一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法和应用技术

一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法和应用，本发明专利技术涉及膨胀阻燃涂料制备技术领域，具体涉及一种具有有机

【技术实现步骤摘要】
一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及膨胀阻燃涂料制备
，具体涉及一种具有有机
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无机杂化复合膨胀型阻燃涂料的制备方法，以及该阻燃涂料在木板材料表面的应用。

技术介绍

[0002]木材作为一种天然环保、可再生的高分子材料，具有强重比高、易加工等优点，广泛应用于建材、人造板、家居等领域。这些领域常用的木材原料包括松木、红木、杨木、榆木、橡木等等。近年来，杨木因为其木性坚韧，力学强度较高，耐腐蚀性强，硬度与强度适中等优点；并且纹理通达清晰，刨面光滑，具有良好的外观效果，被广泛应用于室内装饰、家具等领域。在这些领域应用时，木材的防火性能是保证材料安全使用的重要因素。木材燃烧产生大量的热、烟雾以及有毒气体。高温加速火灾蔓延,烟雾大大降低了火灾现场的能见度,有毒气体甚至会导致人员窒息死亡，因此，为了消除这种潜在的火灾危害，需要对木材进行阻燃处理，提高其防火安全性。
[0003]目前，对木材进行阻燃处理的方法包括浸渍法、表面改性法、溶胶
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凝胶法等；其中最常用的方法是添加阻燃剂进行阻燃处理，而常用的阻燃剂则包括磷氮硼阻燃剂、金属化合物阻燃剂、树脂阻燃剂、纳米阻燃剂和微胶囊阻燃剂等。而在易燃材料上涂覆阻燃涂层，将阻燃剂定位到发生燃烧的材料表面并且保持材料的体积特征，这是一种更为简单有效的阻燃方法。
[0004]阻燃涂料是一种功能性材料，可以起到装饰和保护基材的作用，阻燃涂料一般由基料和阻燃剂两部分组成。阻燃涂料在许多国家的各种行业都有广泛的应用，特别是建筑行业，阻燃涂料很好地解决了安全和防火的要求。目前阻燃涂料种类多样，对阻燃涂料在各个行业的应用也提出了要求，一般情况下，阻燃涂料在满足防火安全的情况下，还应该具有环保、防水、耐老化、与基体相容性好以及美观等众多功能

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决木材易燃的问题，而提供一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法和应用。
[0006]本专利技术的目的是提供一种改性壳聚糖硅溶胶基复合阻燃涂料。通过水浴合成法，将自制酸性硅溶胶与改性壳聚糖
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醋酸溶液进行杂化交联反应，壳聚糖分子可以穿插分布在Si
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O
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Si间隙，形成的涂层兼具有无机和有机特性，得到一种新型有机无机杂化成膜剂，该成膜剂具有附着力强、硬度高、抗开裂、耐水等优良性能。在此成膜体系的基础上，再引入其他阻燃体系，如聚磷酸铵、植酸、三聚氰胺聚磷酸盐以及无极阻燃填料等成分，形成一个完整的膨胀阻燃体系，该涂料固化成型后具有优异的硬度和附着力，并且能够达成良好的膨胀阻燃效果。
[0007]本专利技术的有益效果：
[0008](1)壳聚糖是地球上含量最为丰富的天然高分子之一，由于其具有可降解性、抗菌
性、生物相容性而被广泛用于生物传感器、组织工程、气体分离膜、可食性包装薄膜等方面；在膨胀阻燃领域，壳聚糖也被作为碳源和气源的提供者，但由于较强的分子内和分子间氢键作用，结晶度过高导致壳聚糖膜的脆性较大，并且高结晶度导致壳聚糖的熔融温度很高，接近其分解温度，因而单独作为膨胀型阻燃体系的成膜剂使用时难以形成熔融发泡过程，因此对壳聚糖进行改性。以丙三醇、聚乙二醇硼酸酯、聚乙二醇等作为改性剂，均可以破坏壳聚糖分子内的氢键作用，降低壳聚糖的结晶度，起到润滑增塑的作用，不仅可以增加膜的韧性，还能降低壳聚糖的熔融温度，它们均可以改善壳聚糖的成膜性能，并且以聚乙二醇硼酸酯的改性效果最好。但由于这几种改性助剂都具有可燃性，因此需要控制用量，使用过多时涂层易燃且硬度过低，耐水性降低，易受潮；使用过少时涂层易脆断开裂。在此基础上，为了进一步提高成膜剂的阻燃性能和耐水性，引入硅溶胶，硅溶胶是纳米SiO2分散体，纳米SiO2由于具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应等导致了纳米微粒具有奇异的物化性能。硅溶胶分散在基材和颗粒的表面，随着水分蒸发，mSiO2·
n H2O粒子间脱水，形成牢固的Si
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O键交联的立体网状涂膜，硅的引入不仅可以改善壳聚糖成膜时容易脆断开裂的问题，还提高了涂层的阻燃性能，同时也兼顾了涂层与材料表面的结合强度，以及涂层本身的强度和耐水性等，因此，本专利技术利用了硅溶胶和改性壳聚糖杂化体系的优良成膜性能，向体系中加入复配膨胀阻燃剂时，该成膜剂可以更好的对其进行包覆。
[0009](2)本专利技术利用改性壳聚糖硅溶胶的物理化学性质以及成膜性能，研究出了能与该体系有良好相容性且阻燃效果显著的复配型阻燃剂。以季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐的复配型阻燃剂为例，研究出了以壳聚糖硅溶胶为成膜剂时，三者能产生膨胀阻燃效果的最佳比例，以及如何将复配型阻燃剂与壳聚糖硅溶胶成膜剂进行充分均匀的混和，相比于其他膨胀阻燃涂料，该涂层的膨胀阻燃效率更高，并且制备工艺更加简便，制备条件更加容易控制。
[0010](3)与现有的膨胀型阻燃涂料相比，改性壳聚糖硅溶胶基复合阻燃涂料不仅膨胀阻燃剂添加量少，阻燃效率高，在保证材料高阻燃性能的同时还具备良好的物理性能，比如表面附着力和硬度。而且，壳聚糖属于生物质可再生资源，绿色无毒环保，摆脱对石油基原料的依赖，降低制造成本。
[0011]本专利技术制备的阻燃涂料用于制备阻燃板材领域
附图说明
[0012]图1为采用实施例一涂料获得的阻燃板材在模拟大板燃烧测试中燃烧前期膨胀碳层纵向截面的照片；
[0013]图2为采用实施例一涂料获得的阻燃板材在模拟大板燃烧测试中燃烧后期膨胀碳层的照片。
具体实施方式
[0014]具体实施方式一：本实施方式一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法，具体按以下步骤进行：
[0015]一、将硅溶胶前驱体加入到无水乙醇、去离子水和硅烷偶联剂组成的混合液中，搅拌到完全混合，调节pH至2～3，再在50
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80℃水浴中搅拌，直到充分反应，冷却至室温并密封
保存，得到酸性硅溶胶；
[0016]二、将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中进行机械搅拌至完全溶解，加入改性剂充分搅拌，获得改性壳聚糖溶液；将步骤一制备的酸性硅溶胶加入到改性壳聚糖溶液中进行机械搅拌10
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30分钟，控制转速为800～1500rpm，然后在40
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60℃水浴条件下进行交联反应4～8h，得到均匀的半透明溶液；
[0017]三、向步骤二制备的半透明溶液中加入碳源、酸源和气源复配阻燃剂进行超声搅拌，混合均匀，再加入无机填料并搅拌至混合均匀，得到改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料，完成制备。
[0018]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述硅溶胶前驱体为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；
[0019]步骤一所述硅烷偶联剂为KH560。其它与具体实施方式一相同。
[0020]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一所述的硅溶胶前驱体与硅烷偶联剂的摩尔比为(1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、将硅溶胶前驱体加入到无水乙醇、去离子水和硅烷偶联剂组成的混合液中，搅拌到完全混合，调节pH至2～3，再在50
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80℃水浴中搅拌，直到充分反应，冷却至室温并密封保存，得到酸性硅溶胶；二、将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中进行机械搅拌至完全溶解，加入改性剂充分搅拌，获得改性壳聚糖溶液；将步骤一制备的酸性硅溶胶加入到改性壳聚糖溶液中进行机械搅拌10
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30分钟，控制转速为800～1500rpm，然后在40
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60℃水浴条件下进行交联反应4～8h，得到均匀的半透明溶液；三、向步骤二制备的半透明溶液中加入碳源、酸源和气源复配阻燃剂进行超声搅拌，混合均匀，再加入无机填料并搅拌至混合均匀，得到改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料，完成制备。2.根据权利要求1所述的一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法，其特征在于步骤一所述硅溶胶前驱体为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯；步骤一所述硅烷偶联剂为KH560。3.根据权利要求1所述的一种壳改性聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法，其特征在于步骤一所述的硅溶胶前驱体与硅烷偶联剂的摩尔比为(1
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2)：1，所述的硅溶胶前驱体与无水乙醇的摩尔比为(0.1
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1)：4，所述的无水乙醇与去离子水的摩尔比为(1
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2)：1。4.根据权利要求1所述的一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法，其特征在于步骤一采用浓盐酸进行调节pH。5.根据权利要求1所述的一种改性壳聚糖硅溶胶基膨胀阻燃涂料的制备方法，其特征在于步骤二所述壳聚糖粉末的脱乙酰度为80％～90％；所述醋酸溶液的体积浓度为1～3％。步骤二所述壳聚糖粉末与醋酸溶液的质量比为1：(20
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【专利技术属性】
技术研发人员：房轶群，饶洪进，闫梦凡，杨若凡，林博昊，任癸林，宋永明，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：