[发明专利]膨胀型阻燃组合物及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种膨胀型阻燃组合物及其制备和应用。以质量份计，膨胀型阻燃组合物的制备原料包括：1‑5份酸源组分、1‑13份碳源组分以及1‑16份气源组分；酸源组分包含磷酸三聚氰胺，且包含磷酸铵、硫酸铵、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯和烷基磷酸酯中的至少一种。本发明将磷酸三聚氰胺与磷酸铵、硫酸铵、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯和烷基磷酸酯中的至少一种进行搭配，形成复配酸源，并将该酸源与碳源组分、气源组分一起，形成阻燃配方，用该阻燃配方对超高分子量聚乙烯材料进行改性，阻燃效果显著，具有较高的极限氧指数。

技术领域

本发明属于聚合物技术领域，特别涉及一种膨胀型阻燃组合物及其制备和应用。

背景技术

油气管道在服役过程中所受到的主要危害包括管道外腐蚀与管道内腐蚀。与外腐蚀相比，内腐蚀具有隐蔽性，它的存在往往被忽视。同时由于输送介质的特殊性，管道内腐蚀非常严重，甚至远远超过外腐蚀。统计表明，截至2018年，管道内壁的腐蚀穿孔占总腐蚀穿孔量的90％。除此之外，管道内壁还会受到运输介质的磨蚀。由于成品油的特性和输送安全性，许多内防腐技术无法实施，开发一种石油化工用阻燃抗静电材料是很有必要的，通过解决管道的腐蚀、磨蚀、静电起火等问题，从而延长其使用寿命具有重要意义。

目前，用于输送管道的超高分子量聚乙烯材料，其粘度分子量在200-500万之间，由于其优异的抗冲击性能、自润滑性、耐低温性、耐磨性和耐化学性，因此成为小颗粒浆体输送的常用耐磨管道。超高分子量聚乙烯材料的耐磨性能是钢管的4-7倍、普通PE管材的3倍以及尼龙的4倍。同时，抗冲击强度居各种塑料之首，是高密度聚乙烯的10倍，尼龙的6倍。无论是外力强冲击还是内部压力波动、冲击，都难以使其开裂。

但是，上述超高分子量聚乙烯材料属于可燃材料，不能直接用于油气的输送管道中，基于此，需要添加阻燃剂对其进行改性。传统的阻燃剂例如：包含碳源、酸源、气源以及抗氧剂的阻燃剂；其中，抗氧剂包括双(十八烷基)季戊四醇二亚磷酸酯及/或十六烷基季戊四醇二亚磷酸酯，碳源选自纤维素纤维、葡萄糖、淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛树脂中的一种或二种以上；酸源选自聚硅酸、磷酸、硼酸、硫酸、磷酸酯、磷酸铵中的一种或二种以上；气源选自尿素、三聚氰胺、聚酰胺的一种或二种以上。上述传统的阻燃剂添加到超高分子量聚乙烯材料对其进行改性时，当添加量在5-15％时，阻燃效果欠佳，极限氧指数＜21.5，不满足材料的阻燃要求，而材料的物理机械性能影响较小；当添加量到达15-25％时，极限氧指数可以达到22-33，但物理机械性能有明显的衰减，拉伸和冲击强度下降50-70％，弯曲强度降低80-90％，所得改性高分子量聚乙烯材料难以满足油气管道用材料的要求。

发明内容

基于此，本发明的主要目的是提供一种膨胀型阻燃组合物，该膨胀型阻燃组合物作为阻燃剂对超高分子量聚乙烯材料进行改性时，阻燃效果显著，且机械强度良好。

本发明的主要目的是通过以下技术方案实现的：

一种膨胀型阻燃组合物，以质量份计，所述膨胀型阻燃组合物的制备原料包括：1-5份酸源组分、1-13份碳源组分以及1-16份气源组分；

所述酸源组分包含磷酸三聚氰胺，且包含磷酸铵、硫酸铵、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯和烷基磷酸酯中的至少一种；

在其中一些实施例中，以质量份计，所述膨胀型阻燃组合物的制备原料包括：2.4-2.9份酸源组分、2.5-6份碳源组分以及4.5-8份酸源组分。

在其中一些实施例中，所述酸源组分中，磷酸三聚氰胺的质量百分含量为40％-65％。

在其中一些实施例中，所述碳源组分选自山梨醇、季戊四醇以及季戊四醇聚合物中的至少一种；或/和，所述气源组分选自尿素、双氰胺、三聚氰胺以及聚酰胺中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述碳源组分包含有山梨醇，且包含季戊四醇和季戊四醇聚合物中的至少一种；或/和，所述气源组分包含有双氰胺，且包含尿素、三聚氰胺和聚酰胺中的至少一种。