本發(fā)明涉及阻燃材料領域，具體涉及一種基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、木材是一種常見資源，應用廣泛，但是，存在易燃的問題，因此，需要提高木材的阻燃性能。木材阻燃的基本原理為，在木材表面涂覆阻燃涂料，將木材與火隔離開來，達到阻燃的目的?；谏鲜鲈?，阻燃涂料的制備方法為，在涂料中直接添加阻燃劑，達到提高阻燃性能的目的。例如，現(xiàn)有文獻1(《epoxy-modified?silicone?resin?based?n/p/sisynergistic?flame-retardant?coating?for?wood?surface》[j].progress?in?organiccoatings?170(2022)106953)通過將二甲基二乙氧基硅氧烷與3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷kh-560縮合形成環(huán)氧改性硅sir涂層，并用含氮磷阻燃劑ptdp固化樹脂，獲得大幅提高木材的阻燃性能的技術效果。但是，該技術方案存在的問題是，ptdp為非生物基阻燃劑，因此，無法在環(huán)境中降解，從而導致在長期使用的過程中導致ptdp在環(huán)境中累積，造成環(huán)境污染。

2、為了解決上述技術問題，可以通過采用具有可降解性質(zhì)的生物質(zhì)基阻燃劑——植酸基阻燃劑進行解決。例如，現(xiàn)有文獻2(《sustainable,high-performance,flame-retardant?waterborne?wood?coatings?via?phytic?acid?based?green?curing?agentfor?melamine-urea-formaldehyde?resin》[j].progress?in?organic?coatings?162(2022)106597)通過控制植酸與尿素的物質(zhì)的量之比制備一種植酸氫銨，將該植酸氫銨作為阻燃固化劑固化三聚氰胺-脲-甲醛樹脂，得到阻燃涂料，將阻燃涂料應用于木材表面后，阻燃木材通過了ul-94v-0等級，且極限氧指數(shù)高達42.4％。但是，技術方案存在的技術問題是，所使用的固化劑含量達到10wt.％以上，而常規(guī)固化劑的使用量僅為1-2wt.％，顯然，該技術方案中的阻燃固化劑的固化功能無法達到常規(guī)固化劑的效果。該問題直接導致阻燃固化劑的原料成本的大幅提高。

3、為了在實現(xiàn)相同阻燃效果的同時，降低阻燃劑的添加量，在本發(fā)明發(fā)明人課題組的前期工作，現(xiàn)有文獻3(鄒勇進，韋安，向翠麗等.一種基于pgl的生物基阻燃涂料及其制備方法和應用:中國，專利號cn118580739?a)以尿素、甲醛為主要原料，硅烷偶聯(lián)劑kh550為助劑，植酸-胍唑-木質(zhì)素復合高分子pgl為生物基阻燃劑，氯化銨為固化劑制備阻燃涂料將其應用于木材表面，進而提升木材的阻燃性能。該技術方案所需固化劑氯化銨的添加量僅為1wt％即可達到固化效果。但是，該技術方案雖然所使用生物質(zhì)基固化劑的添加量較少，但是，仍然需要額外添加常規(guī)固化劑氯化銨。其原因為，單獨使用該生物質(zhì)基固化劑同樣無法獲得與常規(guī)固化劑相同的固化效果，即雖然部分實現(xiàn)了減少固化劑用量的技術效果，但是，同樣無法完全解決前述技術問題。

4、因此，目前現(xiàn)有技術存在的技術問題為，單獨采用生物基阻燃劑作為固化劑，以及添加量較少時，無法達到與常規(guī)固化劑相同的固化效果。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料及其制備方法和應用。針對現(xiàn)有技術存在的問題，利用植酸和胍唑之間的離子反應制備植酸-胍唑pg，作為阻燃固化劑固化改性脲醛樹脂制備生物基阻燃涂料，同時解決固化劑使用量高的問題，其中，kh550為助劑，鄰苯二甲酸二辛酯dop為增塑劑，植酸-胍唑pg為生物基阻燃固化劑。所涉及的技術原理為：

2、1、kh550作為助劑，起到調(diào)節(jié)脲醛樹脂分子結(jié)構(gòu)，提高脲醛樹脂與固化劑和增塑劑的相容性的作用；此外，由于kh550中的硅原子可以與乙氧基中的氧原子形成共價鍵，從而具有提高熱穩(wěn)定性，在燃燒過程中促進成炭，提高炭層質(zhì)量，最終起到隔熱阻燃的作用；

3、2、pg作為阻燃劑，由于具有大量磷酸根離子和銨根離子，因此，在燃燒過程中，植酸根離子中的磷元素可以促進基體脫水形成保護性炭層，銨根離子中的氮元素在燃燒過程中產(chǎn)生不可燃氣體，稀釋空氣中的氧氣，二者協(xié)同提高基體的阻燃性能；

4、3、pg作為固化劑，pg的含量與固化速度呈正相關，因此，為了避免固化速度過快導致阻燃涂層干裂，添加dop提高阻燃涂料的力學性能，避免由于固化速度過快導致的阻燃涂層干裂的問題。

5、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

6、一種基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料，以尿素、甲醛為原料，kh550為助劑，鄰苯二甲酸二辛酯dop為增塑劑，植酸-胍唑pg為生物基阻燃固化劑，所述pg以植酸和胍唑為原料，經(jīng)水溶液條件下進行離子反應制得；

7、分解質(zhì)量為5％時的溫度為160-200℃，達到最大分解速率時的溫度為290-300℃；在800℃時的殘?zhí)苛繛?0-22wt.％。

8、一種基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料的制備方法，包括以下步驟：

9、步驟1，植酸胍唑阻燃固化劑的制備，首先，在一定條件下，將胍唑gz置于去離子水中溶解，得到gz溶液，同時，將植酸pa溶液溶于去離子水中，得到pa溶液，然后，在一定條件，將pa溶液滴加到gz溶液中充分反應，反應完畢后，以一定條件進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)完畢后，將所得晶體進行研磨即可得到植酸胍唑阻燃固化劑pa-gz，簡稱為pg；

10、所述步驟1中，gz和pa的物質(zhì)的量之比為7：1；

11、所述步驟1中，制備gz溶液的條件為，溶解溫度為20-30℃，溶解攪拌轉(zhuǎn)速為500-600rpm，溶解攪拌時間為25-35min；

12、所述步驟1中，滴加的條件為，滴加溫度為20-30℃，滴加攪拌轉(zhuǎn)速為500-600rpm，滴加攪拌時間為40-60min，滴加速率為0.5滴/s；

13、所述步驟1中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)的條件為，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度為70-80℃，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)時間為2.5-3h；

14、步驟2，改性脲醛樹脂乳液的制備，首先，向甲醛溶液中加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液的ph值，然后，在一定條件下，完成初始反應條件的準備，之后，分三個階段添加尿素、硅烷偶聯(lián)劑kh550及其其他原料制備改性脲醛樹脂乳液kuf，簡稱為kuf；

15、所述步驟2中，甲醛溶液、尿素的總質(zhì)量和kh550的質(zhì)量比為100：56.9：2.85；

16、所述步驟2中，調(diào)節(jié)溶液的ph值為8.0-8.5；初始反應條件為，攪拌轉(zhuǎn)速為400-500rpm條件下升溫至90℃；

17、所述步驟2中的三個階段為，

18、階段2.1為，保持溫度為90℃的條件下，先添加尿素，再添加kh550，添加完畢后，以攪拌時間為30min繼續(xù)攪拌；

19、階段2.2為，保持溫度為90℃的條件下，先添加乙酸溶液，調(diào)節(jié)溶液ph值為4.5-5.0，再添加尿素，添加完畢后，以攪拌時間為10min，繼續(xù)攪拌，直至反應達到終點；

20、所述階段2.2反應終點的判斷標志為，取一滴溶液滴入30℃的水中，滴入的溶液在水中凝而不散；

21、階段2.3為，保持溫度為90℃的條件下，先添加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)溶液ph值為7.5-8.0，再添加尿素，添加完畢后，調(diào)節(jié)溫度，在攪拌溫度為70℃，攪拌時間為30min的條件下進行攪拌，即可得到kuf；

22、所述三個階段中，三個階段中尿素添加量滿足質(zhì)量比為37：12.3：7.6；

23、步驟3，基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料的制備，以步驟2所得kuf、鄰苯二甲酸二辛酯dop和步驟1所得pg滿足一定質(zhì)量比，向kuf中添加dop和pg，添加完畢后，在一定條件下進行機械攪拌，使各組分混合均勻，所得溶液滴加氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液ph值為4-5，即可得到基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料，簡稱為kuf-pg。

24、所述步驟3中，kuf、dop和pg的質(zhì)量比為100：1：2.5；

25、所述步驟3中，機械攪拌的條為，攪拌轉(zhuǎn)速為500-600rpm，攪拌時間為30min。

26、基于pg阻燃固化劑的阻燃涂料作為木材阻燃涂料的應用時，作為木材阻燃涂料的應用時，具有阻燃性質(zhì)，極限氧指數(shù)為29-33％，通過ul-94v-0測試，完全燃燒后形成致密的殘?zhí)刻繉印?/p>

27、本發(fā)明所得綠色生物基木材阻燃涂料的技術效果經(jīng)檢驗如下：

28、經(jīng)過dsc測試結(jié)果可知：阻燃涂料的dsc曲線有且僅有一個峰，阻燃涂料的固化行為單一，并且，在較低的溫度即可完成固化。

29、經(jīng)過tg測試結(jié)果可知：采用pg作為固化劑雖然殘?zhí)苛枯^低，但是分解質(zhì)量為5％時的溫度隨pg含量的提高明顯提升，并且，達到最大分解速率時的溫度并未受到較大影響，即具有高熱穩(wěn)定性。

30、為了進一步證明阻燃涂料在殘?zhí)苛枯^低的情況下，仍然具有較好阻燃性能的原因，對涂覆了阻燃涂料的木材完全燃燒后的殘?zhí)刻繉舆M行sem測試，測試結(jié)果可知：采用pg作為固化劑可以提高涂覆阻燃涂料后的木材燃燒后的殘?zhí)刻繉淤|(zhì)量，完全燃燒后形成的殘?zhí)刻繉泳哂羞B續(xù)致密的性質(zhì)，并且，不存在孔洞現(xiàn)象，可形成致密的殘?zhí)刻繉?，進而有效隔絕氧氣與熱量，提高木材阻燃性能。

31、經(jīng)過垂直燃燒測試結(jié)果可知：涂覆阻燃涂料能提高木材的ul-94等級。采用pg作為固化劑涂覆阻燃涂料后的木材的通過了ul-94v-0等級測試；并且，極限氧指數(shù)高達29-33％。阻燃性能優(yōu)異。

32、因此，本發(fā)明的綠色生物基木材阻燃涂料對于現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：

33、1、本發(fā)明所得生物基阻燃涂料可以顯著提高木材的阻燃性能；

34、2、本發(fā)明所用生物質(zhì)原料具有可再生、來源廣泛和環(huán)境友好的優(yōu)點；

35、3、本發(fā)明可以完全避免使用常規(guī)固化劑，并且，添加量少于常規(guī)固化劑，即減少生產(chǎn)成本。