一种基于LDHs协效阻燃的电缆绝缘材料及其制备工艺的制作方法

本发明涉及电缆绝缘材料，具体为一种基于ldhs协效阻燃的电缆绝缘材料及其制备工艺。

背景技术：

1、近年来，5g通讯技术的蓬勃发展，使得光电复合电缆的需求日益增加，这也推动了高性能电缆绝缘材料的发展。传统的电缆绝缘材料大部分主体材料为聚氯乙烯；随着绿色发展的深入、环保和无卤意识的逐渐增强，聚氯乙烯由于含有大量氯元素，应用受到限制；而以聚烯烃为基体的电缆绝缘材料则成为了行业内研究的重点。

2、现有技术中，聚烯烃类电缆绝缘材料一般包括以聚乙烯、交联聚乙烯、热塑性聚丙烯为基体的材料；其中，聚乙烯需要高压、高温的惰性环境，且在挤出工艺中易出现焦烧等现象；而交联聚乙烯中不可避免会存在交联副产物等杂质，易导致电场畸变和绝缘老化击穿的问题。而热塑性聚丙烯电性能稳定、电气绝缘性能优异，且具有耐化学性、耐电弧性和可塑化循环再利用的特点，是理想化的下一代电缆绝缘材料。但是，以聚丙烯为主体树脂的电缆绝缘材料中，由于聚丙烯存在高结晶度、韧性低的特点，使得其存在高刚性、脆性、耐冲击性差的缺陷。另一方面，一般为了增加电绝缘材料的安全性，通常会引入阻燃剂(如层状双金属氢氧化物ldh)，用于保证电绝缘材料的阻燃性能；但存在以下问题：一是，阻燃剂与聚丙烯间存在相容性差、分散性差的问题；二是，为保证聚丙烯的力学性能，阻燃剂引入量较低，使得电绝缘材料的阻燃性仍需要进一步提高。

3、综上，解决上述问题，制备一种基于ldhs协效阻燃的电缆绝缘材料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于ldhs协效阻燃的电缆绝缘材料及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于ldhs协效阻燃的电缆绝缘材料，所述电缆绝缘材料的原料包括以下材料：按重量份数计，35～40份协效阻燃剂、65～70份均聚聚丙烯、30～35份相容剂、2～5份二氧化二锑、2～3份邻苯二甲酸锌、1～2份甘油、0.2～0.3份抗滴落剂、0.2～0.3份抗氧化剂、0.01～0.02份过氧化马来酸叔丁酯；

4、所述相容剂包括质量比为12:(13～17):(5～6)的马来酸酐接枝聚丙烯、三嗪改性聚丙烯、硅烷偶联剂接枝聚丙烯；所述协效阻燃剂由氮磷膨胀阻燃剂与mgalznla-ldhs复合得到。

5、进一步方案中，所述协效阻燃剂的制备工艺，包括以下步骤：

6、步骤1：氮磷膨胀阻燃剂的制备：(1)将2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪加入至溶剂中，在-10℃～0℃下滴加丙烯醇，加入碱催化剂，在-5℃～5℃反应1～2小时，得到烯基三嗪；将烯基三嗪、半胱胺、光引发剂依次加入四氢呋喃中，紫外光照反应1～2小时，得到氨基三嗪；(2)将氨基三嗪、苯膦酸、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇羟基酸依次加入去离子水中，在90～100℃下反应4～8小时，冷却洗涤干燥，得到氮磷膨胀阻燃剂；

7、步骤2：mgalznla-ldhs的制备：将硝酸镁、硝酸铝、硝酸锌、硝酸镧溶于去离子水中，得到1～1.2mol/l的盐溶液；将氢氧化钠、碳酸氢钠溶于去离子水中得到1.8～2mol/l的碱液；室温下，将碱液与盐溶液混合，在100～105℃下晶化5～6小时，洗涤干燥，得到mgalznla-ldhs；

8、步骤3：协效阻燃剂的制备：将氮磷膨胀阻燃剂超声分散在去离子水中，调节ph＝4～4.2，得到12～15wt％的分散液；氮气氛围下，将mgalznla-ldhs超声分散在去离子水中，加入16-巯基十六酸，缓慢加入分散液，搅拌均匀，调节ph＝4.5～4.7，在95～100℃下搅拌1～2小时，调节ph＝7～7.2，洗涤干燥，得到协效阻燃剂。

9、进一步方案中，所述氨基三嗪的原料中包括以下物质：按重量份数计，28～29份2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、18～20份丙烯醇、35～37份半胱胺；所述氮磷膨胀阻燃剂的原料包括以下物质：按重量份数计，28～30份氨基三嗪、7～8份苯膦酸、30～36份聚乙二醇甲基丙烯酸酯、20～22份聚乙二醇羟基酸。

10、进一步方案中，所述盐溶液中，硝酸镁、硝酸铝、硝酸锌、硝酸镧的摩尔比为2:1:0.5:(0.2～0.3)；所述碱液中，氢氧化钠、碳酸氢钠的摩尔比为1.4:(0.4～0.6)。

11、进一步方案中，所述协效阻燃剂中，mgalznla-ldhs、氮磷膨胀阻燃剂、16-巯基十六酸的质量比为1:(2～3):(1～2)。

12、进一步方案中，所述三嗪改性聚丙烯的制备工艺为：将氨基三嗪、端羟基等规聚丙烯依次加入无水乙醇中，加入浓硫酸，搅拌回流反应2～3小时，后处理，得到三嗪改性聚丙烯，其中，氨基三嗪、端羟基等规聚丙烯的质量比为(0.1～0.12):(10～12)。

13、进一步方案中，所述端羟基等规聚丙烯的均分子量为3.5×103～5×103mol/g。

14、进一步方案中，所述硅烷偶联剂接枝聚丙烯的制备工艺为：将均聚聚丙烯、过氧化马来酸叔丁酯、乙烯基硅烷偶联剂、抗氧化剂混合，在200～230℃下熔融反应，得到硅烷偶联剂接枝聚丙烯；其中，均聚聚丙烯与乙烯基硅烷偶联剂的质量比为100:(1～2)。

15、进一步方案中，一种基于ldhs协效阻燃的电缆绝缘材料的制备工艺，包括以下步骤：

16、步骤1：称取协效阻燃剂、均聚聚丙烯、相容剂、二氧化二锑、邻苯二甲酸锌、甘油、抗滴落剂、抗氧化剂、过氧化马来酸叔丁酯，预先在50～55℃下干燥，得到原料；步骤2：将原料在转速为50～60rpm、温度为180～200℃下混炼；在牵引速度为4～6m/min、温度为210～220℃下挤出成型，得到电缆绝缘材料。

17、与现有技术相比，本技术的有益效果如下：设计制备了新型的氮磷膨胀阻燃剂，并将其与16-巯基十六酸，共同插层改性四金属的mgalznla-ldhs，从而得到协效阻燃剂，有效增强电缆绝缘材料的阻燃性，同时利用马来酸酐接枝聚丙烯、三嗪改性聚丙烯、硅烷偶联剂接枝聚丙烯的三元相容剂，有效产生相似相容和反应相容，从而在提高阻燃性的基础上，保证了电缆绝缘材料的力学性能；获得了安全、无卤、低烟、高效阻燃聚丙烯电缆绝缘材料，使其可大规模应用5g通讯、海底光缆、海上风力发电等领域。

18、方案中，协效阻燃剂氮磷膨胀阻燃剂与mgalznla-ldhs复合得到。其中，氮磷膨胀阻燃剂是以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪，依次通过机制丙烯醇和半胱胺得到氨基三嗪；在利用氨基三嗪与苯膦酸、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇羟基酸反应；控制物质组分从而得到氮磷膨胀阻燃剂；由于其含有羧基(阴离子)可以有效插层在mgalznla-ldhs上，从而得到协效阻燃剂，有效克服了单一氮磷阻燃剂消烟能力不足的缺陷。同时，该协效阻燃剂中，相较于常见的氮磷阻燃剂，制备过程中引入半胱胺作为媒介接枝，而半胱胺中含有硫，进一步提高了阻燃性；同时接枝的苯膦酸中含有苯环，可以以提高与mgalznla-ldhs的物理作用；而接枝的聚乙二醇甲基丙烯酸酯中含有丙烯基，可以与聚丙烯基体有效产生反应相容性，从而提高了其在电缆绝缘材料的分散性和相容性。

19、方案中，由于协效阻燃剂加入量较多，为了保证电缆绝缘材料的力学性能，方案中进一步引入量三元复合的相容剂，其中包括马来酸酐接枝聚丙烯、三嗪改性聚丙烯和硅烷偶联剂接枝聚丙烯；其中，马来酸酐接枝聚丙烯是常见相容剂，可以与协效剂共价键合，提高界面相互性，从而增加相容性。而三嗪改性聚丙烯是以氨基三嗪与端羟基等规聚丙烯制备得到的，由于其同时与聚丙烯、协效阻燃剂具有相似链段，有效提高了其在聚丙烯基体中的流动性，提高了分散性和相似相容性。而硅烷偶联剂接枝聚丙烯中含有的硅烷链段具有极强的亲和性和界面活性，可以增加协效阻燃剂与聚丙烯基体之间的化学作用，有效提高相容性。以此，相较于单一的相容剂，三元相容剂有效优化了协效阻燃剂与聚丙烯基体间的界面作用，从而保证了力学性能。另外，三嗪改性聚丙烯是支化聚丙烯，其引入可以增强抗冲击性能，需要注意的是：端羟基等规聚丙烯的分子量需要控制，分子量会影响链的纠缠性，从而导致力学性能的下降。

20、同时，在协效阻燃剂制备中，还辅助插层了16-巯基十六酸，其为小分子，可以促进协效剂的插层，另一方面，其具有烷基链段，可以有效增韧，而含有的巯基可以提高反应相容性，进一步增强电缆绝缘材料的综合性能。

21、此外，方案中，还引入了少量的甘油作为润滑剂，从而提高协效阻燃剂在聚丙烯基体中的流动性，增加分散性；同时其可以辅助邻苯二甲酸锌促进成核作用，从而提高电缆绝缘材料的力学性能。