CN115216073B - 一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料及其制备方法,属于合成橡胶技术领域,电缆护套料包括组分A和组分B;组分A通过如下步骤制备:将耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂混合,通过双螺杆挤出机在160‑170℃条件下挤出,经过冷却干燥后,得到组分A;耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂的质量比100:10‑20:1;组分B包括乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、阻燃剂、抗氧化剂和石蜡。其中,耐油添加剂,用于改性聚烯烃弹性体在岸电电缆护套料中的应用。通过接枝改性,提高弹性体的疏水疏油性,利用耐油添加剂中的端氟的支化树状结构,加强与原料之间的界面结合,提高产品的强度。
Description
技术领域
本发明属于合成橡胶技术领域,具体地,涉及一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料及其制备方法。
背景技术
岸电电缆是连接本船岸电箱与岸上或他船电源的电缆,岸电电缆常年处于高湿、高热、高盐度腐蚀的恶劣环境中,长期直接曝露在这种严酷环境下会逐渐老化乃至损坏,电缆的老化是威胁安全的重大隐患。
目前,岸电电缆产品的护套材料主要为热固性聚氨酯和辐照交联聚烯烃。聚氨酯护套在电缆燃烧时会产生大量烟雾,且高温时会发生熔滴,易造成火势蔓延,使电缆不宜在狭小空间中使用,不利于发生火灾时人员的疏散和救援;聚烯烃弹性体属于非极性弹性体,对非极性的矿物油、机械油、动植物油、液体燃料和溶剂的稳定性较差,油分子容易侵入,表现为聚烯烃弹性体性能的下降;因此,研究开发一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题,本发明提供一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,包括组分A和组分B;
所述组分A通过如下步骤制备:
将耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂混合,通过双螺杆挤出机在160-170℃条件下挤出,经过冷却干燥后,得到组分A;耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂的质量比100:10-20:1;
所述组分B包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、阻燃剂、抗氧化剂和石蜡。
进一步地,所述耐油添加剂通过如下步骤制备:
步骤一、在氮气保护条件下,将甲醇钾和不饱和羟基单体加入甲醇中,加热回流30min,减压浓缩除去甲醇,然后加入环氧丙醇,在90℃条件下反应1h,回流结束后,冷却至室温,加入水和丙酮搅拌,经过沉降、过滤、干燥后,得到支化单体;不饱和羟基单体中的羟基与环氧丙醇反应,引入多羟基结构,形成支化单体;
步骤二、在冰水浴条件下,将支化单体和吡啶混合,然后加入对甲苯磺酰氯,加完后,在温度为20℃条件下,搅拌5h后,加入二氯甲烷,用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化铵水溶液和饱和食盐水洗涤,经过无水硫酸钠干燥后,旋蒸除去二氯甲烷,得到中间产物,利用对甲苯磺酰氯对支化单体上的羟基反应生成磺酸酯,得到中间产物;在冰水浴条件下,将氢化钠加入四氢呋喃中,然后加入含氟醇,搅拌30min后减压浓缩除去四氢呋喃,然后加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌分散后,加入中间产物,升温至50℃,搅拌反应2h,反应结束后,用甲醇沉淀,得到耐油添加剂。中间产物与含氟醇发生亲核取代,合成了具有类似树状结构的耐油添加剂。耐油添加剂为含有端氟的支化树状结构,耐油添加剂中含有不饱和双键,用于接枝改性聚烯烃弹性体,氟碳类物质中的氟碳键化学键能比较大,具有特别优异的各项性能,而且具有独特的低表面能和低摩擦性,引入聚烯烃弹性体的结构中,可以有效降低其表面张力,表现为疏水疏油性。
进一步地,步骤一中甲醇钾、不饱和羟基单体、甲醇和环氧丙醇的用量比为0.1g:2g:10mL:10mL;步骤二中支化单体、吡啶和对甲苯磺酰氯的用量比为1g:50mL:5g;氢化钠、四氢呋喃、含氟醇、N,N-二甲基甲酰胺和中间产物的用量比为0.3g:30mL:1.5-3g:30mL:1g;含氟醇为6,6,6-三氟-1-己醇、6,6,6-三氟-5,5-二(三氟甲基)-1-己醇中的一种。
进一步地,不饱和羟基单体通过如下步骤制备:
将3-烯丙氨基丙酸甲酯、正己烷和三乙胺混合,在氮气保护、冰水浴条件下,将二甲基一氯硅烷的正己烷溶液,滴加过程中控制速度,维持温度为5-10℃,滴加结束后,在温度为20℃条件下反应2h,反应结束后,得到蒸除溶剂,得到不饱和单体;本步骤中3-烯丙氨基丙酸甲酯中的仲胺和二甲基一氯硅烷反应,旨在引入具有CH=CH2-CH2-N-Si的链段;控制3-烯丙氨基丙酸甲酯、正己烷、三乙胺和二甲基一氯硅烷的正己烷溶液的用量比为0.05mol:20mL:0.04mol:20mL;二甲基一氯硅烷的正己烷溶液为二甲基一氯硅烷和正己烷按照0.04mol:20mL混合而成;
将不饱和单体和1mol/L氢氧化钠水溶液混合,在30℃条件下搅拌10min,然后用盐酸调节pH值为3,用乙醚萃取,然后经过减压浓缩除去溶剂,得到不饱和羟基单体;不饱和单体在碱性条件下发生水解,得到不饱和羟基单体。
进一步地,阻燃剂通过如下步骤制备:
将钛酸四丁酯和无水乙醇混合,然后加入纳米氢氧化铝,搅拌1-1.5h,然后进行离心分离,经过水洗、醇洗干燥后,得到阻燃剂。钛酸四丁酯、无水乙醇和纳米氢氧化铝的用量比为0.1-0.3g:100mL:10g。纳米氢氧化铝具有阻燃、消烟和填充三大作用,可用于电缆阻燃中,但是纳米氢氧化铝表面呈极性,在高聚物中难以分散,表现为与基料之间结合力差,形成界面缺陷,进而导致材料性能的下降,所以利用钛酸四丁酯对其进行表面改性,改善其表面的物理化学性质,已达到增强分散性和相容性的效果,提高综合性能。
进一步地,所述聚烯烃弹性体的熔体质量流动速率(2.16kg,230℃)为0.5-5g/10min;引发剂为过氧化二异丙苯和过氧化二苯甲酰中的一种,抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为28%。
一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料的制备方法,包括如下步骤:
按重量份计,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30-40份、阻燃剂40-50份、抗氧化剂0.2-0.5份、石蜡10-12份加入密炼机中混炼,温度控制在60-70℃,得到组分B,然后加入组分A111-121份,搅拌混合,混合温度100-110℃,混合时间6-8min,得到一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料。
本发明的有益效果:
聚烯烃弹性体属于非极性弹性体,对非极性的矿物油、机械油、动植物油、液体燃料和溶剂的稳定性较差,油分子容易侵入,表现为聚烯烃弹性体性能的下降;对于该问题,本发明提供一种耐油添加剂,用于改性聚烯烃弹性体在岸电电缆护套料中的应用。通过接枝改性,提高弹性体的疏水疏油性,利用耐油添加剂中的端氟的支化树状结构,加强与原料之间的界面结合,提高产品的强度。
此外,本发明中添加剂了纳米氢氧化铝作为阻燃剂,燃烧时不会产生大量烟雾,且其可以作为填料,用于提升电缆的力学性能,同时对其表面进行了处理,达到增强分散性和相容性的效果,提高综合性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备不饱和羟基单体:
将3-烯丙氨基丙酸甲酯、正己烷和三乙胺混合,在氮气保护、冰水浴条件下,将二甲基一氯硅烷的正己烷溶液,滴加过程中控制速度,维持温度为5-10℃,滴加结束后,在温度为20℃条件下反应2h,反应结束后,得到蒸除溶剂,得到不饱和单体;控制3-烯丙氨基丙酸甲酯、正己烷、三乙胺和二甲基一氯硅烷的正己烷溶液的用量比为0.05mol:20mL:0.04mol:20mL;二甲基一氯硅烷的正己烷溶液为二甲基一氯硅烷和正己烷按照0.04mol:20mL混合而成;
将不饱和单体和1mol/L氢氧化钠水溶液混合,在30℃条件下搅拌10min,然后用盐酸调节pH值为3,用乙醚萃取,然后经过减压浓缩除去溶剂,得到不饱和羟基单体。
实施例2
制备耐油添加剂:
步骤一、在氮气保护条件下,将甲醇钾和实施例1制备的不饱和羟基单体加入甲醇中,加热回流30min,减压浓缩除去甲醇,然后加入环氧丙醇,在90℃条件下反应1h,回流结束后,冷却至室温,加入水和丙酮搅拌,经过沉降、过滤、干燥后,得到支化单体;甲醇钾、不饱和羟基单体、甲醇和环氧丙醇的用量比为0.1g:2g:10mL:10mL;
步骤二、在冰水浴条件下,将支化单体和吡啶混合,然后加入对甲苯磺酰氯,加完后,在温度为20℃条件下,搅拌5h后,加入二氯甲烷,用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化铵水溶液和饱和食盐水洗涤,经过无水硫酸钠干燥后,旋蒸除去二氯甲烷,得到中间产物;在冰水浴条件下,将氢化钠加入四氢呋喃中,然后加入含氟醇,搅拌30min后减压浓缩除去四氢呋喃,然后加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌分散后,加入中间产物,升温至50℃,搅拌反应2h,反应结束后,用甲醇沉淀,得到耐油添加剂。支化单体、吡啶和对甲苯磺酰氯的用量比为1g:50mL:5g;氢化钠、四氢呋喃、含氟醇、N,N-二甲基甲酰胺和中间产物的用量比为0.3g:30mL:1.5g:30mL:1g;含氟醇为6,6,6-三氟-1-己醇。
实施例3
制备耐油添加剂:
步骤一、在氮气保护条件下,将甲醇钾和实施例1制备的不饱和羟基单体加入甲醇中,加热回流30min,减压浓缩除去甲醇,然后加入环氧丙醇,在90℃条件下反应1h,回流结束后,冷却至室温,加入水和丙酮搅拌,经过沉降、过滤、干燥后,得到支化单体;甲醇钾、不饱和羟基单体、甲醇和环氧丙醇的用量比为0.1g:2g:10mL:10mL;
步骤二、在冰水浴条件下,将支化单体和吡啶混合,然后加入对甲苯磺酰氯,加完后,在温度为20℃条件下,搅拌5h后,加入二氯甲烷,用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化铵水溶液和饱和食盐水洗涤,经过无水硫酸钠干燥后,旋蒸除去二氯甲烷,得到中间产物;在冰水浴条件下,将氢化钠加入四氢呋喃中,然后加入含氟醇,搅拌30min后减压浓缩除去四氢呋喃,然后加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌分散后,加入中间产物,升温至50℃,搅拌反应2h,反应结束后,用甲醇沉淀,得到耐油添加剂。支化单体、吡啶和对甲苯磺酰氯的用量比为1g:50mL:5g;氢化钠、四氢呋喃、含氟醇、N,N-二甲基甲酰胺和中间产物的用量比为0.3g:30mL:3g:30mL:1g;含氟醇为6,6,6-三氟-5,5-二(三氟甲基)-1-己醇。
对比例1
将实施例3中的不饱和羟基单体换成乙二醇单乙烯基醚,其余原料及制备过程与实施例3保持相同,得到对照样品a。
实施例4
制备阻燃剂:
将钛酸四丁酯和无水乙醇混合,然后加入纳米氢氧化铝,搅拌1h,然后进行离心分离,经过水洗、醇洗干燥后,得到阻燃剂。钛酸四丁酯、无水乙醇和纳米氢氧化铝的用量比为0.1g:100mL:10g。
实施例5
制备阻燃剂:
将钛酸四丁酯和无水乙醇混合,然后加入纳米氢氧化铝,搅拌1-1.5h,然后进行离心分离,经过水洗、醇洗干燥后,得到阻燃剂。钛酸四丁酯、无水乙醇和纳米氢氧化铝的用量比为0.3g:100mL:10g。
实施例6
一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料的制备方法,包括如下步骤:
将实施例2制备的耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂混合,通过双螺杆挤出机在160℃条件下挤出,经过冷却干燥后,得到组分A;耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂的质量比100:10:1;引发剂为过氧化二异丙苯。
按重量份计,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份、实施例4制备的阻燃剂40份、抗氧化剂0.2份、石蜡10份加入密炼机中混炼,温度控制在60℃,得到组分B,然后加入组分A111份,搅拌混合,混合温度100℃,混合时间8min,得到一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为28%。
实施例7
一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料的制备方法,包括如下步骤:
将实施例3制备的耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂混合,通过双螺杆挤出机在170℃条件下挤出,经过冷却干燥后,得到组分A;耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂的质量比100:20:1;引发剂为过氧化二异丙苯。
按重量份计,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物35份、实施例5制备的阻燃剂45份、抗氧化剂0.3份、石蜡11份加入密炼机中混炼,温度控制在65℃,得到组分B,然后加入组分A121份,搅拌混合,混合温度105℃,混合时间8min,得到一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为28%。
实施例8
一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料的制备方法,包括如下步骤:
将实施例3制备的耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂混合,通过双螺杆挤出机在170℃条件下挤出,经过冷却干燥后,得到组分A;耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂的质量比100:20:1;引发剂为过氧化二异丙苯。
按重量份计,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物40份、实施例5制备的阻燃剂50份、抗氧化剂0.5份、石蜡12份加入密炼机中混炼,温度控制在70℃,得到组分B,然后加入组分A121份,搅拌混合,混合温度110℃,混合时间6min,得到一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为28%。
对比例2
将实施例7中的耐油添加剂换成对照样品a,其余原料及制备过程与实施例7保持相同。
对比例3
与实施例7相比,不添加耐油添加剂,其余原料及制备过程与实施例7保持相同。
对实施例6-实施例8和对比例2制备的样品进行测试,保留率、伸长率等,按照测试标准EN60081-2-1进行测试,阻燃性按照UL94;
表1
从测试数据可知,本发明制备的耐油耐腐蚀岸电电缆护套料具有良好的耐油、耐酸碱腐蚀性,在测试保留率、伸长率等数据时,调节了原料用量,但数据差别较小的原因可能是,耐油添加剂结构中支化树状结构,加强与原料之间的界面结合,提高了产品的稳定性;耐油添加剂中引入了硅、可以与纳米氢氧化铝之间形成协同阻燃作用,即表现为加入的耐油添加剂对阻燃性有一定的提升。
在说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,其特征在于,包括组分A和组分B;所述组分A通过如下步骤制备:
将耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂混合,通过双螺杆挤出机在160-170℃条件下挤出,经过冷却干燥后,得到组分A;耐油添加剂、聚烯烃弹性体和引发剂的质量比100:10-20:1;
所述组分B包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、阻燃剂、抗氧化剂和石蜡;
所述耐油添加剂通过如下步骤制备:
步骤一、在氮气保护条件下,将甲醇钾和不饱和羟基单体加入甲醇中,加热回流30min,减压浓缩除去甲醇,然后加入环氧丙醇,在90℃条件下反应1h,得到支化单体;甲醇钾、不饱和羟基单体、甲醇和环氧丙醇的用量比为0.1g:2g:10mL:10mL;
步骤二、在冰水浴条件下,将支化单体和吡啶混合,然后加入对甲苯磺酰氯,加完后,在温度为20℃条件下,搅拌5h后,得到中间产物;在冰水浴条件下,将氢化钠加入四氢呋喃中,然后加入含氟醇,搅拌30min后减压浓缩除去四氢呋喃,然后加入N,N-二甲基甲酰胺搅拌分散后,加入中间产物,升温至50℃,搅拌反应2h,得到耐油添加剂;支化单体、吡啶和对甲苯磺酰氯的用量比为1g:50mL:5g;氢化钠、四氢呋喃、含氟醇、N,N-二甲基甲酰胺和中间产物的用量比为0.3g:30mL:1.5-3g:30mL:1g;含氟醇为6,6,6-三氟-1-己醇、6,6,6-三氟-5,5-二(三氟甲基)-1-己醇中的一种;
所述不饱和羟基单体通过如下步骤制备:
将3-烯丙氨基丙酸甲酯、正己烷和三乙胺混合,在氮气保护、冰水浴条件下,将二甲基一氯硅烷的正己烷溶液,滴加过程中控制速度,维持温度为5-10℃,滴加结束后,在温度为20℃条件下反应2h,反应结束后,得到蒸除溶剂,得到不饱和单体;
将不饱和单体和1mol/L氢氧化钠水溶液混合,在30℃条件下搅拌10min,经过处理后,得到不饱和羟基单体;
所述阻燃剂通过如下步骤制备:
将钛酸四丁酯和无水乙醇混合,然后加入纳米氢氧化铝,搅拌1-1.5h,得到阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,其特征在于,钛酸四丁酯、无水乙醇和纳米氢氧化铝的用量比为0.1-0.3g:100mL:10g。
3.根据权利要求1所述的一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料,其特征在于,引发剂为过氧化二异丙苯和过氧化二苯甲酰中的一种,抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为28%。
4.根据权利要求1所述的一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
按重量份计,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30-40份、阻燃剂40-50份、抗氧化剂0.2-0.5份、石蜡10-12份加入密炼机中混炼,温度控制在60-70℃,得到组分B;然后加入组分A111-121份,搅拌混合,混合温度100-110℃,混合时间6-8min,得到一种耐油耐腐蚀岸电电缆护套料。
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