CN108559185A - 一种环保电缆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯30‑40份、三元乙丙橡胶35‑45份、相容剂3‑5份。本发明还公开了所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、相容剂按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。本发明公开的电缆料价格更低廉，具有优异的绝缘和力学性能，抗老化、防火阻燃、抗电磁干扰、热导性能好、使用安全环保。

Description

一种环保电缆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种添加有纳米二氧化硅包覆石墨烯的环保电缆料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展及电力电器行业的迅猛壮大，作为电力传输的主要载体和实现信息和电磁转换的电线电缆需求量越来越大，对其性能要求也越来越高。其性能的好坏直接影响到工程质量及消费者的生命财产安全。因此，电线电缆还被称为国民经济的“动脉”与“神经”，是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器、仪表，实现电磁能量转换所不可缺少的基础性器材，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。
电线电缆的性能取决于电缆料的成分及配比，性能优异的电缆料不仅要求具有优异的绝缘和力学性能，还要求抗老化、防火阻燃、抗电磁干扰、热导性能好、使用安全环保。目前常用的电缆料多使用聚氯乙烯材料或者橡胶作为主要材料，聚氯乙烯材料具有优良的机械物理性能、柔韧性、耐化学试剂性能，价格便宜，并且加工性能优异，但是由于其成分中含有氯，在生产过程中会造成环境污染。橡胶材料在耐火阻燃性能方面难以满足人们的使用要求，且高温条件下，橡胶容易融化分解，产生对环境有较大污染的物质，耐老化、耐候性都有待提高。
因此，寻求更为有效的方法，制备出具有优异的绝缘和力学性能，抗老化、防火阻燃、抗电磁干扰、热导性能好、使用安全环保的电缆料势在必行，其是保护人类健康，维护生态环境，降低对社会环境的威胁和污染，实现企业的可持续发展的必经之路。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种环保电缆料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备要求不高，原料易得，后处理方便，价格低廉，适合大规模生产；制备得到的环保电缆料克服了传统电缆料成本高，耐火阻燃性能差，对环境污染大、抗老化耐高温耐候性均不理想等缺陷。与现有技术中电缆料相比，本发明公开的电缆料价格更低廉，具有优异的绝缘和力学性能，抗老化、防火阻燃、抗电磁干扰、热导性能好、使用安全环保。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯30-40份、三元乙丙橡胶35-45份、相容剂3-5份。
进一步地，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中一种或两种。
优选地，所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉和石墨烯，与四氯化硅混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到500℃～700℃，使其发生反应，反应5～8小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物5-8次，然后用去离子水洗涤4-7次后置于真空干燥箱80-90℃下烘10-15小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯分散于高沸点溶剂中，然后向其中加入无水吡啶和氯磺化聚乙烯，在冰水浴中反应6-8小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)50-60℃下搅拌反应4-6小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱80-90℃下烘12-15小时；
3)将经过步骤2)制备得到的产物浸泡于60-70℃下是质量分数为10-20％的三聚磷酸钠的水溶液中30-40小时，后取出并用水清洗5-8次，并置于真空干燥箱80-90℃下烘12-15小时。
优选地，步骤1)中所述锌粉、石墨烯、四氯化硅的质量比为(12-15):1:3。
优选地，步骤2)中所述纳米二氧化硅包覆石墨烯、高沸点溶剂、无水吡啶、氯磺化聚乙烯、[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯的质量比为(3-5)：(10-15)：(1-2):(10-12):1。
优选地，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮。
优选地，步骤3)中所述经过步骤2)制备得到的产物、三聚磷酸钠的水溶液的质量比为1：(50-80)。
一种所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、相容剂按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
(1)本发明公开的环保电缆料原料易得，价格低廉，制备方法简单易行，对设备要求不高，适合大规模生产。
(2)本发明公开的环保电缆料，克服了传统电缆料成本高，耐火阻燃性能差，对环境污染大、抗老化耐高温耐候性均不理想等缺陷。与现有技术中电缆料相比，本发明公开的电缆料价格更低廉，具有优异的绝缘和力学性能，抗老化、防火阻燃、抗电磁干扰、热导性能好、使用安全环保。
(3)本发明公开的环保电缆料，通过将氯磺化聚乙烯进行改性，不仅保留了其优异的耐臭氧性能、耐热老化性能、耐候性、耐油性、耐化学药品性能及广泛且廉价的硫化体系解决方案，而且截断了高温时导致环境污染的源头氯元素，有利于环保。
(4)本发明公开的环保电缆料，在对氯磺化聚乙烯进行改性时，添加了二氧化硅包覆石墨烯，不仅对电缆料起到增强作用，提高其机械力学性能的同时，提高了电缆料的导热性，有利于热量及时散出，也提高了电磁抗干扰的作用，且通过表面包覆，提高了电缆料的绝缘性。
(5)本发明公开的环保电缆料，通过在改性氯磺化聚乙烯时引入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯结构，有利于提高电缆料耐高温阻燃性能。
(6)本发明公开的环保电缆料，加入的无机助剂较少，二氧化硅包覆石墨烯以化学键固定在分子链中，起到交联，使分子链形成三维网络结构，从而提高其综合性能，通过化学键的固定，有利于纳米粒子的分散及与聚合物基体的相容性。避免了电缆在使用过程中的无机小分子外渗现象。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。下述实施例中所述碳量子点购自南京捷纳思新材料有限公司。
实施例1
一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯30份、三元乙丙橡胶35份、马来酸酐接枝聚乙烯3份。
所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉120g和石墨烯10g，与四氯化硅30g混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到500℃，使其发生反应，反应5小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物5次，然后用去离子水洗涤4次后置于真空干燥箱80℃下烘10小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯9g分散于二甲亚砜30g中，然后向其中加入无水吡啶3g和氯磺化聚乙烯30g，在冰水浴中反应6小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)3g 50℃下搅拌反应4小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱80℃下烘12小时；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g浸泡于60℃下是质量分数为10％的三聚磷酸钠的水溶液800g中30小时，后取出并用水清洗5次，并置于真空干燥箱80℃下烘12小时。
一种所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚乙烯按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
实施例2
一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯33份、三元乙丙橡胶38份、马来酸酐接枝聚丙烯4份。
所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉13g和石墨烯10g，与四氯化硅30g混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到550℃，使其发生反应，反应6小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物6次，然后用去离子水洗涤5次后置于真空干燥箱83℃下烘13小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯11g分散于N,N-二甲基甲酰胺36g中，然后向其中加入无水吡啶4g和氯磺化聚乙烯33g，在冰水浴中反应6.5小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)3g 53℃下搅拌反应5小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱84℃下烘13小时；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10浸泡于63℃下是质量分数为13％的三聚磷酸钠的水溶液750g中33小时，后取出并用水清洗6次，并置于真空干燥箱84℃下烘13.5小时。
一种所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚丙烯按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
实施例3
一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯35份、三元乙丙橡胶42份、马来酸酐接枝聚乙烯4份。
所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉13.5g和石墨烯10g，与四氯化硅30g混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到600℃，使其发生反应，反应6.5小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物7次，然后用去离子水洗涤6次后置于真空干燥箱85℃下烘13.5小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯13g分散于N-甲基吡咯烷酮39g中，然后向其中加入无水吡啶5g和氯磺化聚乙烯34g，在冰水浴中反应7小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)3g 56℃下搅拌反应5小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱86℃下烘14小时；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g浸泡于67℃下是质量分数为16％的三聚磷酸钠的水溶液680g中36小时，后取出并用水清洗7次，并置于真空干燥箱86℃下烘14小时。
一种所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚乙烯按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
实施例4
一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯38份、三元乙丙橡胶43份、马来酸酐接枝聚丙烯5份。
所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉14g和石墨烯10g，与四氯化硅30g混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到650℃，使其发生反应，反应7.5小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物8次，然后用去离子水洗涤6次后置于真空干燥箱88℃下烘14小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯14g分散于二甲亚砜43g中，然后向其中加入无水吡啶5.5g和氯磺化聚乙烯35g，在冰水浴中反应7.5小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)3g 58℃下搅拌反应5.5小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱88℃下烘14.5小时；
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g浸泡于68℃下是质量分数为18％的三聚磷酸钠的水溶液600g中38小时，后取出并用水清洗7次，并置于真空干燥箱88℃下烘14小时。
一种所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚丙烯按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
实施例5
一种环保电缆料，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯40份、三元乙丙橡胶45份、相容剂5份；所述相容剂是马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯按质量比2:3混配而成。
所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉15g和石墨烯10g，与四氯化硅30g混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到700℃，使其发生反应，反应8小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物8次，然后用去离子水洗涤7次后置于真空干燥箱90℃下烘15小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯15g分散于高沸点溶剂45g中，然后向其中加入无水吡啶6g和氯磺化聚乙烯36g，在冰水浴中反应8小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)3g 60℃下搅拌反应6小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱90℃下烘15小时；所述高沸点溶剂是二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮按质量比2:3:7混配而成。
3)将经过步骤2)制备得到的产物10g浸泡于70℃下是质量分数为20％的三聚磷酸钠的水溶液500g中40小时，后取出并用水清洗8次，并置于真空干燥箱90℃下烘15小时。
一种所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、相容剂按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
对比例1
市售传统橡胶电缆料。
对上述实施例1-5以及对比例所得环保电缆料进行测试，测试结果及测试方法见表1。
表1 实施例及对比例电缆料性能测试结果
从上表可以看出，本发明实施例公开的环保电缆料，拉伸强度41-49MPa，断裂伸长率910-950％，极限氧指数45-55％，老化前后断裂伸长率的变化率0％，而市售市售传统橡胶电缆料，拉伸强度24MPa，断裂伸长率600％，极限氧指数25％，老化前后断裂伸长率的变化率30％。可见，本发明实施例公开的环保电缆料具有较好的力学性能、阻燃性和抗老化性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种环保电缆料，其特征在于，由下列重量份的组分原料制备而得：改性氯磺化聚乙烯30-40份、三元乙丙橡胶35-45份、相容剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的环保电缆料，其特征在于，所述相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中一种或两种。
3.根据权利要求1所述的环保电缆料，其特征在于，所述改性氯磺化聚乙烯的制备方法，包括如下步骤：
1)将锌粉和石墨烯，与四氯化硅混合均匀后装入反应釜中，封紧反应釜，在加热炉中加热到500℃～700℃，使其发生反应，反应5～8小时，停止加热，使反应釜在加热炉中自然冷却至室温；再用质量分数为20％的盐酸洗涤产物5-8次，然后用去离子水洗涤4-7次后置于真空干燥箱80-90℃下烘10-15小时，得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯；
2)将经过步骤1)制备得到的纳米二氧化硅包覆石墨烯分散于高沸点溶剂中，然后向其中加入无水吡啶和氯磺化聚乙烯，在冰水浴中反应6-8小时，再向其中加入[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯(CAS:116384-53-3)50-60℃下搅拌反应4-6小时，后在乙醇中沉出，并置于真空干燥箱80-90℃下烘12-15小时；
3)将经过步骤2)制备得到的产物浸泡于60-70℃下是质量分数为10-20％的三聚磷酸钠的水溶液中30-40小时，后取出并用水清洗5-8次，并置于真空干燥箱80-90℃下烘12-15小时。
4.根据权利要求3所述的环保电缆料，其特征在于，步骤1)中所述锌粉、石墨烯、四氯化硅的质量比为(12-15):1:3。
5.根据权利要求3所述的环保电缆料，其特征在于，步骤2)中所述纳米二氧化硅包覆石墨烯、高沸点溶剂、无水吡啶、氯磺化聚乙烯、[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-基)乙氧基]甲基]膦酸二乙酯的质量比为(3-5)：(10-15)：(1-2):(10-12):1。
6.根据权利要求3所述的环保电缆料，其特征在于，所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求3所述的环保电缆料，其特征在于，步骤3)中所述经过步骤2)制备得到的产物、三聚磷酸钠的水溶液的质量比为1：(50-80)。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述环保电缆料的制备方法，包括如下步骤：将改性氯磺化聚乙烯、三元乙丙橡胶、相容剂按比例混合，得到混合料，然后将混合料加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，再进行造粒，得到环保电缆料。
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