[发明专利]一种环境友好型阻燃剂及利用其制备的膨胀性防火涂料

说明书

本发明公开了一种环境友好型阻燃剂，首先利用四丁基氢氧化铵和磷酸对磷酸锆进行剥离作用，然后利用糠胺对磷酸锆进行包覆而成。该阻燃剂在有效解决磷酸锆易团聚等问题的同时，可与防火涂料中的膨胀阻燃体系发挥协同阻燃作用；将其应用于制备膨胀型防火涂料，可显著提升所得防火涂料的成膜性、耐火性和耐久性，等。本发明所得阻燃剂集阻燃抑烟与增强功能于一体，且无卤成本低，成炭性好，碳层强度高，环保友好，适用性广泛，且涉及的制备方法工艺简单，反应条件温和，适合推广应用。

技术领域

本发明属于阻燃材料技术领域，具体涉及一种环境友好型阻燃剂及利用其制备的膨胀性防火涂料。

背景技术

防火涂料是一种可作用于易燃材料表面以提高其耐火能力、减缓燃烧速率或在一定时间内防止燃烧的一类物质。钢结构膨胀型防火涂料以高分子水性乳液、高分子树脂等作为基体，加入由酸源、气源和碳源等组成的膨胀防火体系以及填料和助剂制备而成。这些组分在高温下发生反应，脱水碳化，形成均匀致密的蜂窝状膨胀炭层，隔绝空气和热量传递，从而达到防火隔热的效果。但是防火涂料仍存在高温下所形成的膨胀炭层不够牢固，易被火焰冲破，导致涂层耐火性能差等缺点，这些缺点将显著降低膨胀型防火涂料的防火和耐久性。

ZrP是一种人工合成的层状固体酸，具有优异的热稳定性、化学稳定性和耐强酸强碱性能，并具有长径比可控，粒子尺寸分布较窄等特点，是制备聚合物层状纳米复合材料的优良基体之一。ZrP层与层之间通过氢键作用及范德华力叠加，其HP04^2-基团中的H⁺在层内空间具有较大的自由活动性，其层间结晶水分子可以被极性有机分子替代。虽然ZrP具有层状阻隔作用和固体酸催化成炭作用可以较为明显地提升阻燃剂的阻燃性，但是由于目前所报道的阻燃体系的炭层较为疏松，磷酸锆易团聚，从而限制了磷酸锆催化聚合物成炭的效果，导致阻燃剂存在热稳定性较差，阻燃效率较低等问题。

为改善磷酸锆不能高效催化聚合物成炭导致阻燃效率较低，以及目前防火涂料在高温下所形成的膨胀炭层不够牢固等问题；专利CN109810545A中将磷酸锆剥离成纳米片加入到阻燃体系中，通过磷酸锆纳米片的催化作用，提高聚合物成炭作用，进而提升阻燃效率，不过该专利中仅将磷酸锆剥离，利用纳米片磷酸锆在体系中分散，但并未解决磷酸锆纳米片容易出现团聚现象，导致了磷酸锆的催化成炭作用不能有效释放，同时也并未考虑与树脂相容性问题，导致其阻燃效率仍不太理想。

因此，进一步优化磷酸锆类化合物的改性手段及其性能具有重大研究和应用意义，且非常需要研制出一种绿色环保、高效耐用、稳定美观的新一代防火涂料。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有阻燃涂料体系成炭质量不佳、炭层松散强度低以及阻燃效率低等问题，利用四丁基氢氧化铵和磷酸对磷酸锆进行剥离，暴露磷酸锆层间的羟基，然后利用糠胺对磷酸锆进行包覆，制备环境友好型阻燃剂，将其应用于制备膨胀性防火涂料，可表现出成膜性好、耐火时间长、耐水性和耐久性好、干燥时间短、环境友好等优点，且涉及的制备工艺简单，反应条件温和，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种环境友好型阻燃剂，其制备方法包括如下步骤：

1)剥离磷酸锆(ZrP)：将磷酸锆在搅拌条件下超声分散于水中，然后滴加四丁基氢氧化铵溶液(TBA可以减弱磷酸锆层间作用力，剥离磷酸锆，暴露出层间羟基)，滴完后超声搅拌反应，再将浓酸滴加至所得反应体系中进行二次反应(去除上述TBA溶液)，然后进行固液分离，得半透明凝胶沉淀；

2)糠胺包覆磷酸锆：将步骤1)所得产物与糠胺在一定温度下进行机械搅拌，离心洗涤后，干燥，即得所述环境友好型阻燃剂。

上述方案中，所述磷酸锆为α-磷酸锆。

上述方案中，所述浓酸为浓磷酸、浓盐酸、浓硝酸中的一种或多种。

上述方案中，所述磷酸锆与糠胺的摩尔比为1:(1～8)。