CN111019239A - 一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，该材料为多孔网状结构，可将空间分割为若干小单元；成分包括：聚丙烯70～80份、无卤复合阻燃剂20～30份、增容剂5～10份、协效剂1～3份和抗静电剂1～2份。本发明阻隔防爆材料可根据输气管道形状，订制相匹配的规格，为多孔结构，可将空间分割为若干个小单元。本发明提供的阻隔防爆材料属于非金属材料，具有阻燃性能，相较于网状铝合金材料，抗氧化、不易发生形变、强度高、成本更低，填充于输气管道，对气体的流通性影响较小，具有良好的阻隔防爆效果。

Description

一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及燃油、燃气阻隔防爆技术领域，尤其涉及一种填充在输气管道内的多孔阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的应用。

背景技术

近年来国内外危险化学品爆炸事故频发，安全生产形势严峻。典型危险化学品，如天然气、汽油、乙醇、可燃金属粉尘等因其具有易燃、易爆特性而存在巨大的安全隐患，尤其是可燃气体引发的事故近些年来多有发生，其使用与储运安全一直是人们关注的焦点。因此针对可燃性气体、液体、高危粉尘的储存、运输过程，开展新型高效防火隔爆材料的研究，成为防治与控制危险化学品爆炸灾害的重要手段。

阻隔防爆材料通常是铺设在易燃液体和气体储罐内并能阻隔火焰传播，防止爆炸发生或抑制冲击波的网状或泡沫状材料。多孔材料由于其本身蜂窝状结构能够将容器划分成许多细小的空间,降低了火焰传播速度与能量释放,破坏燃烧爆炸条件,可抑制火焰和压力波的传播，从而达到阻隔防爆的作用。

传统阻隔防爆材料主要包括网状铝合金、泡沫陶瓷、聚氨酯及硅酸铝棉等。其中网状铝合金是现阶段应用最为广泛的金属阻隔防爆材料，网状聚氨酯泡沫是最常见的非金属多孔抑爆材料，泡沫陶瓷是最好的隔热材料。但铝合金材料在氧化后抑爆性能明显下降；陶瓷材料网孔不均匀，抑爆性能较差；聚氨酯材料不耐燃；硅酸铝棉质脆易分化。这些问题使传统阻隔防爆材料在实际应用中受到一定限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决网状铝合金材料氧化后抑爆性能下降，传统非金属阻隔防爆材料抑爆性能不佳、易变形、不耐燃和不易加工等问题，本发明提供了一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，该材料为多孔结构，可根据不同应用场所，定制不同规格来满足要求。其良好的阻燃和抑爆性能可解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，该材料为多孔网状结构，可将空间分割为若干小单元；成分包括：聚丙烯70～80份、无卤复合阻燃剂20～30份、增容剂5～10份、协效剂1～3份和抗静电剂1～2份；所述份为重量份。

所述聚丙烯为共聚型聚丙烯。普通聚丙烯抗冲击性能较差、韧性差、易老化、长期耐热性能较差，不适合挤出工艺制备的网状阻隔防爆材料；共聚型聚丙烯抗冲击性能较佳，适用于挤出工艺制备的网状阻隔防爆材料。

所述无卤复合阻燃剂由改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂组成，改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂的重量比为15～20:3～5，其中改性聚磷酸铵为密胺包覆聚磷酸铵，水溶性和吸湿性小。该阻燃剂属于膨胀性阻燃剂，膨胀性阻燃体系主要包含酸源、碳源、气源三部分，密胺包覆聚磷酸铵充当酸源和气源，高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂充当碳源，两者在高温下可形成阻燃碳层。

所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。马来酸酐接枝聚丙烯既可以提升阻燃剂与聚丙烯的相容性，又可以增强聚丙烯的韧性。

所述协效剂选用三聚氰胺和植酸复配而成的协效剂，三聚氰胺和植酸的重量比为8～10:9～12。三聚氰胺和植酸复配而成的植酸盐，有助于在加膨胀性阻燃剂的聚丙烯表面形成碳层，增强其阻燃性能。

所述协效剂由下法制得：按三聚氰胺和植酸的重量比为8～10:9～12的比例准备三聚氰胺和植酸；按4g：500mL的比例将三聚氰胺溶于去离子水中,放入70℃的油浴锅中搅拌10min得三聚氰胺溶液；按36g：50mL的比例将植酸倒入去离子水中,搅拌均匀后,倒入三聚氰胺溶液中，继续搅拌0.5h后得到反应产物；最后将产物放在滤网上，使用50℃去离子水清洗3次，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得到协效剂。

所述抗静电剂为导电炭黑，防止聚丙烯表面聚集电荷，引发静电效应。

本发明还提供了所述的阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量份将聚丙烯70～80份、无卤复合阻燃剂20～30份、增容剂5～10份、协效剂1～3份和抗静电剂1～2份的组分进行称重混料；

（2）将混好的原料倒入螺杆挤出机的料筒中；

（3）原料由螺杆送进加热区，在加热区开始熔融并充分混合，加热区域分为六个不同的加热段，温度分别为180～190℃、190～200℃、200～210℃、210～215℃、215～220℃、220～225℃；

（4）原料由加热区传送到过滤区，滤网过滤出熔融产物中的杂质；

（5）经过过滤的原料进入计量区，调节机器的喂料量；

（6）设定好喂料量的产物进入与模头相连的连接区，由模头挤出拉丝，成丝的原料进入模具中，模具中成型后进入冷却区进行冷却成型；

（7）冷却成型后的多孔材料由牵引机送到切割区，切割成所需长度的材料，制备完成。

本发明上述阻燃聚丙烯阻隔防爆材料填充在输气管道内作为多孔阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的应用。

本发明的有益效果是，本发明的阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，可用于易燃易爆的输气管道的阻隔防爆，比网状铝合金材料其他传统阻隔防爆材料更适用于输气管道，其多孔网状结构使得气体的流通性的影响较小，结构合理、强度高不易变形，不易被氧化，可批量加工生产，具有较好阻燃性能和阻隔防爆效果。

具体实施方式

对本发明的阻燃聚丙烯阻隔防爆材料进行阻隔防爆性能测试，测试平台由20L爆炸球和3节长2m内径60mm的圆管道组成，爆炸气体为9.5%的甲烷-空气混合气体，将材料填充在圆管道中。空爆时，管道内压力传感器监测到的最大燃爆压力为300KPa。

实施例一，阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，该材料为多孔网状结构，可将空间分割为若干小单元；成分包括：聚丙烯80克、无卤复合阻燃剂20克、马来酸酐接枝聚丙烯（东莞市康锦新材料科技有限公司，型号：9909）5克、协效剂1克和导电炭黑1克；

所述无卤复合阻燃剂由改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂（寿光市丽盛化工有限公司型号：93058-67-4，）组成，改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂的重量比为4:1，其中改性聚磷酸铵为密胺包覆聚磷酸铵（旭森非卤消烟阻燃剂有限公司，型号：XS-APP II 300）。

所述协效剂选用三聚氰胺和植酸复配（将24g三聚氰胺溶于500mL去离子水中,放入70℃的油浴锅中搅拌10min；将36g植酸溶液倒入50mL去离子水中,搅拌均匀后,倒入三聚氰胺溶液中，继续搅拌0.5h后得到反应产物；最后将产物放在滤网上，使用50℃去离子水清洗3次，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得到植酸盐产物）而成的协效剂，三聚氰胺和植酸的重量比为8: 12。

上述阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的制备：

（1）将聚丙烯、无卤复合阻燃剂、马来酸酐接枝聚丙烯、协效剂和导电炭黑按上述配比进行称重混料；

（2）将混好的原料倒入双螺杆挤出机的料筒中；

（3）原料由螺杆送进加热区，在加热区开始熔融并充分混合，加热区域分为六个不同的加热段，温度分别为180～190℃、190～200℃、200～210℃、210～215℃、215～220℃、220～225℃；

（4）原料由加热区传送到过滤区，滤网过滤出熔融产物中的杂质；

（5）经过过滤的原料进入计量区，调节机器的喂料量；

（6）设定好喂料量的产物进入与模头相连的连接区，由模头挤出拉丝，成丝的原料进入模具（模具结构为外径为50mm的中空圆筒）中，模具中成型后进入冷却区进行冷却成型；

（7）冷却成型后的多孔材料由牵引机送到切割区，切割成所需长度的材料，制备完成。

按上述方法制备出直径为50mm，长度1m的圆柱状阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，填充阻隔防爆材料的长度为1～6m。管道内压力传感器监测到的最大燃爆压力如表1所示。

表1 实施例一中不同填充长度下的最大燃爆压力

实施例二，阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，该材料为多孔网状结构，可将空间分割为若干小单元；成分包括：聚丙烯75克、无卤复合阻燃剂25克、马来酸酐接枝聚丙烯（来源：东莞市康锦新材料科技有限公司，型号：9909）7克、协效剂2克和导电炭黑1.5克；

所述无卤复合阻燃剂由改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂（寿光市丽盛化工有限公司型号：93058-67-4，）组成，改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂的重量比为9:2，其中改性聚磷酸铵为密胺包覆聚磷酸铵（旭森非卤消烟阻燃剂有限公司，型号：XS-APP II 300）。

所述协效剂选用三聚氰胺和植酸复配（将24g三聚氰胺溶于500mL去离子水中,放入70℃的油浴锅中搅拌10min；将30g植酸溶液倒入50mL去离子水中,搅拌均匀后,倒入三聚氰胺溶液中，继续搅拌0.5h后得到反应产物；最后将产物放在滤网上，使用50℃去离子水清洗3次，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得到植酸盐产物）而成的协效剂，三聚氰胺和植酸的重量比为8: 10。

上述阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的制备：

（1）将聚丙烯、无卤复合阻燃剂、马来酸酐接枝聚丙烯、协效剂和导电炭黑按上述配比进行称重混料；

（2）将混好的原料倒入双螺杆挤出机的料筒中；

（3）原料由螺杆送进加热区，在加热区开始熔融并充分混合，加热区域分为六个不同的加热段，温度分别为180～190℃、190～200℃、200～210℃、210～215℃、215～220℃、220～225℃；

（4）原料由加热区传送到过滤区，滤网过滤出熔融产物中的杂质；

（5）经过过滤的原料进入计量区，调节机器的喂料量；

（6）设定好喂料量的产物进入与模头相连的连接区，由模头挤出拉丝，成丝的原料进入模具（模具结构为外径为50mm的中空圆筒）中，模具中成型后进入冷却区进行冷却成型；

（7）冷却成型后的多孔材料由牵引机送到切割区，切割成所需长度的材料，制备完成。

按上述方法制备出直径为50mm，长度1m的圆柱状阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，填充阻隔防爆材料的长度为1～6m。管道内压力传感器监测到的最大燃爆压力如表2所示。

表2 实施例二中不同填充长度下的最大燃爆压力

实施例三，阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，该材料为多孔网状结构，可将空间分割为若干小单元；成分包括：聚丙烯70克、无卤复合阻燃剂30克、马来酸酐接枝聚丙烯（东莞市康锦新材料科技有限公司，型号：9909）10克、协效剂3克和导电炭黑2克；

所述无卤复合阻燃剂由改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂（寿光市丽盛化工有限公司型号：93058-67-4，）组成，改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂的重量比为5:1，其中改性聚磷酸铵为密胺包覆聚磷酸铵（旭森非卤消烟阻燃剂有限公司，型号：XS-APP II 300）。

所述协效剂选用三聚氰胺和植酸复配（将30g三聚氰胺溶于500mL去离子水中,放入70℃的油浴锅中搅拌10min；将27g植酸溶液倒入50mL去离子水中,搅拌均匀后,倒入三聚氰胺溶液中，继续搅拌0.5h后得到反应产物；最后将产物放在滤网上，使用50℃去离子水清洗3次，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得到植酸盐产物。）而成的协效剂，三聚氰胺和植酸的重量比为10: 9。

上述阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的制备：

（1）将聚丙烯、无卤复合阻燃剂、马来酸酐接枝聚丙烯、协效剂和导电炭黑按上述配比进行称重混料；

（2）将混好的原料倒入双螺杆挤出机的料筒中；

（3）原料由螺杆送进加热区，在加热区开始熔融并充分混合，加热区域分为六个不同的加热段，温度分别为180～190℃、190～200℃、200～210℃、210～215℃、215～220℃、220～225℃；

（4）原料由加热区传送到过滤区，滤网过滤出熔融产物中的杂质；

（5）经过过滤的原料进入计量区，调节机器的喂料量；

（6）设定好喂料量的产物进入与模头相连的连接区，由模头挤出拉丝，成丝的原料进入模具（模具结构为外径为50mm的中空圆筒）中，模具中成型后进入冷却区进行冷却成型；

（7）冷却成型后的多孔材料由牵引机送到切割区，切割成所需长度的材料，制备完成。

按上述方法制备出直径为50mm，长度1m的圆柱状阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，填充阻隔防爆材料的长度为1～6m。管道内压力传感器监测到的最大燃爆压力如表3所示。

表3 实施例三中不同填充长度下的最大燃爆压力

本发明的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料对9.5%的甲烷空气混合气体爆炸压力的抑制可由300kPa降低为80kPa，抑制效果明显，相较于金属类阻爆材料的易氧化和成本高的缺点，阻燃聚丙烯阻隔防爆材料是其合格的替代品。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于：该材料为多孔网状结构，可将空间分割为若干小单元；成分包括：聚丙烯70～80份、无卤复合阻燃剂20～30份、增容剂5～10份、协效剂1～3份和抗静电剂1～2份；所述份为重量份。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于：所述聚丙烯为共聚型聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于：所述无卤复合阻燃剂由改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂组成，改性聚磷酸铵和高分子量聚合三嗪类无卤阻燃剂的重量比为15～20:3～5；其中，改性聚磷酸铵为密胺包覆的聚磷酸铵。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于：所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

5.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于：所述协效剂选用三聚氰胺和植酸复配合成的协效剂，三聚氰胺和植酸的重量比为8～10:9～12。

6.根据权利要求5所述的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于，所述协效剂由下法制得：按三聚氰胺和植酸的重量比为8～10:9～12的比例准备三聚氰胺和植酸；按4g：500mL的比例将三聚氰胺溶于去离子水中,放入70℃的油浴锅中搅拌10min得三聚氰胺溶液；按36g：50mL的比例将植酸倒入去离子水中,搅拌均匀后,倒入三聚氰胺溶液中，继续搅拌0.5h后得到反应产物；最后将产物放在滤网上，使用50℃去离子水清洗3次，放入80℃的真空干燥箱中干燥24h，得到协效剂。

7.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯阻隔防爆材料，其特征在于：所述抗静电剂为导电炭黑。

8.权利要求1至7任一项所述的阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按重量份将聚丙烯70～80份、无卤复合阻燃剂20～30份、增容剂5～10份、协效剂1～3份和抗静电剂1～2份的组分进行称重混料；

（2）将混好的原料倒入料筒中；

（3）原料由螺杆送进加热区，在加热区开始熔融并充分混合，加热区域分为六个不同的加热段，温度分别为180～190℃、190～200℃、200～210℃、210～215℃、215～220℃、220～225℃；

（4）原料由加热区传送到过滤区，滤网过滤出熔融产物中的杂质；

（5）经过过滤的原料进入计量区，调节机器的喂料量；

（6）设定好喂料量的产物进入与模头相连的连接区，由摸头挤出拉丝，成丝的原料进入模具中，模具中成型后进入冷却区进行冷却成型；

（7）冷却成型后的多孔材料由牵引机送到切割区，切割成所需长度的材料，制备完成。

9.权利要求1至7任一项所述阻燃聚丙烯阻隔防爆材料填充在输气管道内作为多孔阻燃聚丙烯阻隔防爆材料的应用。