CN115975311B - 一种高阻燃电缆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻燃电缆材料及其制备方法，本发明所采用的木质素是一种天然有机高分子化合物，燃烧成炭能力强，然后利用聚乙烯亚胺对其进行改性，通过引入氮元素，进一步增强了木质素的阻燃性能，同时聚乙烯亚胺也是一种高分子化合物，将聚乙烯亚胺接枝在木质素的表面，增加了木质素的空间网络结构，聚乙烯亚胺中的柔性碳链结构在受到冲击时可以吸收更多的能量，提高了材料的增韧效果；此外，本发明利用氨基硅油对纳米二氧化硅进行改性，增加了纳米二氧化硅在树脂中的分散性能，同时氨基硅油具有良好的吸附性，可以提高改性木质素在树脂中的分散性，通过二者的协同配合，共同提高了材料的力学强度和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，具体涉及一种高阻燃电缆材料及其制备方法。
背景技术
电缆是用以传输电能、磁能、信息以及实现电磁能转换的线材产品。电缆主要由导体、导体屏蔽层，绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲层、金属护套、外护套等组成。外护套大多数位于电缆的最外层，起到保护电缆的作用，目前多采用塑料、橡胶等作为主要材料。但传统的电缆阻燃性不佳，易发生火灾，造成财产损失和人员伤亡，因此研究者们越来越关注电缆材料阻燃性差的问题。
中国专利文献CN103087394B公开了一种低烟无卤阻燃电缆材料，所述低烟无卤阻燃电缆材料主要由EVA树脂、PE接枝物、无机阻燃剂、金属氧化物、乙烯基三甲氧基硅烷、润滑剂、EBS、抗氧剂等原料制备而成，制备得到的低烟无卤阻燃电缆材料具有良好的低烟阻燃效果，但是所制备的低烟无卤阻燃电缆材料使用范围较窄，并且容易吸收空气中的水分，使绝缘层的体积电阻系数大幅度下降，存在较大的安全隐患，同时所制备的电缆材料的力学性能不佳。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高阻燃电缆材料及其制备方法，解决现有的电缆材料阻燃性差以及力学性能不佳的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种高阻燃电缆材料，以重量份计，包括如下组分的原料：PVC树脂80-100份、改性木质素8-12份、改性纳米二氧化硅10-15份、硬脂酸钠1-2份、锡酸锌0.6-0.8份、癸二酸二辛酯3-5份。
优选的，所述改性木质素的制备方法如下：将碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入聚乙烯亚胺和戊二醛，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性木质素。
优选的，碱木质素、聚乙烯亚胺和戊二醛的质量比为8-12:5-10:3-6。
优选的，加热搅拌反应的温度为50-80℃，加热搅拌反应的时间为3-5h。
优选的，所述改性纳米二氧化硅的制备方法如下：将纳米二氧化硅分散在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，然后向其中加入氨基硅油和环氧氯丙烷，进行反应，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性纳米二氧化硅。
优选的，纳米二氧化硅、氨基硅油和环氧氯丙烷的质量比为8-12:6-10:5-8。
优选的，混合溶剂中无水乙醇和去离子水的质量比为2-3:1。
优选的，反应温度为60-90℃，反应时间为2-4h。
本发明提供上述高阻燃电缆材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取各原料，然后将所有原料混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到高阻燃电缆材料。
本发明还提供上述高阻燃电缆材料在制备电线或电缆中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明所采用的木质素是一种天然有机高分子化合物，燃烧成炭能力强，然后利用聚乙烯亚胺对其进行改性，通过引入氮元素，进一步增强了木质素的阻燃性能，同时聚乙烯亚胺也是一种高分子化合物，将聚乙烯亚胺接枝在木质素的表面，增加了木质素的空间网络结构，聚乙烯亚胺中的柔性碳链结构在受到冲击时可以吸收更多的能量，提高了材料的增韧效果。
（2）本发明利用氨基硅油对纳米二氧化硅进行改性，增加了纳米二氧化硅在树脂中的分散性能，同时氨基硅油具有良好的吸附性，可以提高改性木质素在树脂中的分散性，通过二者的协同配合，共同提高了材料的力学强度和韧性。
实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本发明中所使用的碱木质素购自新沂市飞皇化工有限公司；
聚乙烯亚胺购自武汉博莱特化工有限公司，CAS号：25987-06-8；
纳米二氧化硅的粒径为20-40nm；
氨基硅油购自山东鑫润锦化工有限公司，CAS号：85-89-52；
PVC树脂购自常州市荣仁贸易有限公司。
实施例
一种高阻燃电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将80份PVC树脂、8份改性木质素、10份改性纳米二氧化硅、1份硬脂酸钠、0.6份锡酸锌和3份癸二酸二辛酯混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到高阻燃电缆材料；
其中，改性木质素的制备方法如下：将8g碱木质素加入到150g去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入5g聚乙烯亚胺和3g戊二醛，在50℃下加热搅拌反应5h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性木质素；
改性纳米二氧化硅的制备方法如下：将8g纳米二氧化硅分散在100g无水乙醇和50g去离子水的混合溶剂中，然后向其中加入6g氨基硅油和5g环氧氯丙烷，在60℃下反应4h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性纳米二氧化硅。
实施例
一种高阻燃电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将100份PVC树脂、12份改性木质素、15份改性纳米二氧化硅、2份硬脂酸钠、0.8份锡酸锌和5份癸二酸二辛酯混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到高阻燃电缆材料；
其中，改性木质素的制备方法如下：将12g碱木质素加入到150g去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入10g聚乙烯亚胺和6g戊二醛，在80℃下加热搅拌反应3h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性木质素；
改性纳米二氧化硅的制备方法如下：将12g纳米二氧化硅分散在100g无水乙醇和50g去离子水的混合溶剂中，然后向其中加入10g氨基硅油和8g环氧氯丙烷，在90℃下反应2h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性纳米二氧化硅。
实施例
一种高阻燃电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将90份PVC树脂、10份改性木质素、12份改性纳米二氧化硅、2份硬脂酸钠、0.8份锡酸锌和4份癸二酸二辛酯混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到高阻燃电缆材料；
其中，改性木质素的制备方法如下：将10g碱木质素加入到150g去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入8g聚乙烯亚胺和5g戊二醛，在70℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性木质素；
改性纳米二氧化硅的制备方法如下：将10g纳米二氧化硅分散在100g无水乙醇和50g去离子水的混合溶剂中，然后向其中加入8g氨基硅油和6g环氧氯丙烷，在80℃下反应3h，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性纳米二氧化硅。
一种电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将90份PVC树脂、10份木质素、12份纳米二氧化硅、2份硬脂酸钠、0.8份锡酸锌和4份癸二酸二辛酯混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到电缆材料。
一种电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
将90份PVC树脂、10份改性木质素、12份纳米二氧化硅、2份硬脂酸钠、0.8份锡酸锌和4份癸二酸二辛酯混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到电缆材料；
其中，改性木质素的制备方法如下：将10g碱木质素加入到150g去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入8g聚乙烯亚胺和5g戊二醛，在70℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性木质素。
将实施例1-3和对比例1-2所制备的材料进行性能测试，具体如下：
拉伸强度以及断裂伸长率的测试：按照GB/T8804.2-2016中的规定进行测试；
极限氧指数测试：按照ISO 4589-2的要求进行测试；
试验结果如下表所示：
| 拉伸强度（MPa） | 断裂伸长率（%） | 氧指数（%） | |
| 实施例1 | 73.2 | 243 | 46.5 |
| 实施例2 | 74.7 | 261 | 47.2 |
| 实施例3 | 73.8 | 252 | 46.9 |
| 对比例1 | 60.1 | 186 | 39.3 |
| 对比例2 | 65.9 | 214 | 42.7 |
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种高阻燃电缆材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的原料：PVC树脂80-100份、改性木质素8-12份、改性纳米二氧化硅10-15份、硬脂酸钠1-2份、锡酸锌0.6-0.8份、癸二酸二辛酯3-5份；
其中，所述改性木质素的制备方法如下：将碱木质素加入到去离子水中，搅拌均匀，然后向其中加入聚乙烯亚胺和戊二醛，加热搅拌反应，待反应完成后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性木质素；
碱木质素、聚乙烯亚胺和戊二醛的质量比为8-12:5-10:3-6；
所述改性纳米二氧化硅的制备方法如下：将纳米二氧化硅分散在无水乙醇和去离子水的混合溶剂中，然后向其中加入氨基硅油和环氧氯丙烷，进行反应，待反应结束后，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到改性纳米二氧化硅；
纳米二氧化硅、氨基硅油和环氧氯丙烷的质量比为8-12:6-10:5-8；
所述高阻燃电缆材料的制备方法包括以下步骤:
按重量份称取各原料，然后将所有原料混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到高阻燃电缆材料。
2.根据权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，加热搅拌反应的温度为50-80℃，加热搅拌反应的时间为3-5h。
3.根据权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，混合溶剂中无水乙醇和去离子水的质量比为2-3:1。
4.根据权利要求1所述的高阻燃电缆材料，其特征在于，反应温度为60-90℃，反应时间为2-4h。
5.如权利要求1-4任一项所述高阻燃电缆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按重量份称取各原料，然后将所有原料混合均匀，得到混合物料，将混合物料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到高阻燃电缆材料。
6.如权利要求1-4任一项所述高阻燃电缆材料在制备电线或电缆中的应用。
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