一种电缆防火涂料及其制备方法与流程

本发明涉及防火涂料，具体为一种电缆防火涂料及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代社会电力需求的不断增长，电线电缆在现代社会中扮演着重要的角色，电线电缆的使用量也逐年增加。但由于其防火性能的不足，常常成为火灾的源头，一旦发生，不仅导致巨大的经济损失，还对人们的生命安全构成严重威胁，因此，研究电线电缆的防火性能，提高其防火能力，对于预防火灾事故、保障公共安全具有重要意义。

2、近年来，国内外学者对电线、电缆防火性能进行了深入的研究。一方面，研究人员关注电线电缆材料本身的燃烧特性，以及燃烧过程中产生的有毒有害气体；他们通过分析电线电缆材料的化学成分和物理结构，研究其在火灾条件下的燃烧行为，以及燃烧产物对人体健康的影响；然而影响电线电缆防火性能的因素众多，包括材料本身的燃烧特性、生产工艺、使用环境等，无疑增加了提高电线电缆材料本身防火性能的难度。另一方面，学者们致力于开发新型防火材料和防火涂料，防火涂料能够在火灾情况下形成一层保护膜，阻止火焰和热量对电线电缆的侵害，通过涂覆在电线电缆表面，以提高电线电缆的防火性能；他们通过改变涂料的组成和结构，提高涂料的耐燃性和隔热性能，从而提高电线电缆的抗火能力。

3、专利zl202110819941.8报道了一种耐磨柔性防火电缆，通过在外护套上喷涂耐磨防火涂料，所述耐磨防火涂料包含改性树脂、消泡剂、纳米粒子和溶剂，所制得的防火涂料具有耐磨，整体强度高的特点；但专利对于涂料的防火、耐热性能并未进一步描述。

4、专利zl202110795289.0报道了一种氟类涂料喷涂防腐电缆，通过设置柔性带、卡接条、卡接槽和胶条，增加导线的柔韧性，减少电缆弯折损坏，延长电缆的使用寿命；但对于氟类涂料的防腐以及防火作用未做进一步说明。

5、通过现有技术报道的对电缆改性，增加电缆的防火性能，但由于电缆燃烧特性、生产工艺、使用环境的变化，无法满足不同条件下对于电缆使用的需求；通过新型改性防火涂料，增加电缆的防火性能逐渐成为增加电线电缆防火的主要研究方向。

6、专利zl201810245338.1报道了以负载胺珍珠岩为阻燃剂制备过氯乙烯防火涂料的方法，以过氯乙烯树脂液、特制的复合阻燃剂、复配树脂、颜填料、氯化石蜡，al(oh)3为原料组分制备而成，具有良好的涂层耐磨性、耐腐蚀性、抗裂性、抗冲击性和阻燃性；然而使用无机类防火涂料存在黏结强度较差、抗开裂性不足及养护时间长等问题，这将导致高温下涂层难以阻挡热量向基材的传播，造成脆性破坏等问题。

7、专利zl201410391080.8报道了一种电缆用防火绝缘涂料及其制备方法，包括酮橡胶、二氧化硅、氧化镁、十二烷基苯磺酸钠等材料制备而成，制得的涂料韧性高，阻燃和绝缘性能好，对电缆具有很好的保护作用，然而制得的防火涂料包含组分多，用量难以控制，无法保证涂料的耐磨性、耐腐蚀性。

8、综上所述，现有技术中通过改进电缆材料结构，增加电线电缆的防火阻燃性能，但一定程度上会改变电缆的整体强度，造成电缆使用年限的降低；使用改性防火涂料可以避免电缆性质的丧失，但已报道的防火材料防火阻燃性质有待进一步加强，涂料整体强度低，黏结强度较差，附着力低，长期耐候性差；耐腐蚀性差，防水性差等问题仍有待解决。

9、为此，提出了一种电缆防火涂料及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电缆防火涂料及其制备方法，通过使用适量溶剂溶解环氧树脂，并与有机硅反应生成改性环氧树脂，通过改性环氧树脂与聚氨酯络合作用，形成涂料的成膜乳液，制得的防火涂料水接触角为99.6°，疏水性好，具有明显的防水效果；本发明使用e42与二叔丁基二氯硅烷改性反应，改性e42中于大量的极性键和刚性基团与聚氨酯结构中极性基团发生交联反应，形成致密的交联网状结构，减少了酸碱盐对于涂料结构的腐蚀作用；使用鳞片石墨，通过浓硫酸、过硫酸钠作为插层剂改性处理制得膨胀石墨，通过催化剂、炭化剂、发泡剂与膨胀石墨改性处理，制得的电缆防火涂料膨胀倍数为45，背火温度为62℃，进一步提高材料的防火耐温性；本发明使用透明滑石粉作为防火涂料的填充材料，dop作为阻燃增塑剂，增加了涂料的拉伸强度，增加电缆的整体性能；本发明使用合适份数的树脂乳液、改性膨胀石墨协同作用，提高涂料对电缆的附着力，剥离强度为4.58n/mm，长期耐候性增强，耐火时间为120min，进一步提高防火隔热效果，提高电缆的整体性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种电缆防火涂料的制备方法，其特征在于：所述电缆防火涂料的制备方法包括以下步骤：

4、将环氧树脂10-30份、乙酸丁酯5-25份加入烧瓶中，搅拌溶解制得混合溶液；将所述混合溶液加热至80℃，加入有机硅3-15份与催化剂，搅拌溶解，加入缚酸剂，反应2h制得反应体系；用去离子水将所述反应体系洗涤，减压蒸馏，真空干燥制得有机硅改性环氧树脂；

5、将六亚甲基二异氰酸酯20份和聚醚二醇20份加入烧瓶中，80℃反应1.5h制得反应液；将所述反应液降温至60℃,加入二羟甲基丙酸、催化剂，反应1h制得聚氨酯；将所述有机硅改性环氧树脂30份加入所述聚氨酯中，反应1h制得改性溶液；将所述改性溶液降温至35℃,加入三乙胺，加入去离子水搅拌30min制得改性体系；将所述改性体系真空干燥得到改性树脂乳液；

6、将改性膨胀石墨10-30份、填充材料20-40份、阻燃增塑剂8-25份加水混悬制得混悬液，将所述混悬液加入研磨混合一体机中，800r/min混合均匀，制得混合物料；将所述改性树脂乳液70-100份加入混合液中，600r/min搅拌20min后，制得所述电缆防火涂料；

7、所述改性膨胀石墨包括以下组分：鳞片石墨2.5-20份、浓硫酸50-200份、过硫酸钾6-30份、聚磷酸铵、双季戊四醇以及三聚氰胺；

8、所述鳞片石墨、所述双季戊四醇、所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺的份数比为5:3:1:1。

9、优选的，所述环氧树脂选自e42、e44、e52、e52中的一种。

10、优选的，所述有机硅选自二叔丁基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、二异丁基二氯硅烷、二乙基二氯硅烷以及四甲基二氯硅烷中的一种。

11、优选的，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡；所述催化剂的用量为原料的5％。

12、优选的，所述缚酸剂选自三乙胺；所述缚酸剂的用量为溶剂的3％。

13、优选的，所述填充材料选自透明滑石粉、滑石粉、钛白粉、硫酸钡、氯化石蜡以及蓖麻油中的一种。

14、优选的，所述改性膨胀石墨的制备方法包括以下步骤：

15、将所述鳞片石墨2.5-20份加入所述浓硫酸50-200份搅拌溶解，在室温条件搅拌制得混合液体，将所述混合液体中加入所述过硫酸钾6-30份，搅拌均匀制得混合物；将所述混合物移至80℃水浴中反应1h，制得石墨材料；将所述石墨材料用超纯水洗涤5次，真空过滤，在60℃真空干燥箱中保温干燥5h，制得改性石墨；将所述改性石墨加入甲醇溶解，充分搅拌并超声分散30分钟，制得石墨悬浮液，将所述石墨悬浮液和聚磷酸铵加入到密闭反应容器中，加热至100℃，1200r/min搅拌并保温3小时制得混合悬浮液；将所述混合悬浮液冷却至常温，加入双季戊四醇以及三聚氰胺，超声分散1h，制得防火混悬液；将所述防火混悬液离心分离，制得沉淀物；将所述沉淀物真空干燥制得改性膨胀石墨。

16、优选的，所述真空干燥的参数条件为：干燥温度为80℃、干燥时间2h。

17、优选的，根据权利要求1所述的一种电缆防火涂料的制备方法，其特征在于，所述阻燃增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯；所述阻燃增塑剂10-20份。

18、一种电缆防火涂料，其特征在于：所述电缆防火涂料包括改性树脂乳液、改性膨胀石墨、填充材料和阻燃增塑剂；所述电缆防火涂料通过如上所述的制备方法制备得到；所述电缆防火涂料的水接触角为99.6°；所述电缆防火涂料在酸碱盐溶液中30d的质量损失率分别为0.8％、0.5％、0.3％；所述电缆防火涂料膨胀倍数为45，背火温度为62℃；所述电缆防火涂料的拉伸强度为8.56mpa，断裂伸长率为664％；所述电缆防火涂料的耐火时间为120min，剥离强度为4.58n/mm。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、1、本发明选用5ml-25ml的乙酸丁酯溶解环氧树脂，并与有机硅反应生成改性环氧树脂，通过改性环氧树脂与聚氨酯络合作用，形成涂料的成膜乳液，制得的防火涂料水接触角为99.6°；这是由于适量溶剂可降低环氧树脂粘度，有利于其与有机硅均匀混合，促进反应进行，从而将疏水性硅基团引入到环氧树脂结构中，显著提高乳液的疏水性，提高了涂料的防水效果；

21、2、本发明采用20份环氧树脂e42与二叔丁基二氯硅烷反应，合成的改性环氧树脂与聚氨酯交联，制得的防火涂料在酸碱盐溶液中30d的质量损失率分别为0.8％、0.5％、0.3％，具有良好的耐腐蚀性；由于大量的极性键和刚性基团与聚氨酯结构中极性基团发生交联反应，提高了结构中的内聚力，体系形成更致密的交联网状结构，减少了酸碱盐对于涂料结构的腐蚀作用；

22、3、本发明使用鳞片石墨，通过浓硫酸、过硫酸钠作为插层剂改性处理制得膨胀石墨，加入聚磷酸铵作为催化剂，双季戊四醇为炭化剂，三聚氰胺为发泡剂制得改性膨胀石墨，协同作用下制得的电缆防火涂料膨胀倍数为45，背火温度为62℃，进一步提高材料的防火耐温性；

23、4、本发明采用透明滑石粉作为防火涂料的填充材料，邻苯二甲酸二辛酯作为阻燃增塑剂，所制备的电缆防火涂料的拉伸强度为8.56mpa，断裂伸长率为664％，增塑剂的增塑作用使高分子间的链段运动能力增强，在一定范围内提高了材料的断裂伸长率；增加了涂料的拉伸强度，增加电缆的整体性能；

24、5、本发明所制备的涂料，通过80份改性树脂乳液加入到20份改性膨胀石墨以及30份透明滑石粉、15份邻苯二甲酸二辛酯中，将涂料均匀涂抹在电缆表面，保持涂膜厚度为2mm，显著提高了涂料的附着力，耐火时间为120min，剥离强度为4.58n/mm，涂料的耐温时间延长，长期耐候性增加，进一步增加了电缆的实用性。