[发明专利]一种水性生物基膨胀型阻燃涂料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种水性生物基膨胀型阻燃涂料及其制备方法和应用，所述的水性生物基膨胀型阻燃涂料以水为溶剂，生物基材料壳聚糖和植酸为膨胀型阻燃剂，无机纳米填料为阻隔型阻燃剂，通过协同作用，对去木质素的木材(增大木材表面孔径，利于阻燃剂更好地渗透)具有高效的阻燃作用,垂直燃烧测试可达到V‑0级，极限氧指数超过45％。此外，阻燃涂料无论在生产过程中还是在使用过程中，对人类和环境都无毒害，是一种环境友好型的阻燃涂料。并且，本发明所述的水性生物基膨胀型阻燃涂料原料易得、用料组分少、生产工艺简单、成本低。同时,阻燃涂料在木材表面的涂覆工艺具有用量少,加工工艺简单的特点，适合大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种水性生物基膨胀型阻燃涂料及其制备方法和应用，属于阻燃涂料技术领域。

背景技术

目前，大多数有效的常规的阻燃剂是基于卤素、矿物质和其它化合物研制出来的。然而，其中一些阻燃剂，特别是含有卤素的阻燃剂，对于人类和环境来说是有毒害的。随着人们环境保护和能源危机意识的增强，阻燃剂的绿色化已经成为阻燃技术的必然选择。因此，使用自然界中的生物基材料作为阻燃剂符合绿色战略的要求，这不仅可以缓解能源危机，而且不会造成环境污染。所以，在能源保护和环境安全方面，生物基阻燃剂是传统阻燃剂的潜在替代者。

此外，一种普遍的阻燃处理方法是将阻燃剂添加到聚合物中进行共混以提高阻燃性能。但是在使用阻燃添加剂的过程中一直存在一些问题：增加最终聚合物的粘度和模量而造成后续工业加工困难；降低聚合物本身优秀的性能等，并且，对于生物基阻燃剂而言，其分解温度较低，不适合以添加剂的形式进行阻燃处理。相比于阻燃添加剂，阻燃涂料具有阻燃效率高，对基体固有性质影响小等优点。因此，生物基阻燃涂料具有更好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服传统阻燃添加剂对人类和环境的毒害和对聚合物固有性能的不利影响等问题，提供了一种水性生物基膨胀型阻燃涂料及其制备方法和应用，且制备过程简单、安全、环保。

本发明是通过以下技术方案实施的：

一种水性生物基膨胀型阻燃涂料，包括壳聚糖、植酸、无机纳米填料和去离子水，上述各组分的质量百分含量：1～10％的壳聚糖、1～15％的植酸，1～10％的无机纳米填料，其余为去离子水。进一步地，上述溶液要调节适当的pH值，避免出现沉淀。

本发明所述的水性生物基膨胀型阻燃涂料：将质量百分比为1～10％的壳聚糖加入到去离子水中，搅拌均匀并调节pH值，使其完全溶解。然后，继续调节pH值，确保加入质量百分比为1～15％的植酸时，无沉淀物产生，搅拌均匀。接下来，向上述混合液中添加1-10％的无机填料，降低涂料的酸性，增加涂料的粘度。最后，常温下抽真空静置脱泡，制得水性生物基膨胀型阻燃涂料。

采用本发明的阻燃涂料用于阻燃木材处理的方法：首先制得一定尺寸的木材，将木材在50-80℃的真空干燥箱中干燥6-24h，然后使用浓度为10-20Wt％，pH值在7-10之间的亚氯酸钠溶液对木材表面进行去木质素处理1-12h，增大木材表面的孔径，使得阻燃剂更好的渗透到木材中。接下来用水冲洗几次，在45-70℃的条件下干燥12h以上。最后，将制得的水性生物基膨胀型阻燃涂料均匀地刷涂在木材表面或将木材浸泡到涂料中一段时间，在室温下干燥6h以上即可得到阻燃木材。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述的水性生物基膨胀型阻燃涂料，以水为溶剂，生物基材料壳聚糖和植酸为膨胀型阻燃剂，无机填料为阻隔型阻燃剂，膨胀型阻燃剂和阻隔型阻燃剂协同，使得该涂料阻燃效果显著，垂直燃烧测试可达V-0级，极限氧指数达到45％以上。

(2)涂料体系中只有水、生物基材料和无机材料，无论是在生产过程中还是在使用过程中，对人类和环境都无毒害，是一种环境友好型的膨胀型阻燃涂料。并且本发明所述的水性生物基膨胀型阻燃涂料原料易得、用料组分少、生产工艺简单、成本低。