本發(fā)明涉及防火涂層，具體涉及一種換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，變電站(換流站)大型充油設(shè)備先后發(fā)生爆炸起火，這些火災(zāi)安全事故不僅造成了重大經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響，更重要的是對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成了不可忽視的擾動(dòng)。典型的1000kv特高壓交流變壓器單相器身內(nèi)部含有變壓器油超過(guò)150t，±800kv特高壓換流變壓器單相器身內(nèi)部含有變壓器油超過(guò)120t。由于變壓器油量多、運(yùn)行溫度高、熱量大，一旦發(fā)生火災(zāi)，可持續(xù)燃燒10～20h，在極端情況下甚至?xí)l(fā)生爆炸。大型含油設(shè)備發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，消防管網(wǎng)在面對(duì)大型含油設(shè)備發(fā)生火災(zāi)數(shù)十秒內(nèi)即可達(dá)典型溫度1200℃左右時(shí)，在滅火系統(tǒng)啟動(dòng)前，由于管網(wǎng)抗干燒能力不足，防護(hù)區(qū)內(nèi)消防主管道直接開(kāi)裂，部分支管及管路被火焰燃燒損毀，管網(wǎng)整體失壓進(jìn)而導(dǎo)致滅火失敗的情況。因此，亟需開(kāi)展針對(duì)特高壓換流站、變電站大型含油設(shè)備的消防系統(tǒng)管網(wǎng)防火隔熱研究。

2、在消防管網(wǎng)表面涂覆防火涂料，可以提高消防管網(wǎng)在大型含油設(shè)備火災(zāi)中的耐高溫性能。防火涂層按照防火機(jī)理一般可以分為膨脹型防火涂層和非膨脹型防火涂層。膨脹型防火涂料在高溫受熱條件下，涂層吸熱膨脹形成泡沫隔熱層，從而阻止熱量的進(jìn)入進(jìn)而提供保護(hù)。然而，目前的膨脹型防火涂料一般只能耐受800℃的火焰，換流變壓器一旦發(fā)生火災(zāi)溫度往往達(dá)到1200℃，時(shí)間可能持續(xù)超過(guò)2h，持續(xù)的高溫會(huì)損壞換流站內(nèi)的消防系統(tǒng)，使其失去功效，無(wú)法及時(shí)的啟動(dòng)并發(fā)揮功效撲滅火災(zāi)。

3、膨脹型防火涂料一般由成膜物質(zhì)、膨脹阻燃體系、顏填料、溶劑、助劑等組成。成膜物質(zhì)是膨脹型防火涂層最重要的組成部分，它決定了涂料整體性能的優(yōu)劣。常見(jiàn)的有氨基樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、硝基樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等。常見(jiàn)成膜物質(zhì)一般為通用樹(shù)脂，有著價(jià)廉易得、粘附性好等優(yōu)點(diǎn)，但是這些成膜物質(zhì)往往成炭率低，燃燒后僅有少量殘?zhí)渴Ｓ?。單用成膜物質(zhì)不能實(shí)現(xiàn)防火隔熱的作用，而是依靠膨脹阻燃體系來(lái)形成膨脹碳層，發(fā)揮防火隔熱作用的。含磷聚合物可以在凝聚相分解形成磷酸和聚磷酸類化合物，促進(jìn)聚合物基體脫水炭化，從而增加成炭。因而，含磷聚合物往往有著較高的成炭率。但是大多數(shù)含磷聚合物盡管殘?zhí)枯^多，卻不能形成膨脹碳層。

4、現(xiàn)有技術(shù)(含氧化膦超支化阻燃劑的合成及其典型聚合物阻燃性能與機(jī)理的研究，馬超，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué))中公開(kāi)了一種含氧化膦超支化聚氨酯的制備方法，其首先在氮?dú)鈿夥障聦hpo和dbtdl溶在無(wú)水dmf中，然后分批加入mdi，mdi加料完成后，溶液繼續(xù)攪拌24個(gè)小時(shí)。然后撤去氮?dú)猓瑢⑷芤壕徛渭拥郊状贾谐恋?，沉淀?jīng)過(guò)濾、甲醇洗滌、真空干燥后得到淺黃色固體產(chǎn)物，即含氧化膦超支化聚氨酯，其能作為成碳劑和app共同阻燃pp，能增加成碳，增加的碳層起到更好的阻隔和保護(hù)作用。但是上述公開(kāi)的含氧化膦超支化聚氨酯為具有超支化結(jié)構(gòu)的固體產(chǎn)物，僅用作pp的阻燃添加劑應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于如何改善換流站或變電站消防管網(wǎng)用涂層的高溫防護(hù)性能。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問(wèn)題：

3、一種換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，包括以下步驟：將三羥甲基氧化膦加熱融化，加入催化劑和氨基硅氧烷，攪拌均勻，然后加入異氰酸酯，攪拌均勻后加入膨脹阻燃體系，攪拌均勻后再加入催化劑，攪拌后將物料涂覆在基材上，固化后得到所述換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層。

4、優(yōu)選地，所述催化劑為三乙烯二胺、二月桂酸二丁基錫中的一種或兩種的混合物。

5、優(yōu)選地，所述氨基硅氧烷為氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一種或兩種的混合物。

6、優(yōu)選地，所述異氰酸酯為多亞甲基多苯基多異氰酸酯。

7、優(yōu)選地，所述膨脹阻燃體系包括酸源、碳源、氣源；所述酸源選自聚磷酸銨、聚磷酸三聚氰胺中的一種或兩種的混合物。

8、優(yōu)選地，所述碳源選自季戊四醇、雙季戊四醇中的一種或兩種的混合物。

9、優(yōu)選地，所述氣源選自三聚氰胺、雙氰胺中的一種或兩種的混合物。

10、優(yōu)選地，所述酸源占膨脹阻燃體系總質(zhì)量的20％-80％，所述碳源占膨脹阻燃體系總質(zhì)量的5％-50％，所述氣源占膨脹阻燃體系總質(zhì)量的5％-50％。

11、優(yōu)選地，所述膨脹阻燃體系還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤25％的填料。

12、優(yōu)選地，所述填料選自可膨脹石墨、金屬氧化物中的一種或兩種的混合物。

13、優(yōu)選地，所述膨脹阻燃體系包括聚磷酸銨、雙季戊四醇、三聚氰胺、可膨脹石墨、納米二氧化鈦的混合物。

14、優(yōu)選地，所述異氰酸酯所含異氰酸酯基團(tuán)與三羥甲基氧化膦的羥基摩爾比為0.5:1-1.5:1。

15、優(yōu)選地，所述氨基硅氧烷占三羥甲基氧化膦和異氰酸酯總質(zhì)量的0.5％-5％。

16、優(yōu)選地，所述催化劑總的添加質(zhì)量為三羥甲基氧化膦和異氰酸酯總質(zhì)量的0.01％-1％；前后兩次催化劑添加質(zhì)量的比例為10:1-0.1:1。

17、優(yōu)選地，所述膨脹阻燃體系的添加量為涂層各原料總質(zhì)量的10％-60％。

18、優(yōu)選地，所述固化的溫度為室溫，固化后涂層的厚度為0.1-10mm。

19、優(yōu)選地，將三羥甲基氧化膦在80℃的烘箱中加熱融化。

20、本發(fā)明還提出一種換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層，采用所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法制備而成。

21、本發(fā)明還提出一種所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層在換流站或變電站消防管網(wǎng)中的應(yīng)用。

22、本發(fā)明的涂層形成過(guò)程中，三羥甲基氧化膦的羥基、氨基硅氧烷的氨基和異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)，形成含磷聚脲-聚氨酯結(jié)構(gòu)(以聚氨酯為主)，然后硅氧烷基團(tuán)在空氣中水解縮合形成硅氧硅結(jié)構(gòu)。涂層的反應(yīng)過(guò)程以氨丙基三乙氧基硅烷和多亞甲基多苯基多異氰酸酯(pm-200)示例，如下所示：

23、

24、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

25、(1)本發(fā)明中涂層的成膜物質(zhì)是以三羥甲基氧化膦、氨基硅氧烷和異氰酸酯為原料，在無(wú)溶劑存在的條件下形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)成膜物質(zhì)本身即可在受熱時(shí)形成膨脹碳層。本發(fā)明的涂層在高溫火焰下(1200℃)具有優(yōu)異的防護(hù)性能，可用于變電站或換流站消防管網(wǎng)。

26、(2)本發(fā)明的涂層在鋼鐵基材上粘附性能好，火焰燃燒后涂層不開(kāi)裂、不脫落。

27、(3)本發(fā)明通過(guò)分兩步加入催化劑的方法，使得物料粘度易于控制，涂層容易涂覆，能實(shí)現(xiàn)涂層的一次施工成型。

28、(4)本發(fā)明涂層的制備方法簡(jiǎn)單、原料價(jià)廉易得，涂層制備無(wú)需溶劑。

技術(shù)特征：

1.一種換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將三羥甲基氧化膦加熱融化，加入催化劑和氨基硅氧烷，攪拌均勻，然后加入異氰酸酯，攪拌均勻后加入膨脹阻燃體系，攪拌均勻后再加入催化劑，攪拌后將物料涂覆在基材上，固化后得到所述換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述催化劑為三乙烯二胺、二月桂酸二丁基錫中的一種或兩種的混合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述氨基硅氧烷為氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷中的一種或兩種的混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述異氰酸酯為多亞甲基多苯基多異氰酸酯。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述膨脹阻燃體系包括酸源、碳源、氣源；所述酸源選自聚磷酸銨、聚磷酸三聚氰胺中的一種或兩種的混合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述碳源選自季戊四醇、雙季戊四醇中的一種或兩種的混合物。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述氣源選自三聚氰胺、雙氰胺中的一種或兩種的混合物。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述酸源占膨脹阻燃體系總質(zhì)量的20％-80％，所述碳源占膨脹阻燃體系總質(zhì)量的5％-50％，所述氣源占膨脹阻燃體系總質(zhì)量的5％-50％。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述膨脹阻燃體系還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤25％的填料。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述填料選自可膨脹石墨、金屬氧化物中的一種或兩種的混合物。

11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述異氰酸酯所含異氰酸酯基團(tuán)與三羥甲基氧化膦的羥基摩爾比為0.5:1-1.5:1。

12.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述氨基硅氧烷占三羥甲基氧化膦和異氰酸酯總質(zhì)量的0.5％-5％。

13.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述催化劑總的添加質(zhì)量為三羥甲基氧化膦和異氰酸酯總質(zhì)量的0.01％-1％；前后兩次催化劑添加質(zhì)量的比例為10:1-0.1:1。

14.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述膨脹阻燃體系的添加量為涂層各原料總質(zhì)量的10％-60％。

15.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法，其特征在于：所述固化的溫度為室溫，固化后涂層的厚度為0.1-10mm。

16.一種換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層的制備方法制備而成。

17.一種如權(quán)利要求16所述的換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層在換流站或變電站消防管網(wǎng)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種換流站或變電站消防管網(wǎng)用含氧化膦聚氨酯耐高溫防護(hù)涂層及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括：將三羥甲基氧化膦加熱融化，加入催化劑和氨基硅氧烷，攪勻后加入異氰酸酯，攪勻后加入膨脹阻燃體系，攪勻后加入催化劑，攪拌后涂覆在基材上，固化。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、原料價(jià)廉易得，涂層制備無(wú)需溶劑。涂層的成膜物質(zhì)本身即可在受熱時(shí)形成膨脹碳層，并且涂層在高溫火焰下(1200℃)具有優(yōu)異的防護(hù)性能。涂層在鋼鐵基材上粘附性能好，高溫火焰燃燒后涂層不開(kāi)裂、不脫落。本發(fā)明涂層容易涂覆，能實(shí)現(xiàn)涂層的一次施工成型，可用于變電站或換流站消防系統(tǒng)管道的耐高溫防護(hù)，提高消防管網(wǎng)的滅火可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：過(guò)羿,張佳慶,何靈欣,丁國(guó)成,孫韜,葉良鵬,付賢玲,黃玉彪,劉睿,祝現(xiàn)禮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2