CN116023749A - 一种耐候电缆绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐候电缆绝缘材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐候电缆绝缘材料及其制备方法，本发明中引入木质素，原因在于木质素是一种天然高分子化合物，含有大量的芳香结构，对紫外线具有良好的吸收作用，然后通过曼尼希反应，将氨基接枝在木质素的表面，再通过酯化反应，将二硫代氨基引入到木质素表面，进一步增强了木质素对紫外线的吸收效果，从而增强了材料的耐紫外老化性能；同时考虑到纳米碳酸钙在PVC中不容易分散，本发明利用二硫代氨基改性木质素先吸附钙离子，钙离子与二硫代氨基形成配位键，然后再与碳酸根离子形成碳酸钙，使碳酸钙均匀负载在木质素上，解决了碳酸钙在PVC中不容易分散的问题，碳酸钙与二硫代氨基改性木质素共同作用，提高了材料的耐紫外老化性能。

Description

一种耐候电缆绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电缆材料技术领域，具体涉及一种耐候电缆绝缘材料及其制备方法。
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。
电缆护套作为电缆的最外层材料，对电缆的综合性能影响较大，其不仅要求具有优良的物理性能，如拉伸强度、断裂伸长率等，同时还需要拥有良好的耐热性和耐老化性能等。虽然现在市场上的电缆有多种多样，但是大部分电缆其护套材料性能仍不是很理想，电缆在使用的过程中，存在耐高温不是很理想、强度低、抗冲击性能欠佳、抗紫外线性能较差的缺陷，缩短了电缆的使用寿命，增加了经济压力，并存在安全隐患。
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耐候电缆绝缘材料及其制备方法，解决现有的电缆材料抗紫外线性能较差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种耐候电缆绝缘材料，以重量份计，包括如下组分的原料：PVC树脂80-120份、改性木质素复合物15-25份、纳米氧化铅4-6份、硬脂酸1-2份、聚乙烯蜡0.4-0.6份、锡酸锌0.5-1份、三氧化钼2-4份。
优选的，所述改性木质素复合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将碱木质素加入到水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入四乙烯五胺和甲醛，加热搅拌反应，待反应完成后冷却至室温，调节溶液的pH为10-12，再加入二硫化碳，在室温下继续反应2-4h，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到二硫代氨基改性木质素；
（2）将二硫代氨基改性木质素分散在氯化钙溶液中，进行搅拌吸附，然后经离心、干燥，得到负载有钙离子的改性木质素；
（3）将负载有钙离子的改性木质素浸入碳酸铵溶液中，搅拌反应1-2h，然后经离心、干燥，得到改性木质素复合物。
优选的，步骤（1）中，碱木质素、四乙烯五胺、甲醛和二硫化碳的质量比为6-10:8-12:10-15:3-6。
优选的，步骤（1）中，加热搅拌反应的温度为60-90℃，加热搅拌反应的时间为3-5h。
优选的，步骤（2）中，二硫代氨基改性木质素和氯化钙溶液的质量比为5-10:100-120。
优选的，步骤（2）中，氯化钙溶液的质量分数为1-2%。
优选的，步骤（2）中，搅拌吸附的时间为2-3h。
优选的，步骤（3）中，负载有钙离子的改性木质素和碳酸铵溶液的质量比为8-10:100。
优选的，步骤（3）中，碳酸铵溶液的质量分数为10-20%。
本发明还提供上述耐候电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：按重量份称取PVC树脂、改性木质素复合物、纳米氧化铅、硬脂酸、聚乙烯蜡、锡酸锌和三氧化钼，然后将所有原料混合均匀，得到混合料，将混合料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到耐候电缆绝缘材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明中引入木质素，原因在于木质素是一种天然高分子化合物，含有大量的芳香结构，对紫外线具有良好的吸收作用，然后通过曼尼希反应，将氨基接枝在木质素的表面，再通过酯化反应，将二硫代氨基引入到木质素表面，进一步增强了木质素对紫外线的吸收效果，从而增强了材料的耐紫外老化性能。
（2）考虑到纳米碳酸钙在PVC中不容易分散，本发明利用二硫代氨基改性木质素先吸附钙离子，钙离子与二硫代氨基形成配位键，然后再与碳酸根离子形成碳酸钙，使碳酸钙均匀负载在木质素上，解决了碳酸钙在PVC中不容易分散的问题，碳酸钙与二硫代氨基改性木质素共同作用，提高了材料的耐紫外老化性能。
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。
本发明中使用的PVC树脂购自常州市荣仁贸易有限公司；
碱木质素购自新沂市飞皇化工有限公司；
纳米氧化铅的粒径为40-60nm。
实施例
一种耐候电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：
将80份PVC树脂、15份改性木质素复合物、6份纳米氧化铅、1份硬脂酸、0.6份聚乙烯蜡、0.5份锡酸锌和2份三氧化钼混合均匀，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，即得到耐候电缆绝缘材料；
其中，改性木质素复合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将6g碱木质素加入到150g水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入8g四乙烯五胺和10g甲醛，在60℃下加热搅拌反应5h，待反应完成后冷却至室温，调节溶液的pH为10，再加入3g二硫化碳，在室温下继续反应2h，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到二硫代氨基改性木质素；
（2）将5g二硫代氨基改性木质素分散在100g，1wt%的氯化钙溶液中，进行搅拌吸附2h，然后经离心、干燥，得到负载有钙离子的改性木质素；
（3）将8g负载有钙离子的改性木质素浸入100g，10wt%的碳酸铵溶液中，搅拌反应1h，然后经离心、干燥，得到改性木质素复合物。
实施例
一种耐候电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：
将120份PVC树脂、25份改性木质素复合物、4份纳米氧化铅、2份硬脂酸、0.4份聚乙烯蜡、1份锡酸锌和4份三氧化钼混合均匀，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，即得到耐候电缆绝缘材料；
其中，改性木质素复合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将10g碱木质素加入到150g水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入12g四乙烯五胺和15g甲醛，在90℃下加热搅拌反应3h，待反应完成后冷却至室温，调节溶液的pH为12，再加入6g二硫化碳，在室温下继续反应4h，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到二硫代氨基改性木质素；
（2）将10g二硫代氨基改性木质素分散在120g，2wt%的氯化钙溶液中，进行搅拌吸附3h，然后经离心、干燥，得到负载有钙离子的改性木质素；
（3）将10g负载有钙离子的改性木质素浸入100g，20wt%的碳酸铵溶液中，搅拌反应1h，然后经离心、干燥，得到改性木质素复合物。
实施例
一种耐候电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：
将100份PVC树脂、20份改性木质素复合物、5份纳米氧化铅、2份硬脂酸、0.5份聚乙烯蜡、1份锡酸锌和3份三氧化钼混合均匀，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，即得到耐候电缆绝缘材料；
其中，改性木质素复合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将8g碱木质素加入到150g水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入10g四乙烯五胺和12g甲醛，在80℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后冷却至室温，调节溶液的pH为12，再加入5g二硫化碳，在室温下继续反应4h，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到二硫代氨基改性木质素；
（2）将8g二硫代氨基改性木质素分散在120g，2wt%的氯化钙溶液中，进行搅拌吸附3h，然后经离心、干燥，得到负载有钙离子的改性木质素；
（3）将8g负载有钙离子的改性木质素浸入100g，15wt%的碳酸铵溶液中，搅拌反应2h，然后经离心、干燥，得到改性木质素复合物。
一种电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：
将100份PVC树脂、15份木质素、5份纳米碳酸钙、5份纳米氧化铅、2份硬脂酸、0.5份聚乙烯蜡、1份锡酸锌和3份三氧化钼混合均匀，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，即得到电缆绝缘材料。
一种电缆绝缘材料的制备方法，包括如下步骤：
将100份PVC树脂、15份改性木质素、5份纳米碳酸钙、5份纳米氧化铅、2份硬脂酸、0.5份聚乙烯蜡、1份锡酸锌和3份三氧化钼混合均匀，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，即得到电缆绝缘材料；
其中，改性木质素的制备方法，包括如下步骤：
（1）将8g碱木质素加入到150g水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入10g四乙烯五胺和12g甲醛，在80℃下加热搅拌反应4h，待反应完成后冷却至室温，调节溶液的pH为12，再加入5g二硫化碳，在室温下继续反应4h，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/T 8804.2-2016中的规定进行测试；
耐紫外老化性能测试：按照GB/T 16422.3-2014标准中的方法A进行测试，辐照时间为30d；
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（%） 紫外辐照30d后的拉伸强度保持率（%） 氧指数（%）
实施例1 62.3 182 89.7 37.8
实施例2 63.4 188 91.2 38.3
实施例3 63.0 187 90.4 37.9
对比例1 56.2 143 62.5 32.4
对比例2 57.5 156 74.8 36.1
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 (10)

1.一种耐候电缆绝缘材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的原料：PVC树脂80-120份、改性木质素复合物15-25份、纳米氧化铅4-6份、硬脂酸1-2份、聚乙烯蜡0.4-0.6份、锡酸锌0.5-1份、三氧化钼2-4份。
2.根据权利要求1所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，所述改性木质素复合物的制备方法，包括如下步骤：
（1）将碱木质素加入到水中，搅拌混合均匀，然后向其中加入四乙烯五胺和甲醛，加热搅拌反应，待反应完成后冷却至室温，调节溶液的pH为10-12，再加入二硫化碳，在室温下继续反应2-4h，将反应产物进行洗涤、干燥，即得到二硫代氨基改性木质素；
（2）将二硫代氨基改性木质素分散在氯化钙溶液中，进行搅拌吸附，然后经离心、干燥，得到负载有钙离子的改性木质素；
（3）将负载有钙离子的改性木质素浸入碳酸铵溶液中，搅拌反应1-2h，然后经离心、干燥，得到改性木质素复合物。
3.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（1）中，碱木质素、四乙烯五胺、甲醛和二硫化碳的质量比为6-10:8-12:10-15:3-6。
4.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（1）中，加热搅拌反应的温度为60-90℃，加热搅拌反应的时间为3-5h。
5.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（2）中，二硫代氨基改性木质素和氯化钙溶液的质量比为5-10:100-120。
6.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（2）中，氯化钙溶液的质量分数为1-2%。
7.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（2）中，搅拌吸附的时间为2-3h。
8.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（3）中，负载有钙离子的改性木质素和碳酸铵溶液的质量比为8-10:100。
9.根据权利要求2所述的耐候电缆绝缘材料，其特征在于，步骤（3）中，碳酸铵溶液的质量分数为10-20%。
10.如权利要求1-9任一项所述耐候电缆绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按重量份称取PVC树脂、改性木质素复合物、纳米氧化铅、硬脂酸、聚乙烯蜡、锡酸锌和三氧化钼，然后将所有原料混合均匀，得到混合料，将混合料转移至双螺杆挤出机中进行挤出造粒，即得到耐候电缆绝缘材料。
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