发明领域
本发明涉及一种复合材料,特别涉及一种光触媒型隔火防烟雾 复合材料。
背景技术
现阶段城市的人口密度逐渐增大，居住以及办公等公共场所多为 高层建筑，人员大量聚集，一旦发生公共安全紧急事件人员不易疏散， 极易造成严重的后果。这种情况下公共安全应当备受关注。在高层建 筑中火灾的发生是一大安全隐患，当火灾发生时火焰的蔓延需要一段 时间，人们在逃生过程中被火直接烧死的占很少一部分，大部分是由 于燃烧产生大量浓烟进入人体，导致窒息死亡。
目前，市场上防火防毒头套多为硬质，耐高温的材料组成，当遇 火温较高时容易变形，且市场上的聚乙烯燃烧速度快，放热量大，不 能有效降低废气的排出。而防烟性面罩大多通过活性炭来过滤，但是 较为笨重，还有部分头套采用碳纤维滤片，虽然减轻重量，但是耐火 性较差，且成本较高。因此，为了克服现有技术中的各种缺点，市场 急需一种能同时具备防火性能和防烟性能都高的头套，能在特殊场合 使人们得到有效保护。
本发明针对火灾时烟雾对人体的伤害，制备出一种含有光触媒的 隔火防烟雾复合材料，经过简单的加工后形成简易的头套，可以在火 灾发生时帮助人们在一定时间内自助急救。这种含有光触媒的材料可 以使人避免吸入大量的烟雾和有害气体，在一定范围内防止烧伤和烫 伤，从而赢得逃生时间，减少伤亡。
发明内容
本发明的一个目的在于公开一种光触媒型复合材料及其制备方 法，同时还公开了一种由其复合材料制成的隔火防烟头套。
本发明目的是通过如下技术方案实现：
一种光触媒型隔火防烟复合材料，该材料包括如下原料：
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1重量份
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.05-0.5重量份
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.05-0.5重量份
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.005-0.09重量份
硅树脂微粉改性剂0.001-0.25重量份
其中，该材料所需涂覆两种溶液，一种为光触媒溶液；另一种为 一种混合溶液，其配比关系为：每100体积份溶液中分别加入0.1-10 重量份甘油脂肪酸酯、0.1-15重量份羧甲基纤维素钠、0.01-5重量份 聚乙烯醇。
在上述原料中，所述的光触媒溶液是纳米二氧化钛光触媒溶液、 纳米氧化锌光触媒溶液、纳米氧化锡光触媒溶液、纳米二氧化锆光触 媒溶液、纳米硫化镉光触媒溶液中的一种或几种，优选为纳米二氧化 钛光触媒溶液。所述的光触媒溶液的浓度为1g/L-50g/L，光触媒溶液 在聚乙烯薄膜上的喷涂量为1-50g/m2。
其中，低密度聚乙烯原料的熔融指数为2-6g/10min。氢氧化铝 (Al(OH)3)颗粒粒径为5nm-8μm，氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒粒径 为5nm-8μm，纳米CaCO3粒径为5-900nm。所述甘油脂肪酸酯为六 聚甘油硬脂酸六酯、三聚甘油单硬脂酸酯、二聚甘油硬脂酸一倍半酯、 三聚甘油油酸三酯、十聚甘油单月桂酸酯、六聚甘油单油酸酯、三聚 甘油单油酸酯中的一种或几种，所述甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙 烯薄膜上的喷涂量为1-50ml/m2。
在上述原料中，还可以加入淀粉。其中，所述淀粉为土豆淀粉、 马铃薯淀粉、木薯粉、玉米淀粉、葛粉中的一种或几种，添加量为 0.01-0.25重量份。
一种光触媒型隔烟防火复合材料的制备方法，其特征在于，该方 法包括如下步骤：
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1重量份
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.05-0.5重量份
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.05-0.5重量份
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.005-0.09重量份
硅树脂微粉改性剂0.001-0.25重量份
将低密度聚乙烯(LDPE)树脂、氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、氢 氧化镁(Mg(OH)2)颗粒、纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒和硅树脂微粉 改性剂加入高速混合机中进行混合，将混合树脂通过吹塑法得到聚乙 烯薄膜。配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100体积份溶液中分别加入0.1-10重量份甘油脂肪酸酯、0.1-15重量 份羧甲基纤维素钠、0.01-5重量份聚乙烯醇，形成的混合溶液均匀涂 覆到聚乙烯薄膜表面上，然后再将光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上即 得。
在上述制备方法中，所述的光触媒溶液是纳米二氧化钛光触媒溶 液、纳米氧化锌光触媒溶液、纳米氧化锡光触媒溶液、纳米二氧化锆 光触媒溶液、纳米硫化镉光触媒溶液中的一种或几种。优选为纳米二 氧化钛光触媒溶液。所述的光触媒溶液的浓度为1g/L-50g/L，光触媒 溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为1-50g/m2。
其中，低密度聚乙烯原料的熔融指数为2-6g/10min。氢氧化铝 (Al(OH)3)颗粒粒径为5nm-8μm，氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒粒径 为5nm-8μm，纳米CaCO3粒径为5-900nm。所述甘油脂肪酸酯为六 聚甘油硬脂酸六酯、三聚甘油单硬脂酸酯、二聚甘油硬脂酸一倍半酯、 三聚甘油油酸三酯、十聚甘油单月桂酸酯、六聚甘油单油酸酯、三聚 甘油单油酸酯中的一种或几种，所述甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙 烯薄膜上的喷涂量为1-50ml/m2。
在上述原制备方法中，还可以加入淀粉。其中，所述淀粉为土豆 淀粉、马铃薯淀粉、木薯粉、玉米淀粉、葛粉中的一种或几种，添加 量为0.01-0.25重量份。
在本发明的一个具体实施方案中，所述制备方法包括如下步骤：
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1重量份
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.05-0.5重量份
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.05-0.5重量份
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.005-0.09重量份
淀粉0.01-0.25重量份
硅树脂微粉改性剂0.001-0.25重量份
A：将熔融指数为2-6g/10min的低密度聚乙烯(LDPE)树脂、粒 径为5nm-8μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为5nm-8μm氢氧 化镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为5-900nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒、 淀粉和硅树脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100体积分溶液中分别加入0.1-10重量份甘油脂肪酸酯、0.1-15重量 份羧甲基纤维素钠、0.01-5重量份聚乙烯醇，形成的混合溶液涂覆到 聚乙烯薄膜表面上，其中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上 的喷涂量为1-50ml/m2；
D：将浓度为1g/L-50g/L光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上即得， 其中，光触媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为1-50g/m2。
一种隔烟防火头套，其材料包括如下原料：
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1重量份
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.05-0.5重量份
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.05-0.5重量份
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.005-0.09重量份
硅树脂微粉改性剂0.001-0.25重量份
其中，该材料所需涂覆两种溶液，一种为光触媒溶液；另一种为 一种混合溶液，其配比关系为：每100体积份溶液中分别加入0.1-10 重量份甘油脂肪酸酯、0.1-15重量份羧甲基纤维素钠、0.01-5重量份 聚乙烯醇。
在上述原料中，所述的光触媒溶液是纳米二氧化钛光触媒溶液、 纳米氧化锌光触媒溶液、纳米氧化锡光触媒溶液、纳米二氧化锆光触 媒溶液、纳米硫化镉光触媒溶液中的一种或几种。优选为纳米二氧化 钛光触媒溶液。所述的光触媒溶液的浓度为1g/L-50g/L，光触媒溶液 在聚乙烯薄膜上的喷涂量为1-50g/m2。
其中，低密度聚乙烯原料的熔融指数为2-6g/10min。氢氧化铝 (Al(OH)3)颗粒粒径为5nm-8μm，氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒粒径 为5nm-8μm，纳米CaCO3粒径为5-900nm。所述甘油脂肪酸酯为六 聚甘油硬脂酸六酯、三聚甘油单硬脂酸酯、二聚甘油硬脂酸一倍半酯、 三聚甘油油酸三酯、十聚甘油单月桂酸酯、六聚甘油单油酸酯、三聚 甘油单油酸酯中的一种或几种，所述甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙 烯薄膜上的喷涂量为1-50ml/m2。
在上述原料中，还可以加入淀粉。其中，所述淀粉为土豆淀粉、 马铃薯淀粉、木薯粉、玉米淀粉、葛粉中的一种或几种，添加量为 0.01-0.25重量份。
一种光触媒型隔烟防火头套的制备方法，该方法包括如下步骤：
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1重量份
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.05-0.5重量份
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.05-0.5重量份
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.005-0.09重量份
硅树脂微粉改性剂0.001-0.25重量份
将低密度聚乙烯(LDPE)树脂、氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、氢 氧化镁(Mg(OH)2)颗粒、纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒和硅树脂微粉 改性剂加入高速混合机中进行混合，将混合树脂通过吹塑法得到聚乙 烯薄膜，配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100体积份溶液中分别加入0.1-10重量份甘油脂肪酸酯、0.1-15重量 份羧甲基纤维素钠、0.01-5重量份聚乙烯醇，形成的混合溶液均匀涂 覆到聚乙烯薄膜上，然后再将光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上，喷涂 一侧作为头套的内表面即得。
在上述制备方法中，所述的光触媒溶液是纳米二氧化钛光触媒溶 液、纳米氧化锌光触媒溶液、纳米氧化锡光触媒溶液、纳米二氧化锆 光触媒溶液、纳米硫化镉光触媒溶液中的一种或几种。优选为纳米二 氧化钛光触媒溶液。所述的光触媒溶液的浓度为1g/L-50g/L，光触媒 溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为1-50g/m2。
其中，低密度聚乙烯原料的熔融指数为2-6g/10min。氢氧化铝 (Al(OH)3)颗粒粒径为5nm-8μm，氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒粒径 为5nm-8μm，纳米CaCO3粒径为5-900nm。
其中，所述甘油脂肪酸酯为六聚甘油硬脂酸六酯、三聚甘油单硬 脂酸酯、二聚甘油硬脂酸一倍半酯、三聚甘油油酸三酯、十聚甘油单 月桂酸酯、六聚甘油单油酸酯、三聚甘油单油酸酯中的一种或几种， 所述甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 1-50ml/m2。
在上述制备方法中，还可以加入淀粉。其中，所述淀粉为土豆淀 粉、马铃薯淀粉、木薯粉、玉米淀粉、葛粉中的一种或几种，添加量 为0.01-0.25重量份。
本发明所述的重量份/体积份分别指g/ml。
本材料中添加了氢氧化铝和氢氧化镁作为阻燃剂，兼具填充、阻 燃、抑烟等多重功能，而且燃烧后的产物无毒无害，如遇明火，本材 料比普通的聚乙烯燃烧速度慢，放热量少，并且能有效的降低有害气 体的放出。在体系中还加入了DowCorning公司开发的D-CRM系列 硅树脂微粉改性剂，这种改性剂在用于含大量非卤素类阻燃剂塑料体 系中时，可有效减少热量及烟的释放，抑制烟的产生，增强冲击强度、 改善体系的加工性能，并降低阻燃剂用量。纳米CaCO3有较好的红 外线阻透能力，可以在一定程度上防止由于红外线强烈的热效应对人 体的伤害。综上将本材料加工成头套在发生火灾时可以减少烟雾进入 人体的呼吸系统，降低面部周围的温度，从而达到自助急救的目的。 同时，内表面涂有光触媒，使表面具有良好的亲水性，即使有水汽的 存在也可以使薄膜保持良好的透光性，而且可以有效的去除有害气体 和微生物。由于硅树脂微粉改性剂加入到体系中本材料还具有一定的 冲击强度，作为头罩在一定范围内可以作为支撑保护头部。
由于本产品大量使用于公共场所，人员聚集处备用量会更大，为 了保护环境并且使废弃或失效的产品方便回收我们在本材料中加入 一定量的淀粉有利于生物降解。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的 实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
原料及试剂：
产品 生产商 低密度聚乙烯(LDPE)树脂 北京燕山石化有限责任公司； 氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒 万达阻燃材料科技有限公司 氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒 万达阻燃材料科技有限公司 纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒 石家庄盖尔克斯科技有限公司 淀粉 市售产品 硅树脂微粉改性剂 Dow Corning公司 甘油脂肪酸酯 化学纯，上海露露食品配料有限公司； 羧甲基纤维素钠 化学纯，国药集团化学试剂有限公司； 聚乙烯醇 化学纯，国药集团化学试剂有限公司； 纳米光触媒 上海伟复科技环保有限公司
实施例1：一种光触媒型防火防烟复合材料
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1g
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.05g
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.5g
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.005g
硅树脂微粉改性剂0.25g
A：将粒径为5nm、熔融指数为6g/10min的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂、粒径为8μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为5nm氢氧化 镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为900nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒和硅 树脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100ml溶液中分别加入0.1g六聚甘油硬脂酸六酯、15g羧甲基纤维素 钠、0.01g聚乙烯醇三溶液混合，形成的混合溶液涂覆到聚乙烯薄膜 上，其中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 50ml/m2；
D：将浓度为1g/L纳米二氧化钛光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上 即得，其中，纳米二氧化钛光触媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 50g/m2。
实施例2：一种光触媒型防火防烟复合材料
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1g
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.5g
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.05g
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.09g
硅树脂微粉改性剂0.001g
A：将粒径为8μm、熔融指数为2g/10min的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂、粒径为5μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为8μm氢氧化 镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为5nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒和硅树 脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100ml溶液中分别加入0.1g三聚甘油单硬脂酸酯、15g羧甲基纤维素 钠、0.01g聚乙烯醇三溶液混合，形成的混合溶液涂覆到聚乙烯薄膜 上，其中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 1ml/m2。
D：将浓度为50g/L纳米氧化锌光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上 即得，其中，纳米氧化锌光触媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 1g/m2。
实施例3：一种光触媒型防火防烟复合材料
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1g
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.25g
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.25g
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.05g
硅树脂微粉改性剂0.125g
A：将粒径为6μm、熔融指数为4g/10min的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂、粒径为7μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为7μm氢氧化 镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为400nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒和硅 树脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100ml溶液中分别加入5g二聚甘油硬脂酸一倍半酯、8g羧甲基纤维 素钠、3g聚乙烯醇三溶液混合，形成的混合溶液涂覆到聚乙烯薄膜 上，其中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 25ml/m2。
D：将浓度为25g/L纳米氧化锡光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上 即得，其中，纳米氧化锡光触媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 25g/m2。
实施例4：一种光触媒型防火防烟复合材料
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1g
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.25g
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.25g
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.05g
硅树脂微粉改性剂0.125g
淀粉0.15g
A：将粒径为6μm、熔融指数为4g/10min的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂、粒径为7μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为7μm氢氧化 镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为5-900nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒、 淀粉和硅树脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100ml溶液中分别加入5g三聚甘油油酸三酯、8g羧甲基纤维素钠、 3g聚乙烯醇三溶液混合，形成的混合溶液涂覆到聚乙烯薄膜上，其 中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为25ml/m2。
D：将浓度为25g/L纳米二氧化锆光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜 上即得，其中，纳米二氧化锆光触媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 25g/m2。
实施例5：一种光触媒型的防火防烟复合头套
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1g
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.25g
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.25g
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.05g
硅树脂微粉改性剂0.125g
A：将粒径为6μm、熔融指数为4g/10min的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂、粒径为7μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为7μm氢氧化 镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为400nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒和硅 树脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100ml溶液中分别加入5g二聚甘油硬脂酸一倍半酯、8g羧甲基纤维 素钠、3g聚乙烯醇三溶液混合，形成的混合溶液涂覆到聚乙烯薄膜 上，其中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为25ml/ m2。
D：将浓度为25g/L纳米硫化镉光触媒溶液涂覆在聚乙烯薄膜上 即得，其中，纳米硫化镉光触媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为 25g/m2。
按常规方法制成头套，喷涂一侧作为头套的内表面即得。
实施例6：一种光触媒型的防火防烟复合头套
低密度聚乙烯(LDPE)树脂1g
氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒0.25g
氢氧化镁(Mg(OH)2)颗粒0.25g
纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒0.05g
硅树脂微粉改性剂0.125g
淀粉0.15g
A：将粒径为6μm、熔融指数为4g/10min的低密度聚乙烯(LDPE) 树脂、粒径为7μm的氢氧化铝(Al(OH)3)颗粒、粒径为7μm氢氧化 镁(Mg(OH)2)颗粒、粒径为5-900nm纳米碳酸钙(CaCO3)颗粒、 淀粉和硅树脂微粉改性剂加入高速混合机中进行混合；
B：将混合树脂经过挤出机通过吹塑法得到聚乙烯薄膜；
C:配制在聚乙烯薄膜表面涂覆的混合溶液，配制比例为，在每 100ml溶液中分别加入5g三聚甘油油酸三酯、8g羧甲基纤维素钠、 3g聚乙烯醇三溶液混合，形成的混合溶液涂覆到聚乙烯薄膜上，其 中，甘油脂肪酸酯的混合溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为25ml/m2。
D：将浓度为25g/L光触媒溶液(由纳米二氧化钛光触媒溶液和 纳米氧化锌光触媒溶液组成)涂覆在聚乙烯薄膜上即得，其中，光触 媒溶液在聚乙烯薄膜上的喷涂量为25g/m2。
按常规方法制成头套，喷涂一侧作为头套的内表面即得。