CN115975281A - 一种紫外光屏蔽聚烯烃材料、其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外光屏蔽聚烯烃材料、其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。包括如下组分：聚乙烯40份，热塑性聚烯烃弹性体60份，马来酸酐接枝聚乙烯10～15份，硅酮母料6～10份，改性氢氧化铝60～80份，复合改性绢云母粉60～80份，抗氧剂1～3份，紫外线吸收剂0.5～1份，受阻胺类光稳定剂0.5～1份，润滑剂2～4份。本发明制备的紫外光屏蔽聚烯烃材料，通过添加复合改性绢云母粉，作为填料的同时使得紫外光屏蔽聚烯烃材料的紫外光屏蔽性能优异，物理机械性能优异，解决非黑色聚烯烃材料抗紫外光性能差的问题。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其是一种紫外光屏蔽聚烯烃材料、其制备方法和应用。
背景技术
为了使聚烯烃材料具有优异的抗紫外光性能，常添加紫外光屏蔽剂、紫外线吸收剂、淬灭剂、自由基捕捉剂。紫外光屏蔽剂作为首道防线，对阻挡紫外光深入材料内部起到至关重要的作用，且价格便宜。黑色聚烯烃材料因加入了炭黑，具备很好的紫外光屏蔽性能，但是一些颜色聚烯烃材料，因无法加入炭黑，紫外光屏蔽一直是行业的痛点。尤其是应用于光伏电缆的颜色材料，对抗紫外光性能的要求更为苛刻，因无法加入紫外光屏蔽剂，需增加紫外线吸收剂、淬灭剂、自由基捕捉剂等的添加量，导致了材料成本的上涨。以上问题在一定程度上限制了颜色聚烯烃材料的应用。因此，需要开发一种抗紫外光性能优异、物理机械性能优异、阻燃性能优异的聚烯烃材料。
绢云母是呈细鳞片状结构的硅酸盐矿物，属于单斜晶体，抗磨性和耐磨性好，耐热绝缘、化学性质稳定，常作为填料应用于各类高分子材料中。绢云母具备高横纵比的片理特性、上下重叠的取向性，对可见光具有较强的遮挡与散射作用；单斜晶体具有偏光效应、片体单元高度定向性、结构层间水分子对光的干涉效应等，呈现对紫外光强烈的吸收屏蔽功能。绢云母的解离因硅氧键的断裂，表面暴露Si—O-基团，在水的作用下形成Si—OH，并且暴露出Al—OH等活基团，这就使得了绢云母表面呈现亲水性，在有机体系中不易润湿和分散的缺点，导致材料力学性能下降。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种紫外光屏蔽聚烯烃材料、其制备方法和应用，以解决背景技术所涉及的问题。
本发明提供一种紫外光屏蔽聚烯烃材料，按质量份计，包括如下组分：聚乙烯40份，热塑性聚烯烃弹性体60份，马来酸酐接枝聚乙烯10～15份，硅酮母料6～10份，改性氢氧化铝60～80份，复合改性绢云母粉60～80份，抗氧剂1～3份，紫外线吸收剂0.5～1份，受阻胺类光稳定剂0.5～1份，润滑剂2～4份。
优选地或可选地，所述复合改性绢云母粉为二氧化钛和配位型钛酸酯偶联剂复合改性绢云母粉。
优选地或可选地，所述复合改性绢云母的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将绢云母、二氧化钛和异丙醇加入到带有废气处理装置的搅拌反应釜中，高速搅拌并逐渐加热至40～50℃，恒定温度搅拌15～30min；
步骤二：将配位型钛酸酯偶联剂加入到步骤一所述状态的搅拌反应釜中，并持续搅拌60～80min后，不停止搅拌逐渐加热至80～90摄氏度，将异丙醇挥发去除得到复合改性绢云母。
优选地或可选地，所述二氧化钛的比例为绢云母质量的2～5％。
优选地或可选地，所述异丙醇与绢云母、二氧化钛总粉体之间的比例为5:1。
优选地或可选地，所述配位型钛酸酯偶联剂添加比例为总粉体质量的1～2％。
优选地或可选地，所述热塑性聚烯烃弹性体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-α烯烃共聚物、三元乙丙共聚物中的两种或两种以上。
本发明还提供一种基于所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按配方比例称取各组分；
步骤二：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼10～20min；
步骤三：将步骤二所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述聚烯烃材料。
本发明还提供一种基于所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料在制作电线电缆绝缘护套上的应用。
本发明涉及一种紫外光屏蔽聚烯烃材料、其制备方法和应用，相较于现有技术，具有如下有益效果：
1、本发明制备的紫外光屏蔽聚烯烃材料，通过添加复合改性绢云母粉，作为填料的同时使得紫外光屏蔽聚烯烃材料的紫外光屏蔽性能优异，物理机械性能优异，一定程度解决非黑色聚烯烃材料抗紫外光性能差的问题。
2、本发明绢云母作为填料，降低材料成本的同时，赋予材料紫外光屏蔽性能；并通过二氧化钛作为绢云母的无机改性剂，提高绢云母的紫外光屏蔽性能；
3、本发明采用配位型钛酸酯偶联剂作为复合粉体的改性剂，通过化学键桥紧密链接绢云母和二氧化钛的同时，为复合粉体引入有机基团，改善其与有机树脂的相容性，提高与有机树脂的结合力。
4、本发明通过合理设计二氧化钛与绢云母质量，在保证改性绢云母具有优异的紫外光屏蔽性能的同时，降低后期颜料用量，降低生产成本。因二氧化钛本身是一种白颜料，白度高，当二氧化钛比例过多，会导致改性绢云母白度高，造成颜料用来加大，比例过低则没有明显的紫外光屏蔽增强效果。
5、本发明合理设计配位型钛酸酯偶联剂添加量，使得使用该偶联剂改性绢云母制成的塑料具有优异的断裂伸长率，当偶联剂用量2％，材料的断裂伸长率最大。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
发明概述
绢云母具备高横纵比的片理特性、上下重叠的取向性，对可见光具有较强的遮挡与散射作用；单斜晶体具有偏光效应、片体单元高度定向性、结构层间水分子对光的干涉效应等，呈现对紫外光强烈的吸收屏蔽功能。绢云母的解离因硅氧键的断裂，表面暴露Si—O-基团，在水的作用下形成Si—OH，并且暴露出Al—OH等活基团，这就使得了绢云母表面呈现亲水性，在有机体系中不易润湿和分散的缺点，导致材料力学性能下降。
本发明是提供一种复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料，对绢云母进行二氧化钛无机改性，增强其紫外光屏蔽性能；对绢云母和二氧化钛进行配位型钛酸酯偶联剂有机改性，使两种粉体通过化学键桥紧密结合，同时赋予复合粉体亲油基团，改善其与有机树脂的润湿性和相容性。将复合改性绢云母添加在聚烯烃材料中，作为填料的同时使材料具有优异的抗紫外光的性能，优异的物理机械性能，在一定程度解决了非黑色聚烯烃材料紫外光屏蔽性能差的问题，主要用于电线电缆绝缘、护套的聚烯烃材料领域。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例为现有技术，作为对比例，其填料为活性碳酸钙，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物30份，三元乙丙共聚物30份，马来酸酐接枝聚乙烯10份，硅酮母料7份，硅烷偶联剂KH-570改性氢氧化铝70份，活性碳酸钙70份，抗氧剂1010(抗氧剂)2份，紫外线吸收剂UV531(紫外线吸收剂)0.7份，受阻胺光稳定剂HS-944(受阻胺类光稳定剂)0.7份，聚乙烯蜡(润滑剂)3份。
本实施例中紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按配方比例称取各组分；
步骤二：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼15min；
步骤三：将步骤二所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述聚烯烃材料。
实施例2
本实施例的填料为硅烷偶联剂KH-570改性绢云母粉，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物30份，三元乙丙共聚物30份，马来酸酐接枝聚乙烯10份，硅酮母料7份，硅烷偶联剂KH-570改性氢氧化铝70份，硅烷偶联剂KH-570改性绢云母粉70份，抗氧剂1010(抗氧剂)2份，紫外线吸收剂UV531(紫外线吸收剂)0.7份，受阻胺光稳定剂HS-944(受阻胺类光稳定剂)0.7份，聚乙烯蜡(润滑剂)3份。
本实施例中紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按配方比例称取各组分；
步骤二：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼15min；
步骤三：将步骤二所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述聚烯烃材料。
实施例3
本实施例的填料为未改性绢云母-二氧化钛复合粉体，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物30份，三元乙丙共聚物30份，马来酸酐接枝聚乙烯10份，硅酮母料7份，硅烷偶联剂KH-570改性氢氧化铝70份，未改性绢云母-二氧化钛复合粉体70份，抗氧剂1010(抗氧剂)2份，紫外线吸收剂UV531(紫外线吸收剂)0.7份，受阻胺光稳定剂HS-944(受阻胺类光稳定剂)0.7份，聚乙烯蜡(润滑剂)3份。
本实施例中紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按配方比例称取各组分；
步骤二：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼15min；
步骤三：将步骤二所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述聚烯烃材料。
实施例4
本实施例的复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物30份，三元乙丙共聚物30份，马来酸酐接枝聚乙烯10份，硅酮母料7份，硅烷偶联剂KH-570改性氢氧化铝70份，复合改性绢云母70份，抗氧剂1010(抗氧剂)2份，紫外线吸收剂UV531(紫外线吸收剂)0.7份，受阻胺光稳定剂HS-944(受阻胺类光稳定剂)0.7份，聚乙烯蜡(润滑剂)3份。
本实施例中复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将绢云母、二氧化钛和异丙醇加入到带有废气处理装置的搅拌反应釜中，高速搅拌并逐渐加热至40～50℃，恒定温度搅拌20min；
步骤二：将配位型钛酸酯偶联剂加入到步骤一所述状态的搅拌反应釜中，并持续搅拌70min后，不停止搅拌逐渐加热至80～90摄氏度，将异丙醇挥发去除得到复合改性绢云母；
步骤三：按照配方比例称取各原料组分；
步骤四：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼15min；
步骤五：将步骤四所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料。
实施例5
本实施例的复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物30份，三元乙丙共聚物30份，马来酸酐接枝聚乙烯10份，硅酮母料7份，硅烷偶联剂KH-570改性氢氧化铝60份，复合改性绢云母80份，抗氧剂1010(抗氧剂)2份，紫外线吸收剂UV531(紫外线吸收剂)0.7份，受阻胺光稳定剂HS-944(受阻胺类光稳定剂)0.7份，聚乙烯蜡(润滑剂)3份。
本实施例中复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将绢云母、二氧化钛和异丙醇加入到带有废气处理装置的搅拌反应釜中，高速搅拌并逐渐加热至40～50℃，恒定温度搅拌20min；
步骤二：将配位型钛酸酯偶联剂加入到步骤一所述状态的搅拌反应釜中，并持续搅拌70min后，不停止搅拌逐渐加热至80～90摄氏度，将异丙醇挥发去除得到复合改性绢云母；
步骤三：按照配方比例称取各原料组分；
步骤四：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼15min；
步骤五：将步骤四所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到复合改性绢云母紫外光屏蔽聚烯烃材料。
检测例
实施例4～5采用二氧化钛作为无机改性剂对绢云母进行无机改性处理，增强其紫外光屏蔽性能；采用配位型钛酸酯偶联剂作为有机改性剂，使绢云母和二氧化钛通过化学键桥紧密结合，同时赋予复合粉体亲油基团，改善其与有机树脂的润湿性和相容性。通过复合改性绢云母粉，作为填料的同时使得紫外光屏蔽聚烯烃材料的紫外光屏蔽性能优异，物理机械性能优异，一定程度解决非黑色聚烯烃材料抗紫外光性能差的问题。
将以上5个实施例所得聚烯烃材料放置于氙灯老化箱进行人工气候老化试验，试验条件如表1所示：
表1氙灯老化箱实验条件
| 试验时间 | 1008h |
| 一个周期内 | 洒水18min，氙灯干燥102min |
| 箱体测试温度 | 63℃ |
| 箱体湿度 | 65％ |
| 氙灯条件 | <![CDATA[波长300-400nm条件下的最小功率为(60±2)W/m<sup>2</sup>]]> |
实施例1～5的聚烯烃材料的人工气候老化前后性能测试数据如表1所示：
表2性能数据
讨论
由表1可知，实施例1～2的结果对比表明，绢云母具备紫外线屏蔽的功能；实施例2～3的结果看出，实施例3断裂伸长率变化率变小，说明二氧化钛无机改性的绢云母紫外光屏蔽性能提高，但实施例3老化前后的断裂伸长率偏小，说明经硅烷偶联剂KH-570改性的绢云母-二氧化钛复合粉体结合度差，导致断裂伸长率偏小；实施例3～4的结果看出，实施例4老化前后的断裂伸长率大大提高，断裂伸长率变化率也进一步减小，表明所述复合改性绢云母粉，使用配位型钛酸酯偶联剂对绢云母-二氧化钛改性后，两种粉体结合度好，紫外光屏蔽性能提高；实施例4～5的结果表明，复合改性绢云母粉对材料的抗紫外光性能影响较大。通过添加复合改性绢云母粉，作为填料的同时使得紫外光屏蔽聚烯烃材料的紫外光屏蔽性能优异，物理机械性能优异，一定程度解决非黑色聚烯烃材料抗紫外光性能差的问题，主要用于电缆绝缘护套。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (9)
1.一种紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，按质量份计，包括如下组分：聚乙烯40份，热塑性聚烯烃弹性体60份，马来酸酐接枝聚乙烯10～15份，硅酮母料6～10份，改性氢氧化铝60～80份，复合改性绢云母粉60～80份，抗氧剂1～3份，紫外线吸收剂0.5～1份，受阻胺类光稳定剂0.5～1份，润滑剂2～4份。
2.根据权利要求1所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，所述复合改性绢云母粉为二氧化钛和配位型钛酸酯偶联剂复合改性绢云母粉。
3.根据权利要求1所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，所述复合改性绢云母的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将绢云母、二氧化钛和异丙醇加入到带有废气处理装置的搅拌反应釜中，高速搅拌并逐渐加热至40～50℃，恒定温度搅拌15～30min；
步骤二：将配位型钛酸酯偶联剂加入到步骤一所述状态的搅拌反应釜中，并持续搅拌60～80min后，不停止搅拌逐渐加热至80～90摄氏度，将异丙醇挥发去除得到复合改性绢云母。
4.根据权利要求3所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，所述二氧化钛的比例为绢云母质量的2～5％。
5.根据权利要求3所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，所述异丙醇与绢云母、二氧化钛总粉体之间的比例为5:1。
6.根据权利要求1所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，所述配位型钛酸酯偶联剂添加比例为总粉体质量的1～2％。
7.根据权利要求1所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料，其特征在于，所述热塑性聚烯烃弹性体为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-α烯烃共聚物、三元乙丙共聚物中的两种或两种以上。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按配方比例称取各组分；
步骤二：将各原料加入温度为120～130℃的密炼机中熔融混炼10～20min；
步骤三：将步骤二所得熔融物料加入双螺杆挤出机，在温度140～160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述聚烯烃材料。
9.一种基于权利要求1至7任一项所述的紫外光屏蔽聚烯烃材料在制作电线电缆绝缘护套上的应用。
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