水性防火涂层，其特征在于：所述的基料为有机硅改性丙烯酸酯乳液；所述的脱水成炭催化剂为聚磷酸铵；所述的成炭剂为季戊四醇；所述的发泡剂为三聚氰胺；所述的颜填料为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉的一种或两种；所述的助剂包括成膜助剂十二碳醇酯，分散剂六偏磷酸钠，增稠剂羧甲基纤维素钠和消泡剂二甲基硅油。3.根据权利要求1所述微弧氧化复合水性防火涂层，其特征在于，所述的微弧氧化膜层包括以下方法步骤制备：将阀金属基体打磨光滑后用丙酮超声清洗5min后放入电解液中，以阀金属基体为阳极，不锈钢为阴极；微弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟洲，杨海娟，陈泉志，谷凤媚，陆珊柔，蒋智秋，黄德宇，
申请(专利权)人：广西大学，广西南宁金铂洲材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45