CN109081976A - 一种新型uv-led紫外光交联聚乙烯电缆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型UV‑LED紫外光交联聚乙烯电缆料及其制备方法，涉及化工材料技术领域。本发明的用于紫外光辐照的交联聚乙烯包括以下重量份的组分：聚乙烯100份，自由基光引发剂0.1‑3.0份，多官能团交联剂0.1‑3.0份，引发辅助剂0.1‑3.0份，复合抗氧剂0.1‑2.0份。本发明的交联聚乙烯非常适用于紫外光辐照并形成紫外光交联聚乙烯，提高了其交联度并缩短了交联时间，提高了生产效率。

Description

一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工材料技术领域，尤其涉及一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯具有优异的电绝缘性、耐化学性和良好的加工性能而被广泛应用于国民生产的各个领域。但在某些特殊场合，聚乙烯还不能完全满足人们对材料性能的要求，如耐热性能等。因此对聚乙烯材料进行一系列的改性是必要的，其中最为有效的方式是使聚乙烯交联。聚乙烯经过交联后，其分子结构就有线性的变成了三维网络状结构，其力学强度、耐热性能、耐环境性能和耐化学性能等都得到了不同程度的提高，扩大了聚乙烯的应用范围。目前，交联聚乙烯凭其独特的分子结构和优异的性能已被广泛应用于电线电缆等领域。

目前比较成熟的聚乙烯的交联方式主要有辐射交联、过氧化物交联、硅烷交联和紫外光交联。其中辐射交联是发展最早、应该最广泛的一种交联方式，但辐射交联存在设备投资高、维护费用大、挤出和交联工艺不连续、生产效率低等缺点，并不能在中小电线电缆企业中得到广泛应该。过氧化物交联是通过加热、加压的方式引发聚乙烯交联，其生产速度慢，并且伴随着大量的能源消耗。硅烷交联是利用硅烷接枝到聚乙烯大分子链上，然后在侧基发生水解，在催化剂的存在下，脱水缩合形成交联，这种方式因为涉及水解反应，因此所得制品的稳定性较差，同时制品的耐温等级也较低，并且同业存在生产工艺不连续的缺点。紫外光交联是近年来发展起来的一种新的交联方式，通过向聚乙烯中添加光引发剂，经紫外光辐照后，光引发剂吸收特定波长的光能转变为激发态，形成自由基，快速生产具有三维网状结构的交联聚乙烯。紫外光辐照交联技术已经成功应用于电线电缆行业，该项技术具有独特的优势：所需交联设备投资低、工艺简单、操作维护方便，节能环保、生产效率高、产品成本低，耐高温特性和力学性能优良，同时由于采用紫外光作为辐照源，可适用于制造不同尺寸的产品。

然而目前紫外光辐照设备主要是以高压汞灯作为光源，高压汞灯是在电源的高压激发下，使灯管内部的汞雾化而发出紫外光。但其产生的紫外光只占10％左右，主要分布在250nm-400nm，其余主要为红外，造成了大量的能量浪费。同时红外光谱在紫外光辐照交联聚乙烯材料的过程中不产生有效作用，反而会因为红外产生大量的热量，一方面造成辐照温度过高，容易使聚乙烯材料分解，另一方面，高温对辐照设备造成损失，例如高温会使得辐照交联设备中的反光板受热变形，而起不到反射紫外光的作用。随着技术的不断发展，出现了一种新的基于LED光源的UV-LED紫外光光源，该光源更加的节能、环保、不含汞、可在低温条件下工作，使用寿命更长。与传统的高压汞灯相比，UV-LED具有许多特点：1、使用寿命更长，可超过30000小时；2、能耗低、相比传统高压汞灯，可节能90％；3、冷光源，无红外热辐射；4、不含汞，安全环保；5、光输出稳定；6、维护成本低，更加经济。UV-LED发射的紫外光为单峰紫外光谱，其光源的发射谱带宽度大约为10nm。目前市场上UV-LED光源的波峰主要集中在365-395nm。但现有的紫外光辐照交联聚乙烯的光引发剂的吸收光谱在该范围内吸收有限，故无法提供足够的引发活性，交联效率低下，无法达到电缆材料对交联度的要求。因此开发与UV-LED相匹配的，具有更强吸光能力和更高引发活性的适用于紫外光辐照的交联聚乙烯材料是非常需要的。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料及其制备方法，主要目的是解决紫外交联聚乙烯在UV-LED辐照下交联效率低的问题。

为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其包括以下重量份的各组分：聚乙烯100份，自由基光引发剂0.1-3.0份，多官能团交联剂0.1-3.0份，引发辅助剂0.1-3.0份，复合抗氧剂0.1-2.0份。

作为优选，所述交联聚乙烯包括以下重量份的组分：聚乙烯100份，自由基光引发剂0.5-2.0份，多官能团交联剂0.5-2.0份，引发辅助剂0.5-2.0份，复合抗氧剂0.5-1.5份。

作为优选，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯中的至少一种。

作为优选，所述自由基光引发剂为联苯甲酰、TPO(2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦)及ITX(2-异丙基硫杂蒽酮(2、4异构体混合物))中的至少一种。

作为优选，所述多官能团交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚及三甘醇甲基丙烯酸酯中的至少一种。

作为优选，所述引发辅助剂为环氧杂丁烷。

作为优选，所述复合抗氧剂由酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂及含硫酯类抗氧剂中的任意两种或两种以上组成。

另一方面，本发明实施例提供了上述紫外光交联聚乙烯电缆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

按照上述用于紫外光辐照的交联聚乙烯的配方准备各原料并混合后得到混合料；

将挤塑机加热到120-200℃，将所述混合料投入所述挤塑机进行挤出，挤出后立即进入水槽冷却，随后进入由光功率密度UV-LED紫外灯光源组成的紫外光辐照交联设备中进行紫外光辐照交联，辐照1-5s后，得到紫外光交联聚乙烯电缆材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用特定光引发剂及光引发辅助剂可以在UV-LED辐照下激发产生大量的自由基的技术手段，使聚乙烯发生交联反应，克服了传统紫外光交联聚乙烯在UV-LED辐照下交联效率低的技术问题，达到了提高交联度、增强吸光能力和增强引发活性的技术效果。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

按照如下配方准备各原材料：100份线性低密度聚乙烯(7042)、1.8份TPO、1.2份TAC、1.3份环氧杂丁烷、0.2份抗氧剂1010和0.1份DLTP；将以上原料在混料机中以250rpm的速度搅拌5min后得到混合料；将挤塑机预热到170℃，投入上述混合料，使得混合料充分塑化，挤出并进入水槽冷却，随后进入UV-LED紫外光辐照交联设备中进行辐照，辐照时间3s，得到紫外光辐照交联聚乙烯电线电缆。

实施例2

按照如下配方准备各原材料：80分高密度聚乙烯(5000s)、20份线性低密度聚乙烯(7042)、1.2份ITX、1.2份TMPTA、1.0份环氧杂丁烷、0.3份抗氧剂1010和0.1份DLTP；将以上原料在混料机中以250rpm的速度搅拌5min后得到混合料；将挤塑机预热到165℃，投入上述混合料，使得混合料充分塑化，挤出并进入水槽冷却，随后进入UV-LED紫外光辐照交联设备中进行辐照，辐照时间3s，得到紫外光辐照交联聚乙烯电线电缆。

对比例1

本对比例1与实施例1不同之处在于，本对比例1的光引发剂为传统紫外光辐照交联聚乙烯电缆材料中的安息香双甲醚且未添加ITX和环氧杂丁烷。

对比例2

本对比例2与实施例2不同之处在于，本对比例2的原材料中未添加环氧杂丁烷。

对实施例1-2和对比例1-2的紫外光交联聚乙烯电缆材料进行性能测试，结果如表1。

表1.实施例和对比例材料性能测试结果

通过对比将实施例1和对比例对比，将实施例2和对比例2对比可知：传统紫外光辐照交联聚乙烯材料在UV-LED紫外灯辐照下，交联效率很低，交联度低于20％，无法满足要求；同时在不加入环氧杂丁烷的对比试验2中，交联度也低于20％。而本发明中UV-LED紫外光交联聚乙烯电线电缆材料经UV-LED紫外光辐照交联后，交联效率大幅度提高，辐照时间在5s以内，同时材料性能优良，完全可以满足交联交联聚乙烯电线电缆的性能要求。

本发明适用于UV-LED紫外光辐照交联的聚乙烯电缆材料相比传统的(高压汞灯辐照)紫外光辐照交联聚乙烯，交联速度更快(1-3s以内就可以完成交联，达到电缆的使用要求)，大大提高生产效率(相比传统的高压汞灯需要6-15s左右的交联时间，生产效率提高几倍)。

同时，与传统的紫外光交联聚乙烯电缆材料相比，本发明配方里选择了不同的引发剂，同时还增加了交联辅助剂。在对比试验中可以看出，上述两个材料的选择可以很好的使得本发明的材料适用于UV-LED紫外光辐照设备。而传统的紫外光辐照交联聚乙烯材料在UV-LED紫外光辐照设备中辐照时间较短的情况下(小于5s)，则无法达到满意的交联度，无法满足实际应用的需求。

本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。

以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述交联聚乙烯包括以下重量份的组分：聚乙烯100份，自由基光引发剂0.1-3.0份，多官能团交联剂0.1-3.0份，引发辅助剂0.1-3.0份，复合抗氧剂0.1-2.0份。

2.如权利要求1所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述交联聚乙烯包括以下重量份的组分：聚乙烯100份，自由基光引发剂0.5-2.0份，多官能团交联剂0.5-2.0份，引发辅助剂0.5-2.0份，复合抗氧剂0.5-1.5份。

3.如权利要求1或2所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯中的至少一种。

4.如权利要求1或2所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述自由基光引发剂为联苯甲酰、TPO(2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦)及ITX(2-异丙基硫杂蒽酮(2、4异构体混合物))中的至少一种。

5.如权利要求1或2所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述多官能团交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三聚异氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚及三甘醇甲基丙烯酸酯中的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述引发辅助剂为环氧杂丁烷。

7.如权利要求1或2所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料，其特征在于，所述复合抗氧剂由酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂及含硫酯类抗氧剂中的任意两种或两种以上组成。

8.权利要求1-7任一项所述的一种新型UV-LED紫外光交联聚乙烯电缆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

按配方准备各原料并混合，得到混合料；

将挤塑机加热到120-200℃，将所述混合料投入所述挤塑机进行挤出，挤出后立即进入水槽冷却，随后进入由光功率密度UV-LED紫外灯光源组成的紫外光辐照交联设备中进行紫外光辐照交联，辐照1-5s后，得到紫外光交联聚乙烯电缆材料。