一种表面改性五氧化三钛、制备方法及其在阻燃涂层中的应用技术

本发明专利技术属于阻燃材料和复合板材技术领域，涉及一种表面改性五氧化三钛、制备方法及其在阻燃涂层中的应用。针对现有技术中预警类阻燃涂覆材料效应温度高，热还原速度慢，只有在遭遇明火或时，才能表现出灵敏的预警响应，且热还原具有不可逆和不可控性，预警响应是一次性的，以及使用强酸与强氧化剂，环保负荷大的技术问题，本申请通过将Ti3O5和氨基官能团硅烷偶联剂按质量比20:1～3分散在无水乙醇和/或去离子水的溶剂中，将混合物研磨，制得的表面改性Ti3O5，其具有热还原速度快，预警响应灵敏，可逆可控等优点，且组装时无需强酸、强氧化剂，仅使用水和/或乙醇，组装过程绿色、环保，环境负荷小。境负荷小。境负荷小。

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性五氧化三钛、制备方法及其在阻燃涂层中的应用


[0001]本专利技术属于阻燃材料和复合板材
，具体地，涉及一种表面改性五氧化三钛、制备方法及其在阻燃涂层中的应用。

技术介绍

[0002]木材广泛地应用于建筑、装饰、家具、交通运输等行业，未经阻燃处理的木材具有可燃性，近年来，与其间接或直接相关的公共建筑领域重大火灾屡见不鲜。使用阻燃剂可以有效提升木材的阻燃性能。然而，较低的阻燃效率和复杂的制备工艺限制了其广泛应用。此外，随着城市化发展、高层建筑增加，防火、灭火的复杂性和难度都随之增大。单纯的阻燃处理已无法满足日益复杂的防火需求。将具有对火灾识别的智能材料引入木材的阻燃处理，在火灾发生前或燃烧早期及时向外界发出火警信号，使其主动对外界“火灾”做出响应，并且在火灾发生时具备阻燃能力，对于降低火灾损害和保障人员的生命及财产安全具有重大意义。
[0003]阻燃预警功能的实现主要是向涂层中引入具有热致响应变化的功能粒子，如氧化石墨烯 (graphene oxide,GO)、碳纳米管等，在涂层表面着火时触发“扳机”，连通导电回路，实现对火灾的及时预警。如中国专利技术专利申请公布号CN111267193A，申请日为2020年02月10 日，名称为：一种镁铝层状双氢氧化物/氧化石墨烯/木材基复合材料及其制备方法及应用，公开了将木材浸入含有镁盐、铝盐和尿素的水溶液中，在低温水热条件下进行反应；将木材于 50℃条件下真空干燥12h，即可制得镁铝层状双氢氧化物修饰的木材；将氧化石墨烯加入到水中，经过机械搅拌和超声处理后，即可制得氧化石墨烯悬浮液；将氧化石墨烯悬浮液逐滴滴注在木材表面，将木材置于50℃条件下干燥3h，重复3～6次。该方案存在以下不足： GO涂层的热还原发生在200℃以上，且温度越低，热还原速度越慢。因此，GO涂层只有在遭遇明火或高温(>500℃)时，才能表现出灵敏的预警响应。而当温度相对较低时，GO热还原速度慢导致预警响应时间长。然而，许多火灾在发生前存在一个较长的渐变升温过程，而 GO涂层对于该过程无法有效及时响应。另外，GO基阻燃预警涂层主要利用了物质在高温下的还原反应来触发导电回路，GO涂层的热还原具有不可逆和不可控性，当涂层所处温度高于200℃时，GO的热还原就会自发进行，导致涂层电阻发生不可逆的下降。因此，GO基涂层在500℃以下预警能力差，且预警响应是一次性的，长时间处于热环境中容易失效。此类基于化学反应构建的火灾预警具有“一次性”，不具备循环响应性，限制了其实际应用的广泛性。此外，此类涂层在构建过程中往往使用强酸与强氧化剂，环保负荷大。

技术实现思路

[0004]1.专利技术要解决的技术问题
[0005]针对现有技术中预警类阻燃涂覆材料效应温度高，热还原速度慢，只有在遭遇明火或时，才能表现出灵敏的预警响应，且热还原具有不可逆和不可控性，预警响应是一次性
的，以及使用强酸与强氧化剂，环保负荷大的技术问题，本申请通过将五氧化三钛(Ti3O5)和氨基官能团硅烷偶联剂按质量比20:1～3分散在无水乙醇和/或去离子水的溶剂中，将混合物研磨，制得的表面改性Ti3O5，其具有热还原速度快，预警响应灵敏，可逆可控等优点。本申请还提供了一种表面改性Ti3O5在阻燃涂层中的应用，制得的可循环火灾预警木材，火灾预警循环响应次数可达10～15次，木材LOI进一步提升至41.2～47.5％，表明经表面改性Ti3O5涂覆处理后木材具有优异的阻燃性能，且组装是无需强酸、强氧化剂，仅使用水和/或乙醇，组装过程绿色、环保，环境负荷小。
[0006]2.技术方案
[0007]为达到上述目的，提供的技术方案为：
[0008]本专利技术的一种表面改性Ti3O5的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]将Ti3O5和氨基官能团硅烷偶联剂按质量比20:1～3分散在无水乙醇和/或去离子水的溶剂中，得混合物；所述Ti3O5与溶剂的配比为1.5～3g:100mL。采用无水乙醇和/或去离子水为溶剂，绿色环保，且无水乙醇可以增加Ti3O5的均匀分散性；
[0010]将所述混合物研磨，得表面改性Ti3O5。优选的，所述Ti3O5和氨基官能团硅烷偶联剂的质量比为20:1，所述Ti3O5与溶剂的配比为1.5g:100mL。
[0011]进一步地，所述氨基官能团硅烷偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷中的任一种。采用氨基官能团硅烷偶联剂能够在Ti3O5表面接入氨基，促进表面改性Ti3O5在水相体系的均匀分散，亦能在成膜过程中形成稳定的界面结合。
[0012]进一步地，所述无水乙醇和去离子水的溶剂中，无水乙醇和去离子水的体积比为6:4～9:1。优选的，所述无水乙醇和去离子水的体积比为9:1。
[0013]进一步地，所述研磨方式为球磨。优选的，所述球磨的时间为6h，采用球磨以减小Ti3O5尺寸，促进其在阻燃涂层中的均匀分散。
[0014]一种表面改性Ti3O5，由所述表面改性Ti3O5的制备方法制备得到。
[0015]一种表面改性Ti3O5在阻燃涂层中的应用，使用所述的表面改性Ti3O5。
[0016]进一步地，所述应用包括以下步骤：
[0017]在木材上制备基底层，得含基底层的木材。优选的，对木材进行预处理，木材表面先进行砂光，再用乙醇和去离子水清洗干净，在50～60℃对流干燥2～4h，得到清洁干燥的木材。优选的，制备浓度为0.9％聚乙烯亚胺溶液，采用1mol/L HCl调节pH至9，制备浓度为0.9％聚磷酸铵溶液，采用1mol/L NaOH调节pH至9；将经过预处理的木材浸渍在聚乙烯亚胺溶液中5min，取出，去离子水清洗1min，50～60℃对流干燥10min，得到含基底层的木材，聚乙烯亚胺是一类含丰富活性氨基基团的水溶性聚氨，呈现超支化结构，具备良好的黏附能力和成膜能力，采用聚乙烯亚胺作为基底层，“双向”黏附木材表面和功能涂层，赋予涂层良好的结合能力。
[0018]在所述含基底层的木材上制备预警阻燃层，所述预警阻燃层包括由内向外依次设置的第一阻燃层、表面改性Ti3O5层和第二阻燃层，得预警阻燃木材，该“三明治”结构能够进一步保护表面改性Ti3O5层，提高预警能力。
[0019]进一步地，还包括涂覆在所述预警阻燃层外的保护层。优选的，将浓度为5％含氟硅烷偶联剂乙醇溶液，如十三氟辛基乙氧基硅烷(KH1332)，按涂覆量80～100g/m2均匀喷涂
在预警阻燃层表面，在60～90℃对流干燥1.5～2.5h。保护层具有疏水性，能够保护预警阻燃涂层，使其避免受到环境中的湿气、水分侵害，防止流失，保持预警阻燃功能的稳定性。
[0020]进一步地，所述基底层为聚乙烯亚胺层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性Ti3O5的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：将Ti3O5和氨基官能团硅烷偶联剂按质量比20:1～3分散在无水乙醇和/或去离子水的溶剂中，得混合物；所述Ti3O5与溶剂的配比为1.5～3g:100mL；将所述混合物研磨，得表面改性Ti3O5。2.根据权利要求1所述的一种表面改性Ti3O5的制备方法，其特征在于：所述氨基官能团硅烷偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷中的任一种。3.根据权利要求1所述的一种表面改性Ti3O5的制备方法，其特征在于：所述无水乙醇和去离子水的溶剂中，无水乙醇和去离子水的体积比为6:4～9:1。4.根据权利要求1所述的一种表面改性Ti3O5的制备方法，其特征在于：所述研磨方式为球磨。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明珠，梅长彤，张帅，黄燕萍，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：