本發(fā)明涉及防火涂層，具體涉及一種含磷聚合物包覆可膨脹石墨及其制備方法和在變電站或換流站消防管網(wǎng)防火涂料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，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)濟損失和不良社會影響，更重要的是對電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成了不可忽視的擾動。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120t。由于變壓器油量多、運行溫度高、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，消防管網(wǎng)在面對大型含油設(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，在滅火系統(tǒng)啟動前，由于管網(wǎng)抗干燒能力不足，防護區(qū)內(nèi)消防主管道直接開裂，部分支管及管路被火焰燃燒損毀，管網(wǎng)整體失壓進而導(dǎo)致滅火失敗的情況。因此，亟需開展針對特高壓換流站、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、將防火涂層涂覆在消防管網(wǎng)上，是提高消防管網(wǎng)耐高溫性能的有效方法之一。防火涂層一般有膨脹型防火涂層和非膨脹型防火涂層。膨脹型防火涂層的防火機理是涂層在高溫受熱時，燃燒形成膨脹的泡沫狀碳層，這種碳層導(dǎo)熱系數(shù)低，可以有效隔絕熱量，從而保護碳層下的基材。但是現(xiàn)有的膨脹型防火涂層難以滿足變電站(換流站)消防系統(tǒng)的防護需求，即現(xiàn)有防火涂層難以滿足1200℃下的耐高溫防護性能需求。

3、膨脹型防火涂層一般包括成膜物質(zhì)、膨脹阻燃劑、溶劑、顏料、填料等成分?？膳蛎浭且环N常用的膨脹型防火涂層的填料，加入適量可膨脹石墨后，往往可以增加碳層的膨脹程度，提高膨脹碳層的隔熱能力。因而增加可膨脹石墨的膨脹程度，就有可能提高碳層的膨脹程度，從而可能提高膨脹型防火涂層的耐高溫防護性能。為了提高可膨脹石墨的膨脹程度，考慮使用包覆改性的方法。通過在可膨脹石墨表面包覆一層聚合物，密封分解氣體，有可能增加其膨脹程度，另外包覆層可以改變無機界面，增加可膨脹石墨和聚合物基體的相容性。

4、公開號為cn107880316a的中國專利申請文獻(xiàn)公開了一種聚氨酯包覆可膨脹石墨阻燃劑及其制備方法，該方法首先將多元醇、催化劑攪拌均勻，再加入可膨脹石墨攪拌均勻，然后再加入多異氰酸酯充分?jǐn)嚢杈鶆?，在催化劑作用下多異氰酸酯與多元醇在石墨表面反應(yīng)生成聚氨酯，從而得到聚氨酯包覆可膨脹石墨。其制作過程不用溶劑、簡單便捷，表面包覆的聚氨酯加速了成焦速度，提高了材料的阻燃性能，聚氨酯的包覆改善了可膨脹石墨與高分子材料的相容性問題，與相同添加量的可膨脹石墨對比，由聚氨酯包覆可膨脹石墨制備的聚氨酯泡沫阻燃能力和力學(xué)性能有明顯的提高。聚氨酯包覆可膨脹石墨是一種無毒環(huán)保、高效阻燃、相容性好的阻燃劑，但是其阻燃性能仍欠佳，限制了其應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何獲得一種能滿足變電站或換流站消防管網(wǎng)的防火涂料。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題：

3、一種含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，包括以下步驟：將三羥甲基氧化膦、可膨脹石墨和溶劑混合，在加熱條件下加入二異氰酸酯的上述溶劑的溶液，然后保溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾、洗滌、干燥得到所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨。

4、優(yōu)選地，加熱到60-120℃后加入二異氰酸酯的上述溶劑的溶液，然后保溫反應(yīng)1-12h。

5、優(yōu)選地，所述可膨脹石墨為在60-100℃下干燥2-12h的可膨脹石墨。

6、優(yōu)選地，所述二異氰酸酯選自二苯甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯中的一種或兩種的混合物。

7、優(yōu)選地，所述溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種的混合物。

8、優(yōu)選地，所述二異氰酸酯所含異氰酸酯基團與三羥甲基氧化膦的羥基摩爾比為0.8:1-1.2:1。

9、優(yōu)選地，所述三羥甲基氧化膦與可膨脹石墨的質(zhì)量比為0.05:1-0.3:1。

10、優(yōu)選地，將三羥甲基氧化膦、可膨脹石墨和溶劑混合的過程中，溶劑與可膨脹石墨的質(zhì)量比為6:1-20:1。

11、優(yōu)選地，所述二異氰酸酯的上述溶劑的溶液中，溶劑與二異氰酸酯的質(zhì)量比為4:1-30:1。

12、優(yōu)選地，所述溶劑在使用之前需要預(yù)先除去其中水分。

13、本發(fā)明還提出一種含磷聚合物包覆可膨脹石墨，采用所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法制備而成。

14、本發(fā)明還提出一種所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨在變電站或換流站消防管網(wǎng)防火涂料中的應(yīng)用。

15、本發(fā)明還提出一種變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，含有所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨。

16、優(yōu)選地，所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其原料包括環(huán)氧樹脂、膨脹阻燃劑、所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨和固化劑；所述膨脹阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-60％；所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10％；所述固化劑中的n-h基團與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團的摩爾比為0.8:1-1.2:1。

17、優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹脂選自雙酚a二縮水甘油醚。

18、優(yōu)選地，所述膨脹阻燃劑包括酸源、碳源和氣源，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。

19、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。

20、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。

21、優(yōu)選地，所述酸源、碳源和氣源的質(zhì)量比為20-80：10-40：10-40。

22、優(yōu)選地，所述固化劑選自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺中的一種或多種的混合物。

23、優(yōu)選地，所述固化劑在室溫下若是固體，需提前加熱成液體。

24、優(yōu)選地，所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料在使用過程中形成的防火涂層的厚度為0.1-10mm。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

26、(1)本發(fā)明通過在可膨脹石墨表面包覆含磷聚合物可以顯著提高可膨脹石墨的膨脹體積。含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法簡單、原料價廉易得(均為商業(yè)化產(chǎn)品)、反應(yīng)條件溫和。

27、(2)將含磷聚合物包覆可膨脹石墨添加到膨脹型防火涂層中，含磷聚合物包覆可膨脹石墨可以顯著提高環(huán)氧樹脂型膨脹防火涂層在高溫火焰下(1200℃)的耐高溫防護性能。

28、(3)本發(fā)明涂料所制備的防火涂層在1200℃高溫下防護性能優(yōu)異，火焰燃燒后涂層不開裂、不脫落；防火涂層在鋼鐵基材上粘附性能好；防火涂層物料粘度容易控制，涂覆簡單，易于實現(xiàn)涂層的一次施工成型；防火涂層的制備方法簡單、原料價廉易得，在涂層的制備過程中不需要使用溶劑。本發(fā)明所制備的防火涂料可用于變電站(換流站)消防管網(wǎng)。

技術(shù)特征：

1.一種含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將三羥甲基氧化膦、可膨脹石墨和溶劑混合，在加熱條件下加入二異氰酸酯的上述溶劑的溶液，然后保溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾、洗滌、干燥得到所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：加熱到60-120℃后加入二異氰酸酯的上述溶劑的溶液，然后保溫反應(yīng)1-12h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：所述二異氰酸酯選自二苯甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯中的一種或兩種的混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：所述溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種的混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：所述二異氰酸酯所含異氰酸酯基團與三羥甲基氧化膦的羥基摩爾比為0.8:1-1.2:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：所述三羥甲基氧化膦與可膨脹石墨的質(zhì)量比為0.05:1-0.3:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：將三羥甲基氧化膦、可膨脹石墨和溶劑混合的過程中，溶劑與可膨脹石墨的質(zhì)量比為6:1-20:1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法，其特征在于：所述二異氰酸酯的上述溶劑的溶液中，溶劑與二異氰酸酯的質(zhì)量比為4:1-30:1。

9.一種含磷聚合物包覆可膨脹石墨，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-8中任一項所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨的制備方法制備而成。

10.一種如權(quán)利要求9所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨在變電站或換流站消防管網(wǎng)防火涂料中的應(yīng)用。

11.一種變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：含有如權(quán)利要求9所述的含磷聚合物包覆可膨脹石墨。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：其原料包括環(huán)氧樹脂、膨脹阻燃劑、所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨和固化劑；所述膨脹阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-60％；所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10％；所述固化劑中的n-h基團與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團的摩爾比為0.8:1-1.2:1。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：所述環(huán)氧樹脂選自雙酚a二縮水甘油醚。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：所述膨脹阻燃劑包括酸源、碳源和氣源，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。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，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。

16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，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。

17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：所述酸源、碳源和氣源的質(zhì)量比為20-80：10-40：10-40。

18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中任一項所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：所述固化劑選自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺中的一種或多種的混合物。

19.根據(jù)權(quán)利要求11-17中任一項所述的變電站或換流站消防管網(wǎng)用防火涂料，其特征在于：在使用過程中形成的防火涂層的厚度為0.1-10mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種含磷聚合物包覆可膨脹石墨及其制備方法和在變電站或換流站消防管網(wǎng)防火涂料中的應(yīng)用，制備方法包括以下步驟：將三羥甲基氧化膦、可膨脹石墨和溶劑混合，在加熱條件下加入二異氰酸酯的上述溶劑的溶液，然后保溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過濾、洗滌、干燥得到所述含磷聚合物包覆可膨脹石墨。本發(fā)明通過在可膨脹石墨表面包覆含磷交聯(lián)聚氨酯層，顯著提高了可膨脹石墨的膨脹體積，將其應(yīng)用于環(huán)氧樹脂型膨脹防火涂層中，明顯提高了防火涂層的耐高溫(1200℃)防護性能，且與鋼材粘附性好，易于一次施工成型，可用于變電站(換流站)消防管網(wǎng)的耐火防護，提升其滅火可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：張佳慶,何靈欣,過羿,王劉芳,付賢玲,黃玉彪,尚峰舉,程宜風(fēng),?，F(xiàn)禮,汪書蘋
受保護的技術(shù)使用者：國網(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