一种耐压聚丙烯保温材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及深海用聚合物保温材料技术领域，特别涉及一种耐压聚丙烯保温材料 及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 随着海洋油气开采范围的日益扩大，陆上以及浅海油气资源的日趋枯竭，深海油 气开发已经成为石油工业的热点和前沿。"深海"这个概念随着时代的发展不断变化，同时 在各个国家也不相同。根据国际公认的标准，水深300米以内为浅水，300米以上为深水， 超过1500米则为超深水。目前也有少数国家是以500米为限，超过1500米称为超深水。 对原油(气）进行输送，特别是一些较高稠度的原油（如含蜡、含胶质等高凝点原油)，在管道 输送过程中若不采取特殊措施，当油温降低到一定值时会陆续析出高分子量及低分子量的 蜡组分，这时原油黏度增大，流动性变差或在高压长距离输送天然气条件下，使得天然气水 合物以似松散冰的固态形状析出，严重时导致管道堵塞等，造成生产事故发生。因此需要对 海底管线进行有效的保温处理，以保证管线的正常运行。
[0003] 如果假设海水的温度和盐度以及密度不变的情况，静水压力随水位的下降而下 降，二者呈现线性关系，水位每下降100米静水压力增加IMpa。因此，海洋中使用的保温材 料除了要有好的保温效果还需要有良好的耐压强度。
[0004] 中国专利CN104419194A公开了一种保温材料，其特征为通过聚氨酯树脂和空心 玻璃微珠复合制备，所得到的材料兼具两者的优点，既具备较高的机械强度、耐油性、耐磨 耗性，同时作为热塑性材料，易于加工成较为复杂的形状，能够适用于特殊场合下使用。该 发明的优点是制备方法简单且制备的复合材料导热系数低，缺点是采用的聚氨酯为特殊牌 号(拜耳Texin390)，且材料的耐压强度不够，水深500M以下无法满足要求。
[0005] 中国专利CN101016366A公开了一种适用于管道保温层的硬质聚氨酯泡沫的制备 方法。该方法以复合聚醚、催化剂、泡沫稳定剂、蒸馏水和发泡剂构成原料的A组分，以多苯 基多次甲基异氰酸酯为原料的B组分，二者经反应后得到硬质聚氨酯泡沫材料。该发明的 优点是泡沫的导热系数低，不足之处同样是抗压强度普遍不足（<〇.3MPa)，所以只能满足埋 地管道需求。另外生产方式是A料加B料，通过反应制得保温泡沫，现场施工非常复杂，对 原材料的储存要求非常高，无法达到海洋输送管道的保温要求。
[0006] 中国专利CN103772635A公开了一种涉及海洋油气输送管道保温材料，更具体地 说是关于一种具有相变调温功能的海洋输油输气管道保温材料的制备方法。该发明的特点 是采用了相变材料A组分，通过相变材料吸附在储能材料(硅藻土球)中，然后通过A料加B 料的形式制得保温材料。该方制备的保温材料耐压强度和导热系数都能够满足深海输油管 道的要求，但是制备方法工序过于复杂，不适宜大规模的工业生产。
【发明内容】
[0007] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种耐压强度高和 导热系数低的耐压聚丙烯保温材料。
[0008] 本发明的另一目的是提供上述耐压聚丙烯保温材料的制备方法。
[0009] 本发明的再一目的是提供上述耐压聚丙烯保温材料的用途。
[0010] 本发明是通过如下技术方案实现的： 一种耐压聚丙烯保温材料，按重量百分比计，包括以下组成： 共聚聚丙稀 50wt%-70wt% ； 空心玻璃微球 15wt%_30wt% ; 气相二氧化娃 5wt%_10wt% ; 助剂 5. 5wt%-21wt%。
[0011] 优选地，一种耐压聚丙烯保温材料，按重量百分比计，包括以下组成： 共聚聚丙稀 50wt%-70wt% ； 空心玻璃微球 18wt%-28wt% ; 气相二氧化娃 6wt%_8wt% ; 助剂 5. 5wt%-21wt%。
[0012] 其中，所述共聚聚丙烯根据ISO1133,在230°C，2. 16kg测试条件下测得的熔融指 数为 〇? 5g/10min-10g/10min，熔点为 135°C_167°C，根据ISO180 在 23°C下测得的缺口冲 击强度>10kJ/m2;所述共聚聚丙烯选自嵌段共聚聚丙烯和/或无规共聚聚丙烯。
[0013] 其中，所述空心玻璃微球的粒径范围D50为10ym-70ym，90%-100%的微球抗压强 度>20Mpa。
[0014] 其中，所述气相二氧化硅为人工合成气相二氧化硅，所述气相二氧化硅的粒径范 围D50为3ym-10ym，孔隙率大于90%。
[0015] 其中，所述助剂选自增韧剂、抗氧剂、润滑剂、偶联剂中的一种或几种；基于耐压聚 丙烯保温材料的总重量中，所述增韧剂的重量百分比为5wt%_15wt%，所述抗氧剂的重量百 分比为0. 2wt%-0. 6wt%，所述润滑剂的重量百分比为0.lwt%-2wt%，所述偶联剂的重量百分 比为 〇? 2wt%_3wt%。
[0016] 其中，所述增韧剂选自三元乙丙橡胶EPDM、聚烯烃弹性体P0E、聚丙烯弹性体POP、 聚丙烯接枝马来酸酐、线形低密度聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、线形低密度聚乙烯 接枝马来酸酐、乙烯丁烯共聚物接枝马来酸酐中的一种或几种。所述增韧剂能够提高主辅 材料的相容性和保温材料在挤出缠绕过程中的韧性，从而有利于材料在保持刚性的同时， 韧性不会大幅降低。
[0017] 其中，所述抗氧剂选自三（2, 4-二叔丁基苯基）亚磷酸苯酯、 N，N'-双_(3_(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺、四-(3, 5-二叔丁基-4-羟 基苯基）丙酸）季戊四醇酯、双（2, 4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯和硫代二丙酸 二（十八）酯中的一种或几种。
[0018] 其中，所述润滑剂选自高分子蜡类、低分子酯类和金属皂类中的一种或几种；优选 为PE蜡、E蜡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、含氟聚合物、芥酸酰胺、油酸酰胺、乙撑双硬脂 酸酰胺EBS中的一种或几种。所述润滑剂能降低材料加工时的能耗，减少在加工过程中内 摩擦产生的热量和机械应力，从而提高材料的热稳定性。
[0019] 其中，所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或几 种；所述硅烷偶联剂选自y-氨丙基三乙氧基硅烷、y-(2,3)环氧（丙氧基）丙基三甲氧 基硅烷和y-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
[0020] 另外，本发明还公开了一种耐压聚丙烯保温材料的制备方法，包括如下步骤： a) 将按照配比称量后的共聚聚丙烯、助剂在高混机中混合均匀，得到混合物料； b) 将上述得到的混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口加入； c) 将按照配比称量后的空心玻璃微球和气相二氧化硅通过双螺杆挤出机的侧喂料加 入； d) 上述所有物料经过双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，得到耐压聚丙烯保温材料。
[0021] 其中，所述双螺杆挤出机为同向旋转双螺杆挤出机，长径比多40:1，Do/ Di多1.53,所述双螺杆挤出机配有两个侧向喂料机，螺杆转速多500rpm，螺杆组合采用弱 剪切螺杆组合，挤出温度200°C-240°C。
[0022] 此外，本发明还公开了所述耐压聚丙烯保温材料在深海输油输气管道中的应用。
[0023] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果： 本发明采用非常常用的聚丙烯树脂作为聚合物基体，通过填充空心玻璃微球和气相二 氧化硅制备得到耐压聚丙烯保温材料，其中的气相二氧化硅能够利用其多孔结构来提升空 心玻璃微球的填充效率，制备得到耐压聚丙烯保温材料较单一填充空心玻璃微球的保温材 料以及传统聚氨酯材料的导热系数更低，且耐压强度更高。当将上述制备得到的耐压聚丙 烯保温材料通过单螺杆挤出机挤出缠绕在输油输气管道上时，在获得相同的保温要求和导 热要求的前提下，能够减少挤出缠绕的层数，降低施工难度和成本。另外，不同深度的输油 输气管道可以通过单螺杆挤出机挤出缠绕不同层数的耐压聚丙烯保温材料以获得相应的 保温要求和导热要求，施工非常方便，是非常理想的深海输油输气管道用保温材料。
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