本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著社會對火災(zāi)危害的關(guān)注越來越密切，電纜的防火性能也要求更高，一些特種軟電纜(如電梯電纜、電信器件電纜等)也要求具有一定阻燃性能，電纜燃燒時(shí)釋放出大量煙霧和有毒的、腐蝕性的氣體是火災(zāi)中危險(xiǎn)因素，在火災(zāi)中妨礙了人們的安全撤離和滅火工作，使生命財(cái)產(chǎn)遭到嚴(yán)重?fù)p失，同時(shí)隨著通訊事業(yè)、汽車工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展，特別是航空導(dǎo)線、汽車用線、高溫儀表電纜、石油鉆井平臺電纜等許多場合，越來越需要使用阻燃低煙、熱穩(wěn)定性能好、熱變形溫度高的電纜材料；

聚氯乙烯電纜料是以pvc樹脂為基礎(chǔ),加入各種配合劑的多組份混合材料。由于它機(jī)械性能優(yōu)越、耐氣候性好、有優(yōu)良的電氣絕緣性能、加工容易和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于電線電纜的絕緣和護(hù)層材料。而為了提高材料的阻燃性能，大多采用添加三氧化二銻、硼酸鋅等阻燃劑來提高產(chǎn)品阻燃性能，然后這種添加劑添加量越大，越容易降低其韌性，容易出現(xiàn)外層斷裂的現(xiàn)象。有研究表明1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽作為一種離子液體與聚碳酸酯共混時(shí)可以提高其阻燃性能，因此本發(fā)明研究了一種全新的方法，將該離子液體與無機(jī)填料交聯(lián)，不僅可以起到很好的協(xié)同阻燃效果，同時(shí)改善了無機(jī)填料的分散性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料的制備方法，包括以下步驟：

（1）取8-羥基喹啉，加入到其重量36-40倍的無水乙醇中，攪拌均勻；

（2）取正硅酸四乙酯，加入到其重量100-110倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為46-50℃，加入上述8-羥基喹啉的乙醇溶液，保溫?cái)嚢?0-15分鐘，滴加濃度為10-15%的氨水，調(diào)節(jié)ph為10-12，攪拌反應(yīng)20-23小時(shí)，加入司盤80，攪拌均勻，得溶膠分散液；

（3）取丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，加入到混合料重量30-40倍的二甲基甲酰胺中，升高溫度為70-75℃，保溫?cái)嚢?00-120分鐘，與上述溶膠分散液混合，超聲20-30分鐘，過濾，將沉淀用無水乙醇洗4-5次，真空90-100℃下干燥1-2小時(shí)，得羧基化溶膠；

（4）取上述羧基化溶膠，加入到其重量100-130倍的去離子水中，超聲20-30分鐘，加入三乙胺，升高溫度為50-70℃，保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，過濾，將沉淀水洗，常溫干燥，得酰胺化溶膠；

（5）取二甲胺，加入到其重量60-70倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入苯乙烯，升高溫度為45-50℃，保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，蒸餾除去乙醇，常溫干燥，得仲胺化苯乙烯；

（6）取1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽，加入到其重量180-200倍的去離子水中，攪拌均勻，加入上述酰胺化溶膠，滴加10-12mol/l的氨水，調(diào)節(jié)ph為11-12，升高溫度為50-60℃，加入濃度為17-20%的甲醛水溶液，保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，得羥甲基化離子液體改性溶膠溶液；

（7）取上述仲胺化苯乙烯加入到羥甲基化離子液體改性溶膠溶液中，升高溫度為70-75℃，超聲10-20分鐘，冷卻至常溫，滴加3-5mol/l的鹽酸，調(diào)節(jié)ph為2-3，攪拌反應(yīng)2-3小時(shí)，抽濾，將濾餅水洗，常溫干燥，得季銨化離子溶膠改性苯乙烯單體；

（8）取季銨化離子溶膠改性苯乙烯單體、六氯環(huán)三磷腈混合，加入混合料重量17-20倍的甲苯，攪拌均勻，加入偶氮二異丁腈，送入到反應(yīng)釜中，通入氮?dú)?，?0-90℃下保溫反應(yīng)6-8小時(shí)，出料冷卻，將產(chǎn)物過濾，真空50-70℃下干燥50-60分鐘，得季銨化離子溶膠改性聚合物；

（9）取聚氯乙烯，與滑石粉、硬脂酸、氯化石蠟混合，送入到高速混合機(jī)中，在190-200℃下保溫?cái)嚢?0-40分鐘，加入上述季銨化離子溶膠改性聚合物，共混排出，倒入喂料機(jī)中，由喂料機(jī)送入到擠出機(jī)中，擠出機(jī)的溫度為120-130℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為2000-2700r/min，擠出造粒，冷卻，即得離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料。

所述的8-羥基喹啉、正硅酸四乙酯、司盤80、丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、二甲胺、苯乙烯、1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽、濃度為17-20%的甲醛水溶液、六氯環(huán)三磷腈、偶氮二異丁腈、聚氯乙烯、滑石粉、硬脂酸、氯化石蠟的重量比為1-2:37-40：0.7-1:10-15:2-4：5-7:4-6:16-20:2-5:80-100:0.4-1:0.6-0.8:110-130：10-15:4-7:10-12。

同時(shí)，本發(fā)明最終得到的電纜料母粒在經(jīng)過擠出成型制備電纜護(hù)套管的過程中，擠出成型機(jī)的各區(qū)溫度應(yīng)該在100-250℃之間，因?yàn)榫郾揭蚁┑娜廴跍囟葹?40℃，而本發(fā)明的聚苯乙烯表面有二氧化硅溶膠層保護(hù)，熔融溫度經(jīng)實(shí)驗(yàn)可達(dá)255℃，完全可以滿足本發(fā)明電纜料母粒在擠出成型時(shí)溫度的要求（聚氯乙烯的熔融溫度為200℃左右），因此，擠出成型得到的電纜護(hù)套管中，二氧化硅溶膠層包覆的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)不會改變。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明首先采用正硅酸四乙酯為前驅(qū)體，與8-羥基喹啉的乙醇溶液混合，經(jīng)過水解處理，得到抑菌溶膠，再通過丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷處理，得到表面羧基化的溶膠，之后再對其進(jìn)行酰胺化改性，將得到的酰胺化溶膠在甲醛水溶液中進(jìn)行羥甲基化，同時(shí)在羥甲基化的過程中引入1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽離子液體，將1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽很好的交聯(lián)到溶膠表面，然后將仲胺化改性后的單體苯乙烯與羥甲基化離子液體改性溶膠混合反應(yīng)，得到季銨化離子溶膠改性單體，單體再進(jìn)行聚合，得到改性聚合物，該改性聚合物表面由二氧化硅溶膠層包覆，而離子液體作為一種很好的相容劑，交聯(lián)在外層表面與層間，使得二氧化硅溶膠層不僅可以很好的與聚合物緊密的結(jié)合，同時(shí)還可以在聚氯乙烯中形成內(nèi)部互相聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效避免的團(tuán)聚，提高了成品材料的穩(wěn)定性強(qiáng)度，本發(fā)明采用的1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽離子液體與六氯環(huán)三磷腈、二氧化硅起到了很好的協(xié)同阻燃性能，同時(shí)，聚苯乙烯作為一種絕熱材料，也具有很好的阻燃性能，本發(fā)明的成品母粒具有強(qiáng)度高、韌性好、阻燃性好、抑菌性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，綜合性能優(yōu)越。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料的制備方法，包括以下步驟：

（1）取8-羥基喹啉，加入到其重量40倍的無水乙醇中，攪拌均勻；

（2）取正硅酸四乙酯，加入到其重量110倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為50℃，加入上述8-羥基喹啉的乙醇溶液，保溫?cái)嚢?5分鐘，滴加濃度為15%的氨水，調(diào)節(jié)ph為12，攪拌反應(yīng)23小時(shí)，加入司盤80，攪拌均勻，得溶膠分散液；

（3）取丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，加入到混合料重量40倍的二甲基甲酰胺中，升高溫度為70-75℃，保溫?cái)嚢?20分鐘，與上述溶膠分散液混合，超聲30分鐘，過濾，將沉淀用無水乙醇洗5次，真空100℃下干燥2小時(shí)，得羧基化溶膠；

（4）取上述羧基化溶膠，加入到其重量130倍的去離子水中，超聲30分鐘，加入三乙胺，升高溫度為70℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，過濾，將沉淀水洗，常溫干燥，得酰胺化溶膠；

（5）取二甲胺，加入到其重量70倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入苯乙烯，升高溫度為50℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，蒸餾除去乙醇，常溫干燥，得仲胺化苯乙烯；

（6）取1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽，加入到其重量200倍的去離子水中，攪拌均勻，加入上述酰胺化溶膠，滴加12mol/l的氨水，調(diào)節(jié)ph為12，升高溫度為60℃，加入濃度為20%的甲醛水溶液，保溫?cái)嚢?小時(shí)，得羥甲基化離子液體改性溶膠溶液；

（7）取上述仲胺化苯乙烯加入到羥甲基化離子液體改性溶膠溶液中，升高溫度為75℃，超聲20分鐘，冷卻至常溫，滴加5mol/l的鹽酸，調(diào)節(jié)ph為3，攪拌反應(yīng)3小時(shí)，抽濾，將濾餅水洗，常溫干燥，得季銨化離子溶膠改性苯乙烯單體；

（8）取季銨化離子溶膠改性苯乙烯單體、六氯環(huán)三磷腈混合，加入混合料重量20倍的甲苯，攪拌均勻，加入偶氮二異丁腈，送入到反應(yīng)釜中，通入氮?dú)?，?0℃下保溫反應(yīng)8小時(shí)，出料冷卻，將產(chǎn)物過濾，真空70℃下干燥60分鐘，得季銨化離子溶膠改性聚合物；

（9）取聚氯乙烯，與滑石粉、硬脂酸、氯化石蠟混合，送入到高速混合機(jī)中，在190-200℃下保溫?cái)嚢?0分鐘，加入上述季銨化離子溶膠改性聚合物，共混排出，倒入喂料機(jī)中，由喂料機(jī)送入到擠出機(jī)中，擠出機(jī)的溫度為130℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為2700r/min，擠出造粒，冷卻，即得離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料。

所述的8-羥基喹啉、正硅酸四乙酯、司盤80、丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、二甲胺、苯乙烯、1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽、濃度為17-20%的甲醛水溶液、六氯環(huán)三磷腈、偶氮二異丁腈、聚氯乙烯、滑石粉、硬脂酸、氯化石蠟的重量比為2:40：1:15:4：7:6:20:5:100:1:0.8:130：15:7:12。

實(shí)施例2

一種離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料的制備方法，包括以下步驟：

（1）取8-羥基喹啉，加入到其重量36倍的無水乙醇中，攪拌均勻；

（2）取正硅酸四乙酯，加入到其重量100倍的去離子水中，攪拌均勻，升高溫度為46℃，加入上述8-羥基喹啉的乙醇溶液，保溫?cái)嚢?0分鐘，滴加濃度為10%的氨水，調(diào)節(jié)ph為10，攪拌反應(yīng)20小時(shí)，加入司盤80，攪拌均勻，得溶膠分散液；

（3）取丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，加入到混合料重量30倍的二甲基甲酰胺中，升高溫度為70℃，保溫?cái)嚢?00-120分鐘，與上述溶膠分散液混合，超聲20分鐘，過濾，將沉淀用無水乙醇洗4次，真空90℃下干燥1小時(shí)，得羧基化溶膠；

（4）取上述羧基化溶膠，加入到其重量1000倍的去離子水中，超聲20-30分鐘，加入三乙胺，升高溫度為50℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，過濾，將沉淀水洗，常溫干燥，得酰胺化溶膠；

（5）取二甲胺，加入到其重量60倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入苯乙烯，升高溫度為45℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，蒸餾除去乙醇，常溫干燥，得仲胺化苯乙烯；

（6）取1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽，加入到其重量180倍的去離子水中，攪拌均勻，加入上述酰胺化溶膠，滴加10mol/l的氨水，調(diào)節(jié)ph為11-12，升高溫度為50℃，加入濃度為17%的甲醛水溶液，保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，得羥甲基化離子液體改性溶膠溶液；

（7）取上述仲胺化苯乙烯加入到羥甲基化離子液體改性溶膠溶液中，升高溫度為70℃，超聲10分鐘，冷卻至常溫，滴加3mol/l的鹽酸，調(diào)節(jié)ph為2，攪拌反應(yīng)2小時(shí)，抽濾，將濾餅水洗，常溫干燥，得季銨化離子溶膠改性苯乙烯單體；

（8）取季銨化離子溶膠改性苯乙烯單體、六氯環(huán)三磷腈混合，加入混合料重量17倍的甲苯，攪拌均勻，加入偶氮二異丁腈，送入到反應(yīng)釜中，通入氮?dú)?，?0℃下保溫反應(yīng)6小時(shí)，出料冷卻，將產(chǎn)物過濾，真空50℃下干燥50分鐘，得季銨化離子溶膠改性聚合物；

（9）取聚氯乙烯，與滑石粉、硬脂酸、氯化石蠟混合，送入到高速混合機(jī)中，在190℃下保溫?cái)嚢?0分鐘，加入上述季銨化離子溶膠改性聚合物，共混排出，倒入喂料機(jī)中，由喂料機(jī)送入到擠出機(jī)中，擠出機(jī)的溫度為120℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min，擠出造粒，冷卻，即得離子溶膠改性聚合物阻燃電纜料。

所述的8-羥基喹啉、正硅酸四乙酯、司盤80、丁二酸酐、3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、二甲胺、苯乙烯、1-丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸鹽、濃度為17-20%的甲醛水溶液、六氯環(huán)三磷腈、偶氮二異丁腈、聚氯乙烯、滑石粉、硬脂酸、氯化石蠟的重量比為1:37：0.7:10:2：5:4:16:2:80:0.4:0.6:110：10:4:10。

性能測試：

將上述實(shí)施例1、2中制備的離子溶膠改性聚合物阻燃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制成試片，供實(shí)驗(yàn)用；

測得拉伸強(qiáng)度：實(shí)施例1試片為26.7mpa、實(shí)施例2試片為26.4mpa、普通pvc電纜料粒子試片為23.07mpa（標(biāo)準(zhǔn)要求為≥16mpa）；

斷裂伸長率：實(shí)施例1試片為416%、實(shí)施例2試片為410%、普通pvc電纜料粒子試片為305%（標(biāo)準(zhǔn)要求為＞180%）；

200℃熱穩(wěn)定時(shí)間：實(shí)施例1試片為210min、實(shí)施例2試片為205min、普通pvc電纜料粒子試片為197min（標(biāo)準(zhǔn)要求為≥180min）；

阻燃性能：對試片進(jìn)行10s的燃燒測試，實(shí)施例1中的試片在15s內(nèi)熄滅，實(shí)施例2的試片在12s內(nèi)熄滅、普通pvc電纜料粒子試片在38s內(nèi)熄滅；

由上可以看出，本發(fā)明的材料在阻燃性、穩(wěn)定性、機(jī)械性能方面相對于傳統(tǒng)pvc電纜料具有很好的性能，完全滿足電纜料的使用需求。