CN1847304A - 电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料 - Google Patents

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Abstract

电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，属于工业用高分子材料领域，由聚氯乙烯、增塑剂、稳定剂、酚类抗氧化剂、阻燃剂、碳酸钙组成，稳定剂使用的是稀土镧系元素的稀土稳定剂，由镧系稀土硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物，这种稳定剂国内资源充足易得，成本较低，热稳定性效果高，所得电线电缆的各项性能完全符合电线电缆用软聚氯乙烯绝缘、护套塑料的要求，其热稳定时间、阻燃性和绝缘的电气性能都显著提高。

Description

电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料
技术领域
本发明涉及一种用于电线电缆的无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，属于工业用高分子材料领域。
技术背景
电线电缆用软聚氯乙烯塑料(简称PVC电缆料)作为一种传统的电线电缆绝缘、护套材料，由于其机械物理、电气绝缘性能优异、可塑性强、易加工、施工方便、价格低廉，仍在电线电缆行业获得较为广泛的应用。但由于聚氯乙烯树脂热稳定性差，分解温度低，其加工温度几乎等同于分解温度，因此在进行加工时，其对助剂的依赖性较大，特别是软聚氯乙烯制品，如不添加适量的热稳定剂和增塑剂，就无法进行加工。在传统的PVC成型加工中主要添加的热稳定剂基本上都是含有金属铅、钡或镉、锡等重金属有害物质，且含量较高，通过重金属离子来获取PVC成型加工过程中PVC分解所释放出的HCl，从而达到阻碍PVC分解的目的。这些重金属稳定剂在成型加工过程中会有部分重金属蒸汽挥发出来，很容易被人吸收，造成重金属中毒。而含有此类重金属稳定剂的制品，长期暴露在空气中或经使用后需废弃时，其具有生物积累性，即废弃物掩埋后，会迁移到土壤中被农作物吸收，并会随地表水而渗入地下水源，人们长期食用被这类材料污染的作物或水，会引起金属铅、钡或镉、锡等有害物质的中毒。
中国专利00112518.4公开了一种“用于电线电缆的软聚氯乙烯塑料”，稳定剂采用钙锌复合稳定剂，具有无铅无污染的优点，但采用国产钙锌稳定剂生产的软聚氯乙烯塑料热稳定时间较短，不利于这种无铅电缆的生产加工。
发明目的
本发明正是为了克服上述不足，提供一种热稳定性高、稳定剂资源供应充足的、用于电线电缆的低烟、阻燃、无铅及重金属的环保型软聚氯乙烯塑料。主要创新在于稳定剂使用主要成分为稀土镧系元素的稀土稳定剂，这种稳定剂国内资源充足易得，成本较低，热稳定性效果高。具体是这样来实施的：
聚氯乙烯                                       100份
主增塑剂                                       26-90份
辅增塑剂                                       2-18份
稀土稳定剂                                     2-15份
酚类抗氧化剂                                   0.1-1份
阻燃剂                                         2-15份
碳酸钙                                         3-50份
所述的主增塑剂是邻苯二甲酸类增塑剂、对苯二甲酸类增塑剂、偏苯三酸类增塑剂的一种或二种以上的组合物，辅增塑剂是环氧大豆油或环氧化油酸丁酸的一种或组合物，稀土稳定剂是由镧系稀土硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物，阻燃剂是Sb2O3、AL(OH)3、硼酸锌一种或混合物。
本发明中的稀土稳定剂的主要成分为稀土镧系(如镧、铈、钕)元素，是由稀土硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物，与三盐基硫酸铅类似，呈弱碱性。稀土稳定剂的碱性随镧系元素离子半径的减小而减弱，平均碱度为1.891，远次于镁、钙、锶、钡氢氧化物碱性，经PVC热分解刚果红试纸试验，其分解时间长于三盐基硫酸铅(参考图1)。稀土镧系元素的特殊电子结构(最外层2个电子、次外层8个电子结构，有许多空轨道)决定，其空轨道能级差很小，在外界热力氧作用下或在极性基团作用下，外层或次外层电子被激化，与PVC加工中分解出来的氯化氢形成配位络合物，同时稀土元素与氯元素之间有较强的吸引力，可起到控制游离氯元素的作用，从而能阻止或延缓氯化氢的自动氧化连锁反应，起到热稳定作用。
酚类抗氧化剂可与稳定剂之间协同作用以减缓氯化氢气体的释放，从而使热稳定时间延长，常用的酚类抗氧化剂是2，6-二叔丁基酚(即BHT)或β-四季戊四醇酯(即3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基丙酸)或β-丙酸十八碳醇酯(即4’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)或其混合物。
本发明中以碳酸钙为填料，为了提高材料的电性能，本发明中还可添加有高电性添加剂---煅烧陶土，100份聚氯乙烯中添加的重量为2-10份。
本发明中的主增塑剂的选用是根据聚氯乙烯塑料的额定工作温度常规选择的。当软聚氯乙烯塑料额定工作温度为70℃时，主增塑剂可采用邻苯二甲酸类增塑剂(如邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯、邻苯二甲酸二庚酯、邻苯二甲酸二异癸酯)或对苯二甲酸类增塑剂(如对苯二甲酸二辛酯)或偏苯三酸类增塑剂(如偏苯三酸三辛酯)或其混合物；当软聚氯乙烯塑料额定工作温度为80℃时，主增塑剂可采用邻苯二甲酸二异癸酯或偏苯三酸三辛酯或其混合物；当软聚氯乙烯塑料额定工作温度为90℃时，主增塑剂可采用对苯二甲酸类增塑剂(如对苯二甲酸二(2-乙基)己酯)或邻苯二甲酸二异癸酯增塑剂或其混合物；当软聚氯乙烯塑料额定工作温度为105℃时，主增塑剂可采用偏苯三酸三辛酯。
经测试，本发明的各项性能完全符合电线电缆用软聚氯乙烯绝缘、护套塑料的要求，其热稳定时间、阻燃性和绝缘的电气性能都显著提高(参考表一)。依据GB8815-2002标准测试，各种稳定剂聚氯乙烯配方试验结果参考附图。
         表一性能指标见表(物理机械电性能按GB8815-2002要求)
  项目   绝缘   护套
  1.拉伸强度/Mpa  ≥   15.0   15.0
  2.断裂伸长率/％ ＞   150   180
  3.热变形/％     ≤   40   50
4.冲击脆化性能   试验温度℃   -15   -25
  冲击脆化性能   通过   通过
  5.200℃时热稳定时间，min，≥   60   50
  6.20℃时体积电阻率，Ω·m，≥   1.0×1012   1.0×108
  7.介电强度，MV/m，≥   20   18
  8.介质损耗因数(50Hz)   -   -
  执老化性能   试验温度，℃   100±2   100±2
  试验时间，h   168   168
  老化后拉伸强度，Mpa，≥   15.0   15.0
  拉伸强度最大变化率，％   ±20   ±20
  老化后断裂伸长率，％，≥   150   180
  断裂伸长率最大变化率，％   ±20   ±20
热老化质量损失 试验条件   100±2℃168h   100±2℃168h
  质量损失，g/m2   20   23
重金属含量   铅含量，％   ≤0.01   ≤0.01
  锑含量，％   ≤0.006   ≤0.006
  砷含量，％   ≤0.0025   ≤0.0025
  钡含量，％   ≤0.1   ≤0.1
  镉含量，％   ≤0.0075   ≤0.0075
  铬含量，％   ≤0.006   ≤0.006
  汞含量，％   ≤0.006   ≤0.006
  硒含量，％   ≤0.05   ≤0.05
附图说明
图1为本发明各种稳定剂的刚果红变色时间。
图2为本发明热老化后拉伸强度及断裂伸长率。
图3为本发明各种配方的体积电阻。
具体实施方式
实施例1，额定工作温度为70℃的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其组份重量配比为：
聚氯乙烯                                       100份
邻苯二甲酸二庚酯                               40份
环氧大豆油                                     10份
稀土稳定剂                                     6份
BHT                                            0.4份
Sb2O3                                       5份
碳酸钙                                         30份
其中稀土稳定剂是稀土镧的硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物。
实施例2，额定工作温度为80℃的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其组份重量配比为：
聚氯乙烯                                       100份
邻苯二甲酸二异癸酯                             26份
环氧大豆油                                     18份
稀土稳定剂                                     15份
3’，5’--二叔丁基--4’--羟基苯基丙酸          1份
Sb2O3                                        5份
AL(OH)3                                       5份
碳酸钙                                         40份
煅烧陶土                                       10份
其中稀土稳定剂是稀土铈的硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物。
实施例3，额定工作温度为90℃的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其组份重量配比为：
聚氯乙烯                                       100份
邻苯二甲酸二己酯                               40份
对苯二甲酸二己酯                                20份
环氧大豆油                                      4份
环氧化油酸丁酸                                  2份
稀土稳定剂                                      10份
BHT                                             0.1份
β-四季戊四醇酯                                 0.5份
硼酸锌                                          2份
碳酸钙                                          10份
煅烧陶土                                        2份
其中稀土稳定剂是稀土钕的硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物。
实施例4，额定工作温度为105℃的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其组份重量配比为：
聚氯乙烯                                        100份
偏苯三酸三辛酯                                  90份
环氧化油酸丁酸                                  2份
稀土稳定剂                                      2份
β-丙酸十八碳醇酯                               0.1份
AL(OH)3                                        15份
碳酸钙                                          3份
煅烧陶土                                        5份
其中稀土稳定剂是稀土镧、钕的硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物。
实施例5，额定工作温度为105℃的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其组份重量配比为：
聚氯乙烯                                        100份
偏苯三酸三辛酯                                  90份
环氧化油酸丁酸                                  2份
稀土稳定剂                                      2份
β-丙酸十八碳醇酯                               0.1份
AL(OH)3                                        15份
碳酸钙                                          3份
煅烧陶土                                        5份
其中稀土稳定剂是稀土镧、铈的硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物。

Claims (4)

1.电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其特征在于组成和重量配比为：
聚氯乙烯                               100份
主增塑剂                               26-90份
辅增塑剂                               2-18份
稀土稳定剂                             2-15份
酚类抗氧化剂                           0.1-1份
阻燃剂                                 2-15份
碳酸钙                                 3-50份
所述的主增塑剂是邻苯二甲酸类增塑剂、对苯二甲酸类增塑剂、偏苯三酸类增塑剂的一种或二种以上的组合物，辅增塑剂是环氧大豆油或环氧化油酸丁酸的一种或组合物，稀土稳定剂是由镧系稀土硫酸钠复盐经氢氧化钠溶液转化而成的化合物，阻燃剂是Sb2O3、AL(OH)3、硼酸锌一种或混合物。
2.根据权利要求1所述的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其特征在于组份中添加有高电性添加剂——煅烧陶土，100份聚氯乙烯中添加的重量为2-10份。
3.根据权利要求1所述的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其特征在于酚类抗氧化剂是2，6-二叔丁基酚或四季戊四醇酯或β-丙酸十八碳醇酯或其混合物。
4.根据权利要求1所述的电线电缆用无重金属环保型软聚氯乙烯塑料，其特征在于镧系稀土硫酸钠复盐是镧或铈或钕的硫酸钠复盐或其组合物。
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