CN109627643A - 一种绝缘耐老化塑料壳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塑料壳技术领域，具体涉及一种绝缘耐老化塑料壳，原料包括PVC、增塑剂、热稳定剂、阻燃剂、增韧剂、抗氧化剂和润滑剂，增韧剂主要通过蓖麻油、4，4‑二苯基甲烷二异氰酸酯和纳米木质素制得。本发明采用蓖麻油聚氨酯对纳米木质素进行包覆制得增韧剂，包覆处理改善纳米木质素在PVC中的分散性，因此增韧效果较好，同时蓖麻油聚氨酯也具有较好的弹性，因此本发明的增韧剂通过弹性体增韧和刚性增韧的两种截然不同的机理协同增强PVC的韧性，使PVC具有优良的抗冲击性能，符合插头外壳的性能需求；此外纳米木质素中含有多元酚结构，可以作为防老剂提高插头的耐老化性。

Description

一种绝缘耐老化塑料壳
技术领域
本发明涉及塑料壳技术领域，具体涉及一种绝缘耐老化塑料壳。
背景技术
插头是电源线连接强电的关键部件，所以其性能的优劣直接影响安全使用，其中电源线插头在大功率场合工作过程中容易发热，或者在承载瞬间高压时产生打火现象，这些热量或火花都可能成为火灾的起源引起燃烧，必须引起重视。
聚氯乙烯(PVC)因其物理机械性能好、电绝缘性优越、注塑工艺简单、而且价格便宜，广泛用于注塑成型各种电源线插头，用于插头料的PVC材料主要由PVC树脂、增塑剂、热稳定剂、阻燃剂、抗冲击改性剂等组成。
PVC插头应当具有绝缘性、阻燃性、耐老化性和良好的机械性能，现有的PVC插头在耐老化性和机械性能上有所欠缺。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种绝缘耐老化塑料壳，具有良好的机械性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种绝缘耐老化塑料壳，包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为200-220℃，反应时间为1.5-2.5h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:80-120:1-3的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为4-6:2-3:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为50-70℃，反应时间为2-3h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:2.5-4.5；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
PVC本身具有优良的绝缘性，继而在PVC中加入阻燃剂、热稳定剂和抗氧化剂，使PVC复合材料符合插头需要的阻燃性和耐老化性，而为了提高PVC的抗冲击性，本发明加入了特制增韧剂。现有技术中，适用于PVC的抗冲击改性剂一般为CPE、ACR、MBS等，这几种抗冲击改性剂各有优劣，但目前这几款抗冲击改性剂主要依赖于进口，成本较高，而成本较低的刚性增韧粒子需要起到较好的增韧作用的话，对分散性的要求很高。本发明采用蓖麻油聚氨酯对纳米木质素进行包覆制得增韧剂，包覆处理改善纳米木质素在PVC中的分散性，因此增韧效果较好，同时蓖麻油聚氨酯也具有较好的弹性，因此本发明的增韧剂通过弹性体增韧和刚性增韧的两种截然不同的机理协同增强PVC的韧性，使PVC具有优良的抗冲击性能，符合插头外壳的性能需求；此外纳米木质素中含有多元酚结构，可以作为防老剂提高插头的耐老化性，并且通过包覆处理解决了纳米木质素易在PVC中迁移的问题，具有更好的稳定性。
其中，所述催化剂为三乙醇胺。三乙醇胺作为反应型催化剂可以提升蓖麻油的醇解效率，改变蓖麻油的分子结构，提高制得的聚氨酯韧性。
其中，所述纳米木质素的粒径为40-60nm，所述增韧剂的粒径为18.6-33.7μm。本发明采用聚氨酯对纳米木质素进行包覆，因而可以采用纳米直径的二氧化硅，解决纳米木质素的易团聚问题，同时为了避免喷雾过程中二氧化硅的自身团聚，因此粒径优选为100-200nm，并且通过控制纳米木质素的粒径后，增韧剂的粒径也得到了控制，制得的微米级增韧剂在PVC中可以具有较好的分散性，起到显著的增韧作用。
其中，所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯中的至少一种。增塑剂的作用在于提高PVC的加工流动性，利于各物料的混合分散。
其中，所述增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯按重量比1:1-3:1-3的比例组成。本发明复配选用的增塑剂对于PVC的加工性提升是显著的，利于增韧剂、热稳定剂等各助剂在PVC中的均匀分布，因为塑料壳不容易发生局部老化，稳定性更高。
其中，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
其中，所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比1-3:1-2:0.4-0.6的比例组成。本发明复配选用的阻燃剂在尽量不影响塑料壳的力学性能时，可以使塑料壳的阻燃性达到V0级别，并且提高塑料壳的热稳定性。
其中，所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的至少一种。
所述的一种绝缘耐老化塑料壳，通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。润滑剂可以提高熔融流动性和脱模性，利于增韧剂、热稳定剂等各助剂在PVC中的均匀分布，降低加工难度。
本发明的有益效果在于：PVC本身具有优良的绝缘性，继而在PVC中加入阻燃剂、热稳定剂和抗氧化剂，使PVC复合材料符合插头需要的阻燃性和耐老化性，而为了提高PVC的抗冲击性，本发明加入了特制增韧剂。现有技术中，适用于PVC的抗冲击改性剂一般为CPE、ACR、MBS等，这几种抗冲击改性剂各有优劣，但目前这几款抗冲击改性剂主要依赖于进口，成本较高，而成本较低的刚性增韧粒子需要起到较好的增韧作用的话，对分散性的要求很高。本发明采用蓖麻油聚氨酯对纳米木质素进行包覆制得增韧剂，包覆处理改善纳米木质素在PVC中的分散性，因此增韧效果较好，同时蓖麻油聚氨酯也具有较好的弹性，因此本发明的增韧剂通过弹性体增韧和刚性增韧的两种截然不同的机理协同增强PVC的韧性，使PVC具有优良的抗冲击性能，符合插头外壳的性能需求；此外纳米木质素中含有多元酚结构，可以作为防老剂提高插头的耐老化性，并且通过包覆处理解决了纳米木质素易在PVC中迁移的问题，具有更好的稳定性。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种绝缘耐老化塑料壳，包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为210℃，反应时间为2h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:100:2的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为5:2.5:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为60℃，反应时间为2.5h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:3.5；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
其中，所述催化剂为三乙醇胺。
其中，所述纳米木质素的粒径为50nm，所述增韧剂的粒径为25.4μm。
其中，所述增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯按重量比1:2:2的比例组成。
其中，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
其中，所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比2:1.5:0.5的比例组成。
其中，所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂由滑石粉、硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比1:1:2的比例组成。
所述的一种绝缘耐老化塑料壳，通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。
实施例2
一种绝缘耐老化塑料壳，包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为200℃，反应时间为1.5h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:80:1的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为4:2:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为50℃，反应时间为2h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:2.5；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
其中，所述催化剂为三乙醇胺。
其中，所述纳米木质素的粒径为40nm，所述增韧剂的粒径为18.6μm。
其中，所述增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯按重量比1:1:1的比例组成。
其中，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
其中，所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比1:1:0.4的比例组成。
其中，所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的至少一种。
所述的一种绝缘耐老化塑料壳，通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。
实施例3
一种绝缘耐老化塑料壳，包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为220℃，反应时间为2.5h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:120:3的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为6:3:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为70℃，反应时间为3h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:4.5；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
其中，所述催化剂为三乙醇胺。
其中，所述纳米木质素的粒径为60nm，所述增韧剂的粒径为33.7μm。
其中，所述增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯按重量比1:3:3的比例组成。
其中，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
其中，所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比3:2:0.6的比例组成。
其中，所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为滑石粉。
所述的一种绝缘耐老化塑料壳，通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。
实施例4
一种绝缘耐老化塑料壳，包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为205℃，反应时间为1.8h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:90:1.5的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为5:2:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为55℃，反应时间为2.3h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:3；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
其中，所述催化剂为三乙醇胺。
其中，所述纳米木质素的粒径为45nm，所述增韧剂的粒径为22.8μm。
其中，所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯。
其中，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
其中，所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比2:1:0.5的比例组成。
其中，所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为硬脂酸钙。
所述的一种绝缘耐老化塑料壳，通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。
实施例5
一种绝缘耐老化塑料壳，包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为215℃，反应时间为2h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:110:2.5的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为5:3:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为65℃，反应时间为2.8h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:4；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
其中，所述催化剂为三乙醇胺。
其中，所述纳米木质素的粒径为55nm，所述增韧剂的粒径为30.8μm。
其中，所述增塑剂为己二酸二辛酯。
其中，所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
其中，所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比2:2:0.5的比例组成。
其中，所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
所述的一种绝缘耐老化塑料壳，通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：所述增韧剂由ACR和CPE按重量比1:1的比例组成。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：所述增韧剂通过如下方法制得：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为200℃，反应时间为1.5h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:80:1的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为4:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为50℃，反应时间为2h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:2.5；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
对实施例1-5和对比例1-2进行拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度和阻燃性的测试，得到下表：
由上表数据可知，本发明的阻燃耐老化塑料壳具有优良的机械性能，并且阻燃性能均能达到V0级别，符合高阻燃性需求；通过实施例1和对比例1的对比可知，本发明的增韧剂与常规的ACR和CPE相比，在增韧效果上是比较好的，并且可以显著提升塑料壳的弯曲强度和拉伸强度；通过对比例1和对比例2的对比可知，聚氨酯增韧剂对于弯曲强度和拉伸强度的提升是较为明显的，但是缺少纳米木质素的刚性粒子增韧作用后，在抗冲击性能的提升上是不足的。
根据GB/T2951.12-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》对
实施例1-5和对比例1-2的塑料壳进行老化试验，然后测试拉伸强度和抗冲击强度，得到下表：
拉伸强度(MPa) 抗冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>)
实施例1 31.4 18.3
实施例2 25.1 16.2
实施例3 24.7 15.8
实施例4 23.6 14.5
实施例5 23.2 14.7
对比例1 21.1 15.3
对比例2 20.7 14.2
从实施例1和对比例1的对比可知，本发明的增韧剂由于内含纳米木质素，因此对塑料壳耐老化性能的提升也是更为显著的，而从对比例1和对比例2的对比可知，聚氨酯弹性体在增韧性和耐老化性的提升均不如常规的ACR和CPE。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：包括如下重量份的原料：
其中，所述增韧剂的制备方法包括如下步骤：
(1)醇解：取蓖麻油和甘油在催化剂的催化下进行醇解反应，反应温度为200-220℃，反应时间为1.5-2.5h，得到醇解蓖麻油，所述蓖麻油、甘油和催化剂的重量比为500:80-120:1-3的比例组成；
(2)改性：取4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于N，N-二甲基乙酰胺中，加入纳米木质素进行搅拌混合，得到异氰酸酯溶液，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、纳米木质素和N，N-二甲基乙酰胺的重量比为4-6:2-3:10；
(3)聚氨酯合成：将所述醇解蓖麻油加入至异氰酸酯溶液中进行反应，反应温度为50-70℃，反应时间为2-3h，即得到聚氨酯预聚体溶液，醇解蓖麻油与异氰酸酯溶液的重量比为1:2.5-4.5；
(4)喷雾：将所述聚氨酯预聚体溶液进行静电喷雾，即得到所述增韧剂。
2.根据权利要求1所述的一种醇解蓖麻油，其特征在于：所述催化剂为三乙醇胺。
3.根据权利要求1所述的一种醇解蓖麻油，其特征在于：所述纳米木质素的粒径为40-60nm，所述增韧剂的粒径为18.6-33.7μm。
4.根据权利要求1所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：所述增塑剂为偏苯三酸三辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：所述增塑剂由对苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯和癸二酸二辛酯按重量比1:1-3:1-3的比例组成。
6.根据权利要求1所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：所述热稳定剂为钙锌复合热稳定剂。
7.根据权利要求1所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：所述阻燃剂由聚磷酸铵、磷酸三苯酯和氢氧化铝按重量比1-3:1-2:0.4-0.6的比例组成。
8.根据权利要求1所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：所述抗氧化剂由抗氧剂168和抗氧剂1010按重量比1:1的比例组成。
9.根据权利要求1所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：所述润滑剂为滑石粉、硬脂酸钙和聚乙烯蜡中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种绝缘耐老化塑料壳，其特征在于：通过如下方法制得：按重量份数称取各原料进行分散混合，然后进行熔融挤出造粒，注塑成型，即得到所述的绝缘耐老化塑料壳。
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