CN115028986B - 电缆护套材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆护套材料，其该材料包括以5‑氨基‑2‑氟苯甲酸改性后的玻璃颗粒。通过抗菌改性剂对玻璃颗粒进行改性作为材料，解决了现有材料的相容性不足，机械性能较低的问题。因玻璃的颗粒的存在，能够补强基体、降低材料密度，并赋予材料一定的阻燃性能。5‑氨基‑2‑氟苯甲酸改性剂中的羟基苯甲酸结构、氨基能够使材料具有一定的抗菌性能，羧基可以和玻璃表面的羟基发生反应，改善材料和高分子基体之间的相容性，进一步提高材料性能，苯环的刚性结构能够提高材料的热稳定性能。
Description
技术领域
本发明涉及电缆护套料领域，特别是涉及一种电缆护套材料、电缆护套材料制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(Thermoplastic polyurethanes，TPU)材料，具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。目前，TPU已广泛应用于医疗卫生、电子电器、工业及体育等方面，其具有其它塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化等特性。由于TPU所具有的优良特性，在汽车配件、机械工业用部件、电力电器等行业广泛应用。
TPU抗拉强度、伸长率以及耐磨性能相比于其他材料优点明显，在电力电缆行业中主要用于电缆护套材料，多用于需要高频弯曲、拖拽、移动的场合。但在一些较为恶劣的使用环境，如水泡、河岸、码头等，电缆在湿热条件下容易滋生细菌和霉菌，其物理性能急剧下降，尤其是电缆护套出现刮擦、裂缝，细菌霉菌将进一步滋生并破坏结构，从而降低电缆的安全性，减短电缆使用寿命。
目前，针对高分子抗菌材料的制备，主要是从原材料本身和材料两方面进行，前者是针对高分子基体，在合成单体及聚合阶段，引入部分具有抗菌特性的基团，而后者则是通过对材料进行改性或直接在配方中加入抗菌剂，但因为添加材料由于基体的共混效果，相容性不足，机械性能较低。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明公开了一种电缆护套材料、电缆护套材料制备方法，以解决现存的电缆护套材料相容性不足，机械性能较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电缆护套材料，包括以5-氨基-2-氟苯甲酸改性后的玻璃颗粒，所述玻璃颗粒的直径在700-900目。
优选地，按重量份数计,包括1-3份的5-氨基-2-氟苯甲酸、50-200份的空心玻璃微珠(即玻璃颗粒的一种可选类型)、以及1-2份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
优选地，按重量份数计,该材料还包括50-200份的热塑性聚氨酯弹性体和2-10份的阻燃剂。
为实现上述目的，本发明还提供了一种电缆护套材料的制备方法，包括以下步骤：
将空心玻璃微珠与5-氨基-2-氟苯甲酸置于反应溶剂，在冷凝回流装置下于30℃-80℃混合搅拌，过滤溶剂，干燥后得到改性后的空心玻璃微珠。
优选地，反应溶剂为无水乙醇；按重量份数计，加入0.1-0.3份的5-氨基-2-氟苯甲酸与0.3-0.7份的空心玻璃微珠。
优选地，冷凝回流装置下于30℃-80℃搅拌时间为1小时以上。
优选地，干燥使用烘干装置，烘干温度为50°-80°度，烘干时间为20-30小时。
优选地，还包括以下步骤：
用50-200份热塑性聚氨酯弹性体、2-10份的阻燃剂、1-2份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、50-200份的所述改性后的空心玻璃微珠，在混炼机中150℃下初次混炼，然后将初混物取出后再次投入混炼机中150℃下再次混炼。
优选地，所述初次混炼和再次混炼的时间均为15分钟。
优选地，所述阻燃剂为氢氧化镁。
本发明的有益效果是：
通过抗菌改性剂5-氨基-2-氟苯甲酸对700-900目的玻璃颗粒行改性。玻璃颗粒的存在，因玻璃颗粒具有密度低、高电阻率、亲油憎水、机械强度高等特点，能够补强基体、降低材料密度，并赋予材料一定的阻燃性能。5-氨基-2-氟苯甲酸改性剂中的羟基苯甲酸结构、氨基能够使材料具有一定的抗菌性能，羧基可以和玻璃表面的羟基发生反应，相比于直接加入体系，能够改善各填料与基体的共混效果，改善材料和高分子基体之间的相容性，进一步提高材料性能。而苯环的刚性结构能够提高材料的热稳定性能。最终使电缆护套材料具有抗菌、耐水、质轻、阻燃等特点。
附图说明
图1是本发明一种电缆护套材料的制备方法流程图。
具体实施方式
在本权利要求书和说明书对发明步骤描述时，参考术语第一、第二并不代表绝对的时间，步骤排列的前后并不表示依次进行的顺序，步骤的次序可以在反应能够完成的逻辑前提下，本领域技术人员对于该顺序做出合理的调整，也应在本发明的保护范围之内。
本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此处不一一列举实例。
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得，其中，空心玻璃微珠由3M公司购得。
为说明实施例的实施效果，将实施例制备的抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，利用平板硫化仪进行热压成型，热压温度170℃，预热5min，热压时间10min，压力15MPa，然后冷压5min。材料的力学性能及老化性能分别根据GB/T2951.11—2008和GB/T2951.12—2008进行试验，老化条件为110℃×168h，材料密度根据GB/T1033.1—2008测试，材料阻燃性能采用极限氧指数法(LOI)根据GB/T2406.2-2009进行测试，材料抗菌性能测试根据GB/T31402—2015《塑料塑料表面抗菌性能试验方法》对金黄色葡萄球菌进行抗菌性能(Rt)检测，样品尺寸2mm×40mm×40mm，实验前先对样品进行消毒灭菌，Rt＝(Ut-At)/Ut×100％，其中Rt为抑菌率(％)，Ut为未经抗菌处理样品24h后的菌数平均值(CFU/cm2)，At为经抗菌处理样品24h后的菌数平均值。
具体实施例1
如图1所示：
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆(无水乙醇一般为分析纯，为反应溶剂，其他溶剂如甲苯，环已烷、丙酮等也可以用于本反应，其用量可以通过本领域技术人员在常规技术下做出合理调整，下列实施例与此同。理论上溶解性强的并且和改性剂、填料不发生反应的都可以在此使用，还有就是需考虑毒性、沸点温度和反应温度、烘干温度等等，因为乙醇相比上述列举溶剂毒性更低，因此本实施例采用无水乙醇)，将0.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于60℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。本例中，如图1所示，通过分别在乙醇中混合，然后再分别加入回流装置中发生反应的方式，是为了使得5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶解更充分，并能够与空心玻璃微珠充分混合，从而可以使得后续反应更充分。
(2)在HAAKE混炼机(或称转矩流变仪，后例同)中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品1，具体性能如表1所示。再次混炼是为了使得初混物进一步混合，达到混合更加均匀一体化的效果。
具体实施例2
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.0g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于60℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品2，具体性能如表1所示。
具体实施例3
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于60℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品3，具体性能如表1、表2所示。
表1不同含量抗菌改性剂的影响
当改性剂用量降低时，空心玻璃微珠与聚氨酯基体的相容性会有所下降，导致拉伸强度降低，老化后的降低程度加大，极限氧指数值变化相对较小，此时体系中所含抗菌剂的相对含量较低，抗菌性能进一步降低，同时较差的相容性，在不同相结合处的缺陷较多，导致密度相对较低。从表1中可以看出，5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂用量和空心玻璃微珠质量比在1.5：50时，聚氨酯电缆护套材料的力学性能较好。
具体实施例4
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于60℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、5g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品4，具体性能如表2所示。
具体实施例5
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于60℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、15g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品5，具体性能如表2所示。
表2不同改性空心玻璃微珠用量的影响
当用量过少时，会使得填充材料没起到填充补强、抗菌、阻燃、减重的作用，导致材料的力学性能、抗菌性能、阻燃性能较低，密度相对较大。而当添加过多时，过多的材料会和基体的混合较差，导致机械性能降低，但抗菌性能、阻燃性以及密度得到进一步优化。从表2中可以看出，在改性空心玻璃微珠用量在5-15g时，本发明的电缆护套材料各项性能较佳。
具体实施例6
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于30℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品6，具体性能如表3所示。
具体实施例7
(1)将50g空心玻璃微珠和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于80℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性空心玻璃微珠。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g改性空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品7，具体性能如表3所示。
表3不同改性温度的影响
从样品性能对比可以看出，温度对材料性能也有影响。根据化学反应原理，温度过低，化学基团的活性相对较低，改性效果相对较差，随着温度提升，反应基团活性逐渐增强，使材料性能进一步提升。但反应温度过高时，容易导致导致反应基团结构破坏等不良现象。从表3中可以看出，将温度控制在30-80度，电缆护套材料的各项性能较佳。
为了进一步说明本发明的优势，本文将以不同于发明方法的对比实施例对本发明进行效果进行说明。
对比实施例1
(1)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g空心玻璃微珠，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品8，具体性能如表4所示。
对比实施例2
(1)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g碳酸钙，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品9，具体性能如表4所示。
对比实施例3
(1)将50g碳酸钙和100ml无水乙醇混合制成料浆，将1.5g的5-氨基-2-氟苯甲酸抗菌改性剂溶于5ml无水乙醇中，并加入至料浆中，在冷凝回流装置下于60℃搅拌2h，反应结束后过滤掉多余的溶剂，放入60℃真空烘箱24h，得到改性碳酸钙。
(2)在HAAKE混炼机中依次加入50g热塑性聚氨酯弹性体、2.5g阻燃剂氢氧化镁、0.5gγ-氨丙基三乙氧基硅烷、10g改性碳酸钙，在150℃下混炼15min，然后将初混物取出后再次投入混炼机中混炼15min，得到一种抗菌热塑性聚氨酯电缆护套材料，编号为样品10，具体性能如表4所示。
表4具体实施例3与对比实施例性能比较
从表3数据对比可以看出，样品3的性能明显优于其他所有对比实施例，具有良好的室温力学性能、老化后力学性能、抗菌性能、阻燃性能，同时密度相对市面上常用的电缆护套料较低。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种电缆护套材料，其特征在于，按重量份数计, 包括：50-200份的热塑性聚氨酯弹性体，2-10份的阻燃剂，1-2份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷和50-200份的改性空心玻璃微珠，其中，所述改性空心玻璃微珠由直径在700-900目的空心玻璃微珠改性而成；
其中所述改性空心玻璃微珠的制备方法为：将空心玻璃微珠与5-氨基-2-氟苯甲酸置于反应溶剂，在冷凝回流装置下于30℃-80℃混合搅拌，过滤溶剂，干燥后得到改性空心玻璃微珠。
2.一种如权利要求1所述的电缆护套材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将空心玻璃微珠与5-氨基-2-氟苯甲酸置于反应溶剂，在冷凝回流装置下于30℃-80℃混合搅拌，过滤溶剂，干燥后得到改性空心玻璃微珠。
3.如权利要求2所述的电缆护套材料的制备方法,其特征在于，所述反应溶剂为无水乙醇；按重量份计，加入1-3份5-氨基-2-氟苯甲酸与50-200份的空心玻璃微珠。
4.如权利要求2或3所述的电缆护套材料的制备方法,其特征在于，冷凝回流装置下于30℃-80℃搅拌时间为1小时以上。
5.如权利要求2所述的电缆护套材料的制备方法,其特征在于，干燥使用烘干装置，烘干温度为50℃-80℃，烘干时间为20-30小时。
6.如权利要求2所述的电缆护套材料的制备方法,其特征在于，还包括以下步骤：
用50-200份的热塑性聚氨酯弹性体、2-10份的阻燃剂、1-2份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、50-200份的改性空心玻璃微珠，在混炼机中150℃下初次混炼，然后将初混物取出后再次投入混炼机中再次150℃下混炼即得电缆护套材料。
7.如权利要求6所述的电缆护套材料的制备方法，其特征在于，所述初次混炼和再次混炼的时间均为15分钟。
8.如权利要求6所述的电缆护套材料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁。
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