一種空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料的製備方法與流程
2023-09-20 19:25:00
本發明屬於材料領域，具體涉及一種空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料的製備方法。
背景技術：
空心玻璃微珠珠具有抗壓強度高、熔點高、電阻率高、熱導係數和熱收縮係數小等特點，它被譽為21世紀的"空間時代材料"。空心玻璃微珠具有明顯的減輕重量和隔音保溫效果，使製品具有很好的抗龜裂性能和再加工性能，被廣泛地使用在玻璃鋼、人造大理石、人造瑪瑙等複合材料以及石油工業、航空航天、新型高速列車、汽車輪船、隔熱塗料等領域，空心玻璃微珠用於超高分子量聚乙烯材料的填充，既充當了改善加工流動性的固體潤滑劑，又可對超高分子量聚乙烯材料的綜合力學性能進行改性，以提高其強度和耐磨性等。加有空心玻璃微珠的尼龍6的拉伸強度、衝擊強度、硬度等力學性能得到提高，並可防止由光和熱引起的材料老化。隨著玻璃微珠含量的增加，材料的馬丁耐熱溫度提高。用於生產軸承、照相機、家具配件等;用空心玻璃微珠填充硬質pvc，生產異型材、管材和板材，可使材料具有良好的尺寸穩定性，提高剛性和耐熱溫度，並提高生產效率;填充abs，可改善材料尺寸的穩定性，降低收縮率，提高抗壓強度和抗彎模量，它是由無機材料構成的。按化學成份有：二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、矽酸鈉等。其粒徑十到幾百微米，壁厚幾個微米，為內部充斥co2等氣體的封閉微型球體，中空玻璃微珠具有質輕、低導熱、無毒、不燃、化學穩定性好、高分散等優點。這些優點特別是能夠在模塑完成的成品中體現出來。最終產品重量輕,容易安裝,中空玻璃微珠可以應用在很多材料領域中以提高或改善材料的耐水性、抗壓強度、收縮率和衝擊強度等。密度低,能製取較輕的部件;孔隙率和比表面低,珠體吸收樹脂少,所以即使高量填充,粘度也不高;具有化學穩定性和惰性，中空玻璃微珠也具有較好的絕緣性能,這一性能特別是在制品使用過程中遇到有熱水衝擊時,中空玻璃微珠和樹脂便形成了互不連通的熱傳導絕緣層；因此中空玻璃微珠被廣泛應用於樹脂材料中作為電纜料的填充，可以提高電纜料的絕緣性能、耐水性、保溫性等；
但是，由於中空玻璃微珠就像減震器一樣,因此,在產品受到衝擊時，中空玻璃微珠會優先於樹脂基體而受到破壞，而且當中空玻璃微珠與別的無機填料共混時，無機填料還會對中空玻璃微珠表面造成損傷，容易導致其破裂，特別是在高速混合機和擠出機的強大外力和高速碰撞作用下，中空玻璃微珠更容易破裂；
因此本發明目的就是研究一種新的中空聚氨酯微球來替代中空玻璃微珠，聚氨酯具有很好的彈性，即使在高速混合機和擠出機的強大外力和高速碰撞作用下也不會造成破裂，且低導熱率低，具有很好的抗凍保溫性能。
技術實現要素：
因此本發明目的就是研究一種新的中空聚氨酯微球來替代中空玻璃微珠，聚氨酯具有很好的彈性，即使在高速混合機和擠出機的強大外力和高速碰撞作用下也不會造成破裂，且低導熱率低，具有很好的抗凍保溫性能，提供了一種空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料的製備方法。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料的製備方法，包括以下步驟：
（1）取肉豆蔻酸鈉皂，加入到其重量10-14倍的無水乙醇中，升高溫度為60-70℃，加入3-氨丙基三乙氧基矽烷，保溫攪拌5-10分鐘，得氨基醇分散液；
（2）取氧化鈣、硬脂酸鎂、氯化鈣混合，加入到混合料重量100-130倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述氨基醇分散液混合，通入氣體二氧化碳，二氧化碳的通入速率為6-7m3/min，至沉澱不再增多為止，升高溫度為80-90℃，保溫攪拌1-2小時，過濾，將沉澱水洗，常溫乾燥，得氨基化填料；
（3）取上述硬脂酸，加入到其重量43-50倍的無水乙醇中，攪拌溶解，加入上述氨基化填料，超聲10-15分鐘，蒸餾除去乙醇，常溫乾燥，得醯胺化填料；
（4）取聚丙二醇ppg2000，在108-110℃下真空脫水2-3小時，降低溫度至55-60℃，保溫備用，得預處理聚丙二醇ppg2000；
（5）取上述醯胺化填料，與2,4-甲苯二異氰酸酯混合，在55-60℃下保溫攪拌20-30分鐘，加入上述預處理聚丙二醇ppg2000，送入到反應釜中，通入氮氣，加入二月桂酸二丁基錫，升高溫度為76-85℃，保溫反應4-6小時，冷卻出料，得醯胺化聚氨酯預聚體；
（6）將上述醯胺化聚氨酯預聚體與三羥甲基丙烷混合，在80-90℃下固化10-13小時，冷卻至常溫，得醯胺化聚氨酯；
（7）取上述醯胺化聚氨酯，加入到其重量4-6倍的、濃度為3-5%的鹽酸溶液中，升高溫度為60-70℃，保溫攪拌10-20分鐘，過濾，將沉澱水洗，常溫乾燥，得醯胺化空心聚氨酯；
（8）取聚氯乙烯、醯胺化空心聚氨酯混合，在110-110℃下預熱10-20分鐘，與乙二醇、硬脂酸鋇、氯化石蠟、納米二氧化矽混合，送入到高速混合機中，在190-200℃下保溫攪拌30-40分鐘，倒入餵料機中，由餵料機送入到擠出機中，擠出機的溫度為120-130℃，主機轉速為2000-2700r/min，擠出造粒，冷卻，即得所述空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料。
所述的肉豆蔻酸鈉皂、3-氨丙基三乙氧基矽烷、氧化鈣、硬脂酸鎂、氯化鈣、硬脂酸、聚丙二醇ppg2000、2,4-甲苯二異氰酸酯、二月桂酸二丁基錫、三羥甲基丙烷、聚氯乙烯、乙二醇、硬脂酸鋇、氯化石蠟、納米二氧化矽的重量比為1.7-2：3-4：28-30：1-2：3-4：2-3：50-60：60-65：1.5-2：3-7：170-200：3-5：6-9：16-20：20-30。
本發明的優點：
本發明首先採用3-氨丙基三乙氧基矽烷處理碳酸鈣，將得到的氨基碳酸鈣與硬脂酸混合改性，硬脂酸中的羧基被氨基取代，得到醯胺化填料，然後將該醯胺化填料參與到聚氨酯的聚合反應中，之後採用將聚合物球在酸中浸泡，除去碳酸鈣，得到醯胺化空心聚氨酯，該空心聚氨酯與聚氯乙烯樹脂基體與很好的相容性，該聚氨酯空心球具有很好的彈性，即使在高速混合機和擠出機的強大外力和高速碰撞作用下也不會造成破裂，且導熱率低，具有很好的抗凍保溫性能，且聚氨酯具有很好的耐高溫性，在聚氯乙烯基體的整個加工成型過程中也不會造成聚氨酯空心球熔融破損，具有很好的穩定性，將本發明的聚氨酯空心球加入到電纜料中，可以有效的提高電纜的抗衝擊強度、彎曲強度，具有很好的保溫抗凍性。
具體實施方式
實施例1
一種空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料的製備方法，包括以下步驟：
（1）取肉豆蔻酸鈉皂，加入到其重量14倍的無水乙醇中，升高溫度為70℃，加入3-氨丙基三乙氧基矽烷，保溫攪拌10分鐘，得氨基醇分散液；
（2）取氧化鈣、硬脂酸鎂、氯化鈣混合，加入到混合料重量130倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述氨基醇分散液混合，通入氣體二氧化碳，二氧化碳的通入速率為7m3/min，至沉澱不再增多為止，升高溫度為90℃，保溫攪拌1-2小時，過濾，將沉澱水洗，常溫乾燥，得氨基化填料；
（3）取上述硬脂酸，加入到其重量50倍的無水乙醇中，攪拌溶解，加入上述氨基化填料，超聲15分鐘，蒸餾除去乙醇，常溫乾燥，得醯胺化填料；
（4）取聚丙二醇ppg2000，在108-110℃下真空脫水3小時，降低溫度至60℃，保溫備用，得預處理聚丙二醇ppg2000；
（5）取上述醯胺化填料，與2,4-甲苯二異氰酸酯混合，在60℃下保溫攪拌30分鐘，加入上述預處理聚丙二醇ppg2000，送入到反應釜中，通入氮氣，加入二月桂酸二丁基錫，升高溫度為85℃，保溫反應6小時，冷卻出料，得醯胺化聚氨酯預聚體；
（6）將上述醯胺化聚氨酯預聚體與三羥甲基丙烷混合，在90℃下固化13小時，冷卻至常溫，得醯胺化聚氨酯；
（7）取上述醯胺化聚氨酯，加入到其重量4倍的、濃度為5%的鹽酸溶液中，升高溫度為70℃，保溫攪拌20分鐘，過濾，將沉澱水洗，常溫乾燥，得醯胺化空心聚氨酯；
（8）取聚氯乙烯、醯胺化空心聚氨酯混合，在110℃下預熱20分鐘，與乙二醇、硬脂酸鋇、氯化石蠟、納米二氧化矽混合，送入到高速混合機中，在200℃下保溫攪拌40分鐘，倒入餵料機中，由餵料機送入到擠出機中，擠出機的溫度為130℃，主機轉速為2700r/min，擠出造粒，冷卻，即得所述空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料。
所述的肉豆蔻酸鈉皂、3-氨丙基三乙氧基矽烷、氧化鈣、硬脂酸鎂、氯化鈣、硬脂酸、聚丙二醇ppg2000、2,4-甲苯二異氰酸酯、二月桂酸二丁基錫、三羥甲基丙烷、聚氯乙烯、乙二醇、硬脂酸鋇、氯化石蠟、納米二氧化矽的重量比為2：4：30：2：4：3：60：65：2：7：200：5：9：20：30。
實施例2
一種空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料的製備方法，包括以下步驟：
（1）取肉豆蔻酸鈉皂，加入到其重量10倍的無水乙醇中，升高溫度為60℃，加入3-氨丙基三乙氧基矽烷，保溫攪拌5分鐘，得氨基醇分散液；
（2）取氧化鈣、硬脂酸鎂、氯化鈣混合，加入到混合料重量100倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述氨基醇分散液混合，通入氣體二氧化碳，二氧化碳的通入速率為6-7m3/min，至沉澱不再增多為止，升高溫度為80℃，保溫攪拌1-2小時，過濾，將沉澱水洗，常溫乾燥，得氨基化填料；
（3）取上述硬脂酸，加入到其重量43倍的無水乙醇中，攪拌溶解，加入上述氨基化填料，超聲10分鐘，蒸餾除去乙醇，常溫乾燥，得醯胺化填料；
（4）取聚丙二醇ppg2000，在108℃下真空脫水2小時，降低溫度至55℃，保溫備用，得預處理聚丙二醇ppg2000；
（5）取上述醯胺化填料，與2,4-甲苯二異氰酸酯混合，在55℃下保溫攪拌20分鐘，加入上述預處理聚丙二醇ppg2000，送入到反應釜中，通入氮氣，加入二月桂酸二丁基錫，升高溫度為76-85℃，保溫反應4小時，冷卻出料，得醯胺化聚氨酯預聚體；
（6）將上述醯胺化聚氨酯預聚體與三羥甲基丙烷混合，在80℃下固化10小時，冷卻至常溫，得醯胺化聚氨酯；
（7）取上述醯胺化聚氨酯，加入到其重量6倍的、濃度為3%的鹽酸溶液中，升高溫度為60℃，保溫攪拌10分鐘，過濾，將沉澱水洗，常溫乾燥，得醯胺化空心聚氨酯；
（8）取聚氯乙烯、醯胺化空心聚氨酯混合，在110℃下預熱10分鐘，與乙二醇、硬脂酸鋇、氯化石蠟、納米二氧化矽混合，送入到高速混合機中，在190℃下保溫攪拌30分鐘，倒入餵料機中，由餵料機送入到擠出機中，擠出機的溫度為120℃，主機轉速為2000r/min，擠出造粒，冷卻，即得所述空心聚氨酯微球交聯抗凍電纜料。
所述的肉豆蔻酸鈉皂、3-氨丙基三乙氧基矽烷、氧化鈣、硬脂酸鎂、氯化鈣、硬脂酸、聚丙二醇ppg2000、2,4-甲苯二異氰酸酯、二月桂酸二丁基錫、三羥甲基丙烷、聚氯乙烯、乙二醇、硬脂酸鋇、氯化石蠟、納米二氧化矽的重量比為1.7：3：28：1：3：2-3：50：60：1.5：3：170：3：6：16：20。
性能測試：
低溫衝擊脆化溫度(-40℃)：通過，表面無凍裂；
將上述實施例1、2中製備的電纜料粒子與市售的普通pvc電纜料粒子在170℃壓床上模壓15min製成試片，供實驗用；
測得拉伸強度：實施例1試片為25.1mpa、實施例2試片為25.2mpa、普通pvc電纜料粒子試片為23.07mpa（標準要求為≥16mpa）；
斷裂伸長率：實施例1試片為391%、實施例2試片為400%、普通pvc電纜料粒子試片為305%（標準要求為＞180%）；
200℃熱穩定時間：實施例1試片為220min、實施例2試片為218min、普通pvc電纜料粒子試片為197min（標準要求為≥180min）。