CN110922675A - 高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物及其制备方法 - Google Patents

高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其包括按重量份数计的如下组分：弹性树脂：80～100份；防污剂：15～25份；介电材料：10～20份；相容剂：4～8份；润滑剂：1～3份；抗氧化剂：0.3～0.6份。本发明具有如下的有益效果：本发明采用N‑(3,4‑亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺作为防污剂活性成分，附着于埃洛石纳米管管腔内，利用埃洛石纳米管特殊的中空管状结构以及多层的管壁间隙，同时采用笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管，对埃洛石纳米管进行“封端”，实现防污剂可控缓释，大大延长防污作用时间；本发明还采用云母粉和片状氧化铝作为介电材料，同时协同弹性树脂以及相容剂、润滑剂等其他加工助剂，使产品具有长效防污、高介电等优点。

Description

高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
水下电缆是用绝缘材料包裹的导线，敷设在海底及河流水下，实现电力输送、信号控制、信息转递与发射等功能。水下电缆分水下通信电缆和水下电力电缆。水下通信电缆主要用于通讯业务，费用昂贵，但保密程度高。水下电力电缆主要用于水下传输大功率电能,与地下电力电缆的作用等同，只不过应用的场合和敷设的方式不同。
传统的水下电缆采用PE、绝缘橡胶挤出或浸渍纸包方法制备，多为防止水下电缆腐蚀、老化等，而对于水下电缆的防污处理未见相关报道。
而水下电缆特别是海底电缆在铺设完成后，容易引发海洋微生物、藻类和软体动物的富集生长。它们通过自身分泌的粘液、蛋白质黏合剂在电缆表面形成一层生物膜进行长时间的粘附居住，进而在材料表面大量繁殖生长，严重影响电缆的维修维护和使用寿命。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其包括按重量份数计的如下组分：
Figure BDA0002324371870000011
Figure BDA0002324371870000021
作为优选方案，所述弹性树脂为TPE、POP和EAA的混合物。
作为优选方案，所述TPE、POP和EAA的重量比为2:3:3。
作为优选方案，所述防污剂为笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺。
作为优选方案，所述笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺的制备方法为：
将无水三氯化铝在丙酮中分散均匀后，依次加入1,3-苯并二氧杂戊环和N-羟甲基丙烯酰胺，在30～50℃下反应后，经过滤、重结晶后，得到N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺；
将所述N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺溶解于水中后，加入埃洛石纳米管，反应后得到埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺；
将笼型聚倍半硅氧烷溶解于环己酮中，加入埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺，在90～110℃下进行反应后，得到所述笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺。
作为优选方案，所述介电材料为云母粉和片状氧化铝的混合物。
作为优选方案，所述相容剂为POE-g-MAH、POP-g-MAH中至少一种，接枝率≥2.5％。
作为优选方案，所述润滑剂为PE蜡、乙烯基双硬脂酰胺中至少一种。
作为优选方案，所述抗氧化剂为质量比为2:1的抗氧化剂1010和助抗氧化剂 168的混合物。
一种如前述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物的制备方法，其包括如下步骤：
依次将弹性树脂、防污剂、介电材料、相容剂、润滑剂、抗氧化剂加入高速混合机内，以150～200rpm的转速常温搅拌0.5～1.5h，得到预混料；
将所述预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得高介电长效防污水下电缆外皮专用料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为70～90℃，二区温度为 80～100℃，三区温度为100～130℃，四区温度为110～140℃，五区温度为110～140℃，模头温度为90～110℃，喂料速度为130～160rpm，螺杆转速为180～220rpm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺作为防污剂活性成分，附着于埃洛石纳米管管腔内，利用埃洛石纳米管特殊的中空管状结构以及多层的管壁间隙，同时采用笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管，对埃洛石纳米管进行“封端”，实现防污剂可控缓释，大大延长防污作用时间；
2、本发明还采用云母粉和片状氧化铝作为介电材料，同时协同弹性树脂以及相容剂、润滑剂等其他加工助剂，使产品具有长效防污、高介电等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺的具体制备过程；
图2为笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载辣椒素衍生物防污剂的具体制备过程。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中，埃洛石纳米管为中空管状结构，管长≤1.5μm，管外径≤40nm，管内径≤15nm，选自灵寿县腾岩矿产品加工厂；笼型聚倍半硅氧烷为八环氧基笼形倍半硅氧烷，选自美国Hybrid Plastics公司；TPE材料邵氏硬度为≤65，熔融指数≥5.0g/10min，市售；POP型号为1881G，选自美国陶氏；EAA材料邵氏硬度为50，熔融指数14g/10min，选自美国陶氏的5980I。
本发明中的防污剂的制备方法为：
S1、N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺的制备
在250ml三口瓶中依次5g无水三氯化铝和150ml丙酮，在200r/min条件下磁力搅拌1.5h至分散均匀后，依次加入50g 1,3-苯并二氧杂戊环(胡椒环)和48g N-羟甲基丙烯酰胺。保持40℃的恒温条件下充分搅拌反应至大量白色沉淀产生，过滤，分别用蒸馏水、无水乙醇再经乙醇重结晶反复清洗后干燥，得到白色晶体，即为N-(3,4-亚甲二氧基苄基) 丙烯酰胺。
S2、埃洛石纳米管负载辣椒素衍生物的制备
取步骤S1制得的N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺10g溶解于90g去离子水中，配置成10％的N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺水溶液，取20g埃洛石纳米管加入10％的 N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺水溶液，在常温条件下以150r/min充分搅拌1h后，边蒸馏水洗涤边真空抽滤3次，80℃烘箱干燥5h后粉粹，研磨得到埃洛石纳米管负载辣椒素衍生物即埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺；
S3、笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺的制备
称取5g笼型聚倍半硅氧烷溶解于30ml环己酮中，边搅拌边加入3g步骤B制得的埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺，充分搅拌分散均匀后，升温至 100℃反应2h后，置于烘箱内80℃干燥2h，粉碎，研磨得到笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺。
本发明中实施例1～4的高介电长效防污水下电缆外皮专用料的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一、按照表1中的配比称取弹性树脂、防污剂、介电材料、相容剂、润滑剂、抗氧化剂、备用；
步骤二、依次将弹性树脂、防污剂、介电材料、相容剂、润滑剂、抗氧化剂加入高速混合机内，以150～200rpm的转速常温搅拌0.5h，得到预混料；
步骤三、将步骤二所得的预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得高介电长效防污水下电缆外皮专用料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为70～90℃，二区温度为80～100℃，三区温度为100～130℃，四区温度为110～140℃，五区温度为 110～140℃，模头温度为90～110℃，喂料速度为130～160r/min，螺杆转速为180～220r/min。
其中，介电材料为云母粉和片状氧化铝按照质量比2:3组成；云母粉为二维片状结构，平均粒径≤5μm，径厚比≥100；所述片状氧化铝为片状结构，片晶尺寸为5～20 μm，径厚比为3～8；
相容剂为POE-g-MAH、POP-g-MAH中至少一种，接枝率≥2.5％；
润滑剂为PE蜡、乙烯基双硬脂酰胺中至少一种；
抗氧化剂为质量比为2:1的抗氧化剂1010和助抗氧化剂168的混合物。
本发明中对比例1～4的组分和配配如表1所示，制备方法与实施例1～4相同，不同之处仅在于，对比例3中选用的防污剂与实施例3中的不同，对比例3配方中直接用埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺作为防污剂；对比例4中选用的介电材料与实施例3不同，对比例4配方中直接用云母粉作为介电材料。
表1实施例1-4和对比例1-4的组分和配比
Figure BDA0002324371870000051
*采用成分有所不同
将上述实施例1～4和对比例1～4获得的样品，介电强度按照GB/T1408.1-2006《绝缘材料电气强度试验方法第1部分工频下试验》进行性能测试，海洋生物附着率测试采用将水下电缆放置福建东山海域，并在第6、12、18、24个月个检测一次，具体测试结果如表2～3所示。
表2海洋生物附着率
Figure BDA0002324371870000052
表3材料介电强度
Figure BDA0002324371870000053
由表2和3测试结果可见，添加防污剂和介电材料，能有效提高水下电缆的防污性能和介电性能，对比例1和3与实施例3的区别在于对比例1配方中没有防污剂，而对比例3配方中直接用埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺作为防污剂，从测试结果可以看出，对比例1和3的防污效果明显及防污时效性不如实施例3，这是由于实施例3有采用笼型聚倍半硅氧烷对埃洛石纳米管进行“封端”，有效实现防污剂的缓释效果，提高防污周期。
而对比例2和4与实施例3的区别在于对比例2配方中没有介电材料，对比例4配方中直接用云母粉作为介电材料，从测试结果可以看出，实施例介电性能优于对比例2 和4，只是由于采用云母粉和片状氧化铝复配作为介电材料，有利于云母粉和片状氧化铝在弹性树脂中的“穿插”，提高材料的介电性能，本发明采用最优选的采用实施例3 的配方，材料的防污和介电性能最为均衡。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：
Figure FDA0002324371860000011
2.如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述弹性树脂为TPE、POP和EAA的混合物。
3.如权利要求2所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述TPE、POP和EAA的重量比为2:3:3。
4.如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述防污剂为笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺。
5.如权利要求4所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺的制备方法为：
将无水三氯化铝在丙酮中分散均匀后，依次加入1,3-苯并二氧杂戊环和N-羟甲基丙烯酰胺，在30～50℃下反应后，经过滤、重结晶后，得到N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺；
将所述N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺溶解于水中后，加入埃洛石纳米管，反应后得到埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺；
将笼型聚倍半硅氧烷溶解于环己酮中，加入埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺，在90～110℃下进行反应后，得到所述笼型聚倍半硅氧烷修饰埃洛石纳米管负载N-(3,4-亚甲二氧基苄基)丙烯酰胺。
6.如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述介电材料为云母粉和片状氧化铝的混合物。
7.如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述相容剂为POE-g-MAH、POP-g-MAH中至少一种，接枝率≥2.5％。
8.如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述润滑剂为PE蜡、乙烯基双硬脂酰胺中至少一种。
9.如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物，其特征在于，所述抗氧化剂为质量比为2:1的抗氧化剂1010和助抗氧化剂168的混合物。
10.一种如权利要求1所述的高介电长效防污水下电缆外皮专用料组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
依次将弹性树脂、防污剂、介电材料、相容剂、润滑剂、抗氧化剂加入高速混合机内，以150～200rpm的转速常温搅拌0.5～1.5h，得到预混料；
将所述预混料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得高介电长效防污水下电缆外皮专用料；控制所述双螺杆挤出机的工作参数如下：一区温度为70～90℃，二区温度为80～100℃，三区温度为100～130℃，四区温度为110～140℃，五区温度为110～140℃，模头温度为90～110℃，喂料速度为130～160rpm，螺杆转速为180～220rpm。
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