本發明屬于化工建材和消防安全技術領域，具體涉及一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復合涂料及其制備方法。
背景技術：
當前室內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、輕質和拆裝方便，但易燃性已對人居環境造成重大安全隱患，涂覆阻燃涂料可提高木材的被動阻燃性能，當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氧樹脂涂料等，其中水性聚氨酯涂料因其優良性能已被廣泛應用，尤其是采用丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液制備價廉、安全、無毒、環保的新型涂料，因此水性阻燃涂料的制備和研究主要聚焦于有機成膜材料與木材表面的粘結性能，以及無機納米粒子在有機成膜材料中的生長機理和阻燃效應。但對無機硅溶膠系涂料的研究較少，缺乏以無機硅質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。
技術實現要素：
針對現有技術存在的不足，本發明提出一種新型的固-固相變改性硅灰基阻燃木材復合涂料及其制備方法。
為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：
一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復合涂料，以質量百分數計，包括以下原料：
原料的質量百分數之和為100％；
激發劑采用硅酸鈉和氫氧化鉀的混合物。
所述激發劑包括質量百分數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。
所述復合涂的制備方法包括如下步驟：將配方量的激發劑溶入定量水中進行第一次攪拌后加入配方量的硅灰再次進行第二次攪拌，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、桐油后進行第三次攪拌，靜置即得到復合涂料。
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間持續15min～20min。
配方量的活性炭、硫氰化銨、聚丙烯酰胺、桐油加入總時間持續5min～8min。
第三次攪拌條件為1000r/min～1500r/min攪拌10min～15min。
與現有技術相比，本發明具有以下技術效果：
(1)本發明的創新性在于開辟了以硅灰、活性炭，硫氰化銨，聚丙烯酰胺，桐油制備硅酸鹽系涂料，研發阻燃木材涂料的新途徑。
(2)本發明制備的復合涂料熱穩定性高，將其涂覆在膠合板表面，燃燒時，在膠合板溫度達到90℃左右時，硫氰化銨可發生多次相變，140℃左右可轉變為硫脲，＜200℃較低溫下時充分發揮其阻燃性能，尤其對于較低著火點的材料，能有效阻燃，是一種優異的低溫阻燃涂料。
(3)本發明所使用的原材料成本低廉、環保，能夠規模利用工業固廢硅灰制備阻燃木材涂料，同時也為工業固廢硅灰提供利用途徑。
(4)本發明的制備方法采用較低的加熱溫度，制備過程在室內常溫常壓條件下進行即可，制備條件柔和。
為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
具體實施方式
硅灰源于冶金工業固廢，屬富含活性硅的粉體，發明人研究發現，硅灰經激發劑的化學改性可形成具有-si-o-si-結構的硅溶膠，摻入助劑或經養護處理，可形成對木板粘附性較強的硅質膜層，理論上可產生阻燃效應，但實際其阻燃效果不佳。經發明人研究還發現，激發劑硅酸鈉和氫氧化鉀的加入對硅灰具有協同反應的效果，加之作為分散劑和協效阻燃改性劑的聚丙烯酰胺，其有助于硅灰發展成結構更加致密的無定型硅質層，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，發明人長期探索，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、相變焓較高、過冷度較小的固固相變材料，在140℃可轉變為硫脲，硫脲在180℃以后的熱分解對固-固相變蓄熱影響較小，硫氰化銨在較低溫度(<200℃)具有優異的相變性能，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報道。由于nh4scn可溶于堿性溶液，且在較低溫度可發生多次相變并轉變為硫脲，硫脲在進一步受熱過程中形成阻燃性的nh3和可與o2反應的h2s；另外，在na2sio3和koh改性硅灰制備硅溶膠所形成的堿性環境中，scn-可與富含na+、k+的硅灰基無定形物質≡si-o-si≡發生相互作用，促使無定形≡si-o-si≡鏈進一步發生纏繞、交聯、互穿等結構變化過程，即提高了硅質層的密實化程度。理論上nh4scn可強化水性硅灰基復合涂料在較低溫度(<200℃)的阻燃性能。
因此，本發明利用可提供無機鋁硅酸鹽成分的硅灰為原料，在化學改性劑硅酸鈉和氫氧化鉀的作用下，生成無機硅灰基溶膠，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化其在受熱時形成硅質層的密實度、膨脹性及耐水性，提高其被動防火有效性；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。
本發明所述硅灰可在市面直接購買得到，其主要化學質量百分數組成為：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％。
本發明活性炭為核桃殼活性炭，平均粒度50.82μm。
本發明聚丙烯酰胺為陰離子型白色顆粒。
本發明桐油為呈淺黃色的透明液體。
實施例1：
本實施例提供一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復合涂料，包括以下原料：
微細硅灰粉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，靜置即為復合涂料成品。
將復合涂料涂覆在膠合板表面，然后測試其熱釋放性能，燃燒時，隨著膠合板表面溫度的上升，硫氰化銨可發生多次相變，140℃可轉變為硫脲，進而分解出阻燃性氣體nh3，在較低溫下時充分發揮其阻燃性能。
結果見表1。
實施例2：
本實施例提供一種固-固相變改性硅灰基阻燃木材復合涂料，包括以下原料：
微細硅灰粉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％
制備步驟同實施例1，檢測結果見表1。
對比例1：
本對比例提供一種硅灰基阻燃木材復合涂料，原料組成同實施例1，不同的在于，其中不包括硫氰化銨。
制備步驟同實施例1，檢測結果見表1。
對比例2：
本對比例提供一種硅灰基阻燃木材復合涂料，包括以下原料：
微細硅灰粉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％
制備步驟同實施例1，檢測結果見表1。
從表1中可見采用“固固相變”改性硅灰基阻燃涂料，因硫氰化銨在較低溫度(<200℃)具有優異的相變性能，適量的硫氰化銨可同時降低樣品的總釋熱量和提高其引燃時間(實施例)，但是若摻入過量的硫氰化銨因導致涂料粘度過高而難于在木材表面形成完整、均勻、連續的硅質膜層，致使其引燃時間大幅縮短(對比例2)。
表1實施例與對比例的熱釋放性能