[发明专利]具有火灾预警和超疏水功能的三明治结构高效阻燃涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了具有火灾预警和超疏水功能的三明治结构高效阻燃涂层及其制备方法与应用。该制备方法通过在易燃基材上依次制备底部导电层、中部温敏传感层和顶部超疏水导电层，其中底部导电层制备是将金属纳米材料和油溶性长链高分子一起均匀分散于有机溶剂中形成涂料A，然后将涂料A喷涂于基材上，第一次干燥；喷涂并干燥的过程重复1～10次。与现有技术相比，本发明制备的阻燃涂层即便是应用在大面积基材上，也能表现出超灵敏的火灾预警功能和优异的阻燃性能；涂层表面还具有超疏水性，使其表现出出色的自清洁和耐水性能。本发明所制备的阻燃涂层可赋予易燃材料可靠的火灾安全性，可广泛应用于交通运输、家具电器、建筑装饰和电线电缆等领域。

技术领域

本发明涉及阻燃涂料，具体是涉及一种具有火灾预警和超疏水功能的三明治结构高效阻燃涂层及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，世界范围内火灾频发，如2019年4月15日，法国巴黎圣母院因电线短路发生火灾，木质塔顶在火灾中被焚毁，给人类文明造成不可挽回的损失；2017年6月14日凌晨，伦敦一栋24层公寓“格兰菲尔塔”发生重大火灾事故，造成79人死亡。这主要是由于：一方面，易燃轻质材料(如塑料、橡胶和木材等)的广泛应用存在巨大的火灾隐患；另一方面，当前的火灾预警防御系统灵敏性差，预警时间迟滞(一般100s，ACS Nano 2017,12(1),416-424)，往往导致错过火灾初期最佳的灭火和逃生时间。因此，若想要有效减少火灾的发生，不仅要提高轻质材料的阻燃性能，还要缩短当前火灾预警系统的预警时间。而在轻质材料表面制备温度响应火灾预警阻燃涂层是同时解决上述两个问题的最有效方法之一。

由于二维纳米材料氧化石墨烯具有片层阻隔效益和快速热还原特性，是制备温度响应火灾预警阻燃涂层的优选材料。然而，对于现有的氧化石墨烯基火灾预警电路(CN108109317A，CN109593343A)，当只有电极间的石墨烯涂层被快速并充分地加热还原，才能使电路的电阻显著下降并表现出灵敏的火灾预警响应。因此，这些预警涂层只能局限于小尺寸材料上应用(电极距离一般≤5cm)。此外，石墨烯基水性涂层耐水性差的缺陷同样限制会严重限制其实际应用(Cellulose,2018,25,3135-3149)。

发明内容

本发明的目的是针对轻质材料易燃、水性涂层耐水性差，当前火灾预警系统灵敏度低，无法适用于大尺寸材料等问题，提供一种具有灵敏火灾预警和超疏水功能的高效阻燃涂层及其制备方法。

本发明的另一目的是提供具有火灾预警和超疏水功能的三明治结构高效阻燃涂层在塑料和木材等易燃基材上的应用。

本发明通过配制三种不同的涂料先后在易燃基材上制备了底部导电层、中部温敏传感层和顶部疏水导电层，制备了一种具有火灾预警和超疏水功能的三明治结构高效阻燃涂层。将底部导电层和顶部疏水导电层作为电极，与电源和报警器连接可形成预警电路。当涂层遇到高温时，中部的氧化碳纳米材料基温敏传感层会发生快速热还原，电阻急剧下降并连通底部导电层和顶部疏水导电层，从而触发报警器。由于中部温敏传感层厚度仅为微米级，因此其受到高温时，热还原速度极快，可发挥出超灵敏的火灾预警响应。本发明底部导电层和顶部疏水导电层发挥了电极的作用，使得涂层的温敏传感通路保持为垂直方向的微米级，不会随着涂层面积的变化而变化，因此该涂层即便是在大面积应用时，也能保持高灵敏火灾预警响应。同时，由于涂层中的金属纳米材料和氧化碳纳米材料具有优异的热稳定性，而油溶性长链高分子和水溶性长链高分子具有突出的成炭性能，因此涂层在遭遇火焰时可形成具有优异热稳定性和阻隔性能的多孔炭层，发挥高效阻燃作用。而且，顶部疏水导电层赋予了涂层优异的耐水性能和自清洁性能，极大地拓宽了其应用领域并保证了其应用的便捷性。因此，本发明提供的具有火灾预警和超疏水功能的三明治结构高效阻燃涂层可有效提高各种易燃材料的火灾安全性，可广泛应用于对阻燃性能要求较高的交通运输、家具电器、建筑装饰和电线电缆等领域。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

通过三种涂料的先后涂覆制备三明治结构高效阻燃涂层：