本發(fā)明屬于化工建材和消防安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前室內(nèi)裝修及家具常采用纖維板、顆粒板和刨花板等人造板，其美觀、輕質(zhì)和拆裝方便，但易燃性已對(duì)人居環(huán)境造成重大安全隱患，涂覆阻燃涂料可提高木材的被動(dòng)阻燃性能，當(dāng)前水性建筑涂料的主要成膜材料為水性聚氨酯、水性丙烯酸和水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料等，其中水性聚氨酯涂料因其優(yōu)良性能已被廣泛應(yīng)用，尤其是采用丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液制備價(jià)廉、安全、無(wú)毒、環(huán)保的新型涂料，因此水性阻燃涂料的制備和研究主要聚焦于有機(jī)成膜材料與木材表面的粘結(jié)性能，以及無(wú)機(jī)納米粒子在有機(jī)成膜材料中的生長(zhǎng)機(jī)理和阻燃效應(yīng)。但對(duì)無(wú)機(jī)硅溶膠系涂料的研究較少，缺乏以無(wú)機(jī)硅質(zhì)成膜材料為基料的阻燃木材涂料的制備及性能研究，尤其是低溫下阻燃材料阻燃性能的研究更少。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種新型的固-固相變改性硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料及其制備方法。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，包括以下原料：
原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％；
激發(fā)劑采用硅酸鈉和氫氧化鉀的混合物。
所述激發(fā)劑包括質(zhì)量百分?jǐn)?shù)12％～15％的硅酸鈉和5％～7％的氫氧化鉀。
所述活性炭為核桃殼活性炭，平均粒度50.82μm。
所述聚丙烯酰胺為陰離子型白色顆粒。
所述桐油為呈淺黃色的透明液體。
所述復(fù)合涂的制備方法包括如下步驟：將配方量的激發(fā)劑溶入定量水中進(jìn)行第一次攪拌后加入配方量的硅灰再次進(jìn)行第二次攪拌，制得硅灰基溶膠；向硅灰基溶膠中依次加入配方量的活性炭、硫氰化銨、聚丙烯酰胺、桐油后進(jìn)行第三次攪拌，靜置即得到復(fù)合涂料。
第一次攪拌條件為60℃～70℃、1000r/min～1500r/min攪拌30min。
配方量硅灰加入的時(shí)間持續(xù)15min～20min。
配方量的活性炭、硫氰化銨、聚丙烯酰胺、桐油加入總時(shí)間持續(xù)5min～8min。
第三次攪拌條件為1000r/min～1500r/min攪拌10min～15min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：
(1)本發(fā)明的創(chuàng)新性在于開(kāi)辟了以硅灰、活性炭，硫氰化銨，聚丙烯酰胺，桐油制備硅酸鹽系涂料，研發(fā)阻燃木材涂料的新途徑。
(2)本發(fā)明制備的復(fù)合涂料熱穩(wěn)定性高，將其涂覆在膠合板表面，燃燒時(shí)，在膠合板溫度達(dá)到90℃左右時(shí)，硫氰化銨可發(fā)生多次相變，140℃左右可轉(zhuǎn)變?yōu)榱螂澹?00℃較低溫下時(shí)充分發(fā)揮其阻燃性能，尤其對(duì)于較低著火點(diǎn)的材料，能有效阻燃，是一種優(yōu)異的低溫阻燃涂料。
(3)本發(fā)明所使用的原材料成本低廉、環(huán)保，能夠規(guī)模利用工業(yè)固廢硅灰制備阻燃木材涂料，同時(shí)也為工業(yè)固廢硅灰提供利用途徑。
(4)本發(fā)明的制備方法采用較低的加熱溫度，制備過(guò)程在室內(nèi)常溫常壓條件下進(jìn)行即可，制備條件柔和。
為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
具體實(shí)施方式
硅灰源于冶金工業(yè)固廢，屬富含活性硅的粉體，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，硅灰經(jīng)激發(fā)劑的化學(xué)改性可形成具有-si-o-si-結(jié)構(gòu)的硅溶膠，摻入助劑或經(jīng)養(yǎng)護(hù)處理，可形成對(duì)木板粘附性較強(qiáng)的硅質(zhì)膜層，理論上可產(chǎn)生阻燃效應(yīng)，但實(shí)際其阻燃效果不佳。經(jīng)發(fā)明人研究還發(fā)現(xiàn)，激發(fā)劑硅酸鈉和氫氧化鉀的加入對(duì)硅灰具有協(xié)同反應(yīng)的效果，加之作為分散劑和協(xié)效阻燃改性劑的聚丙烯酰胺，其有助于硅灰發(fā)展成結(jié)構(gòu)更加致密的無(wú)定型硅質(zhì)層，一定程度上能提高硅灰基涂料的阻燃性能，但是在較低溫度(<200℃)下，其阻燃性能效果依舊不佳，因此，發(fā)明人長(zhǎng)期探索，期望能有效改善硅灰基涂料的阻燃效果：硫氰化銨作為一種不燃、廉價(jià)、相變焓較高、過(guò)冷度較小的固固相變材料，在140℃可轉(zhuǎn)變?yōu)榱螂?，硫脲?80℃以后的熱分解對(duì)固-固相變蓄熱影響較小，硫氰化銨在較低溫度(<200℃)具有優(yōu)異的相變性能，且最終受熱分解可形成阻燃性的nh3，但是采用其制備阻燃涂料的研究未見(jiàn)報(bào)道。由于nh4scn可溶于堿性溶液，且在較低溫度可發(fā)生多次相變并轉(zhuǎn)變?yōu)榱螂澹螂逶谶M(jìn)一步受熱過(guò)程中形成阻燃性的nh3和可與o2反應(yīng)的h2s；另外，在na2sio3和koh改性硅灰制備硅溶膠所形成的堿性環(huán)境中，scn-可與富含na+、k+的硅灰基無(wú)定形物質(zhì)≡si-o-si≡發(fā)生相互作用，促使無(wú)定形≡si-o-si≡鏈進(jìn)一步發(fā)生纏繞、交聯(lián)、互穿等結(jié)構(gòu)變化過(guò)程，即提高了硅質(zhì)層的密實(shí)化程度。理論上nh4scn可強(qiáng)化水性硅灰基復(fù)合涂料在較低溫度(<200℃)的阻燃性能。
因此，本發(fā)明利用可提供無(wú)機(jī)鋁硅酸鹽成分的硅灰為原料，在化學(xué)改性劑硅酸鈉和氫氧化鉀的作用下，生成無(wú)機(jī)硅灰基溶膠，摻入硫氰化銨以提高其相變阻燃性能，并輔以活性炭、聚丙烯酰胺和桐油強(qiáng)化其在受熱時(shí)形成硅質(zhì)層的密實(shí)度、膨脹性及耐水性，提高其被動(dòng)防火有效性；其中溶液中鈉離子的量濃度cna+為2mol·l-1，鉀離子的量濃度ck+為2mol·l-1。
本發(fā)明所述硅灰可在市面直接購(gòu)買得到，其主要化學(xué)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為：sio2：86.18％，al2o3：2.49％，mgo：1.95％，fe2o3：1.85％，k2o：1.66％，cao：1.61％，na2o：1.18％，tio2：0.84％，so3：0.38％，其它：1.86％。
本發(fā)明活性炭為核桃殼活性炭，平均粒度50.82μm。
本發(fā)明聚丙烯酰胺為陰離子型白色顆粒。
本發(fā)明桐油為呈淺黃色的透明液體。
實(shí)施例1：
本實(shí)施例提供一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料，包括以下原料：
微細(xì)硅灰粉25wt％
九水硅酸鈉15wt％
氫氧化鉀5wt％
硫氰化銨0.5wt％
聚丙烯酰胺1.5wt％
活性炭2wt％
桐油0.5wt％
水50.5wt％
包括下列步驟：
準(zhǔn)確稱取硅灰，活性炭，聚丙烯酰胺，桐油和硫氰化銨，將配方量的激發(fā)劑硅酸鈉和氫氧化鉀混合物溶入定量水中，然后將混合溶液置于60℃的磁力加熱攪拌機(jī)中攪拌30min，攪拌速度1000r/min；然后將配方量的硅灰緩慢加入攪拌機(jī)中拌和，約15min加完，制得硅灰基溶膠；最后依次加入配方量的活性炭、聚丙烯酰胺、桐油和硫氰化銨，約5min加完，以1500r/min的速度再攪拌10min，靜置即為復(fù)合涂料成品。
將復(fù)合涂料涂覆在膠合板表面，然后測(cè)試其熱釋放性能，燃燒時(shí)，隨著膠合板表面溫度的上升，硫氰化銨可發(fā)生多次相變，140℃可轉(zhuǎn)變?yōu)榱螂?，進(jìn)而分解出阻燃性氣體nh3，在較低溫下時(shí)充分發(fā)揮其阻燃性能。
結(jié)果見(jiàn)表1。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例提供一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料，包括以下原料：
微細(xì)硅灰粉30wt％
九水硅酸鈉12wt％
氫氧化鉀7wt％
硫氰化銨1wt％
聚丙烯酰胺0.5wt％
活性炭5wt％
桐油2wt％
水42.5wt％
制備步驟同實(shí)施例1，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
對(duì)比例1：
本對(duì)比例提供一種硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料，原料組成同實(shí)施例1，不同的在于，其中不包括硫氰化銨。
制備步驟同實(shí)施例1，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
對(duì)比例2：
本對(duì)比例提供一種硅灰基阻燃木材復(fù)合涂料，包括以下原料：
微細(xì)硅灰粉25wt％
九水硅酸鈉15wt％
氫氧化鉀5wt％
硫氰化銨2.5wt％
聚丙烯酰胺1wt％
活性炭4wt％
桐油1wt％
水47.5wt％
制備步驟同實(shí)施例1，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
從表1中可見(jiàn)采用“固固相變”改性硅灰基阻燃涂料，因硫氰化銨在較低溫度(<200℃)具有優(yōu)異的相變性能，適量的硫氰化銨可同時(shí)降低樣品的總釋熱量和提高其引燃時(shí)間(實(shí)施例)，但是若摻入過(guò)量的硫氰化銨因?qū)е峦苛险扯冗^(guò)高而難于在木材表面形成完整、均勻、連續(xù)的硅質(zhì)膜層，致使其引燃時(shí)間大幅縮短(對(duì)比例2)。
表1實(shí)施例與對(duì)比例的熱釋放性能