一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料及其制备方法技术领域
本发明涉及一种防火涂料的制备，尤其是一种石墨烯类膨胀型低烟防火涂料的制
备。
背景技术
众所周知，木材与钢结构的应用已遍及各个行业，而火灾的发生大部分与木结构、
钢结构本身的破坏密切相关，若在外表面附加一层保护膜，那么火灾就不易发生，为此，防
火涂料的存在是相当有效且有意义的。
膨胀型防火涂料是由基体，阻燃体系、添加剂(颜料、填料)以及各种助剂组成，在
高温火焰的作用下，涂料层熔融，发泡，膨胀，形成蜂窝状的包状炭化层结构，并放出难燃气
体，冲淡氧气的浓度，起到隔火隔热的作用。例如在经典的APP-PER-MEL膨胀阻燃体系中，首
先防火阻燃体系中的脱水催化剂聚磷酸铵分解放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机
酸聚偏磷酸，与多元醇成炭剂季戊四醇、成膜物质等含羟基化合物进行酯化反应，然后发泡
剂三聚氰胺热分解，释放出非燃性气体NH3，同时成膜物质中部分成分分解产生NH3、Hcl和水
蒸气等使已处于熔融状态的体系持续地膨胀发泡，形成泡沫层，与此同时多元醇和酯脱水
炭化，形成无机物及炭化残余物，且体系进一步发生膨胀发泡。反应接近完成时，体系胶化
和固化，脱水成炭，生成的不饱和主链，再进行环化架桥反应，最后生成致密坚硬的黑色蜂
窝状炭化层。但是在传统的膨胀型防火涂料中由于含有大量的有机溶剂，如酚醛树脂、过氯
乙烯、氯化橡胶、丙烯酸、改性氨基树脂、有机硅树脂等等，使用过程中不仅会对环境造成严
重污染，而且阻燃过程中可产生较多有毒有害气体，威胁人身安全，因而研制污染程度低、
释放烟雾少、使用方便、成本低廉的防火涂料成为业内的迫切需求。
石墨烯是一种具有独特性能的碳的同素异形体，具有极高的导热性、导电性和机
械强度，在生物医疗、纳米材料、半导体器件、工业催化等多个领域中具有广泛引用，石墨烯
材料在防火涂料中也展现出了优越的性质，主要体现在：(1)石墨烯的二维片层结构能在涂
料中层层叠加，可形成致密的物理隔绝层，提高阻燃性能；(2)石墨烯可以与涂料中树脂进
行交联复合，进一步形成一层致密的保护膜，起到阻隔空气的作用，从而发挥阻燃的效果；
(3)在高温下石墨烯涂层燃烧产生二氧化碳和水。目前石墨烯材料在防火材料中的应用已
见报道，但是通常情况下，石墨烯材料的含量较高，一般为5-10％，而本申请发明人惊奇的
发现，石墨烯含量较低时能够达到预料不到的良好的防火阻燃效果，不仅改善了防火材料
的性能，也降低了石墨烯材料的使用量。
本发明采用水性成膜物作为基体，钛白粉作为高温填料，在燃烧的过程当中，析出
附着在炭层表面，起到隔火隔热的作用，在此是一种非常受欢迎的一种高温填料，而石墨烯
类化学物质具有阻燃抑烟的作用，在国家越来越重视环境安全与人身安全的情况下，减少
烟雾的产生，已势在必行，毕竟在火灾中死亡的人，85％以上都是因为毒烟而窒息死亡。
发明内容
本发明的目的在于提高现有防火涂料的耐燃抑烟性能，提供一种优于传统防火涂
料的石墨烯类膨胀型防火涂料。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
该防火涂料的组分及含量：
水性成膜基体(100份)，膨胀型阻燃剂(200份-250份)，钛白粉(20份-30份)，石墨
烯类物质(0.001份-1份)，助剂(1份-2份)，水(200份-250份)。
本发明水性成膜基体为丙烯酸乳液，水性聚氨酯，环氧树脂其中的一种或几种。
本发明所述的膨胀型阻燃剂为三聚氰酸螺环磷酸酯、螺环磷酸酯酰胺其中的一
种。
本发明所述的钛白粉为金红石型钛白粉，锐钛型钛白粉的其中一种。
本发明所述的助剂包含成膜助剂，分散剂，增稠剂，流平剂，消泡剂。
本发明所述的石墨烯类物质为石墨烯，氧化石墨烯或它们的复配物。
本发明所述的石墨烯类物质含量优选为0.01-0.1份。
该发明包括以下步骤：
(1)按照以下组分配比备料：水性成膜基体(100份)，膨胀型阻燃剂(200份-250
份)，钛白粉(20份-30份)，石墨烯类物质(0.001份-1份)，助剂(1份-2份)，水(200份-250
份)。
(2)将水，防火助剂，填料混合均匀，放入转速为1400r/min的研磨机中研磨30min，
然后将水性成膜基体以及助剂加入，在搅拌仪中低速搅拌30min，过筛出料，制得石墨烯类
膨胀型低烟防火涂料。
本发明的优点：
本发明所用到的水性成膜基体，为水性环保基料，对环境无污染。
本发明所用的高温填料钛白粉，会在燃烧过程当中析出，附着在炭层表面，提高炭
化层强度，隔绝了热量的传导，延长了耐燃时间。
本发明所用的石墨烯类物质具有阻燃抑烟的效果，且用量极少，降低成本，添加入
防火涂料后，烟释放量明显降低。
具体实施方式
实例一：
各组分含量：
硅丙乳液(100份)，三聚氰酸螺环磷酸酯(200份)，金红石型钛白粉(20份)，石墨烯
(0.03份)，助剂(1份)，水(200份)。
制备方法：
将水，防火助剂，填料混合均匀，放入转速为1400r/min的研磨机中研磨30min，然
后将硅丙乳液以及助剂加入，在搅拌仪中低速搅拌30min，过筛出料，制得石墨烯类膨胀型
低烟防火涂料。
实例二：
水性聚氨酯(100份)，季戊四醇双磷酸酯蜜铵盐(200份)，锐钛型钛白粉(25份)，氧
化石墨烯(0.1份)，助剂(1份)，水(230份)。
制备方法：
将水，防火助剂，填料混合均匀，放入转速为1400r/min的研磨机中研磨30min，然
后将水性聚氨酯以及助剂加入，在搅拌仪中低速搅拌30min，过筛出料，制得石墨烯类膨胀
型低烟防火涂料。
实例三：
环氧树脂(100份)，螺环磷酸酯酰胺(230份)，金红石型钛白粉(30份)，石墨烯与氧
化石墨烯复配物(0.05份)，助剂(1份)，水(250份)。
制备方法：
将水，防火助剂，填料混合均匀，放入转速为1400r/min的研磨机中研磨30min，然
后将环氧树脂以及助剂加入，在搅拌仪中低速搅拌30min，过筛出料，制得石墨烯类膨胀型
低烟防火涂料。
实例四：
为了检验上述防火材料的性能，选取了常用的美国ASTM E84和日本JIS A1321防
火涂料作为对照，按照相关国家标准中的检测方法，验证其性能效果，具体数据见表一、表
二。
表一涂料防火指标检测
表二涂料性能指标检测
实例一
实例二
实例三
ASTM E84
JIS A1321
国家标准
|
附着力
35±0.8
43±0.8
28±0.8
71±1.5
63±1.7
GB/T9286-1998
硬度
H
H
H
HB
HB
GB/T1723-1993
粘度/cps
26±0.5
27±0.3
26±0.7
27±0.6
25±0.4
GB/T1723-1993
耐冲击/kg·cm
76±1.8
70±1.2
73±1.0
35±1.2
41±1.1
GB/T9264-2012
耐盐雾性/h
285±16
262±18
277±11
197±19
212±13
GB/T5454-1997
上述结果可以看出，与现有防火涂料相比，本申请中所述的防火涂料可显著提高
涂料的阻燃性、耐腐蚀性能。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替
换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定
的保护范围为准。