本發(fā)明涉及聚氯乙烯材料，尤其涉及一種聚氯乙烯塑膠材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚氯乙烯塑膠材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、電絕緣性能和阻燃性能，被廣泛應(yīng)用于電線電纜領(lǐng)域。特別是在電纜護(hù)套和絕緣層材料制造中，聚氯乙烯塑膠材料不僅提供了良好的機(jī)械保護(hù)和電氣絕緣性能，還具有加工性能好、成本適中等優(yōu)勢(shì)。隨著全球電力和通信基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，聚氯乙烯電纜材料的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。

2、然而，大量聚氯乙烯電纜被鋪設(shè)在海洋工程、跨海橋梁、近海油氣平臺(tái)等海洋環(huán)境中，長(zhǎng)期暴露在強(qiáng)烈的紫外線輻射和含鹽海水的環(huán)境下。這種復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)致聚氯乙烯材料加速老化，產(chǎn)生微裂紋和剝落，不僅降低了電纜的使用壽命，更嚴(yán)重的是，老化過(guò)程中產(chǎn)生的微塑料顆粒會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成持續(xù)性污染。尤其是在光照條件下，海水中的氯離子會(huì)加速材料降解，這種協(xié)同作用使得傳統(tǒng)聚氯乙烯電纜材料的環(huán)境適應(yīng)性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠抵抗海洋環(huán)境光老化、減少微塑料產(chǎn)生的聚氯乙烯塑膠材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的聚氯乙烯材料在海洋環(huán)境中易發(fā)生光老化，產(chǎn)生微塑料污染的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明第一方面提供了一種聚氯乙烯塑膠材料，所述聚氯乙烯塑膠材料按重量份包括以下組分：聚氯乙烯基體100份；以為核、為殼的光響應(yīng)型納米粒子5-10份；鹵素離子載體型介孔材料2-8份；鹵素自由基捕獲劑1-5份；層狀阻隔材料1-3份。

3、可選的，所述以為核、為殼的光響應(yīng)型納米粒子具有以下特征：核為銳鈦礦型，粒徑為20-50nm，比表面積為80-120/g；殼層為多孔結(jié)構(gòu)，殼層厚度為10-30nm，孔徑為5-20nm；/摩爾比為0.5-2:1；的摩爾比為0.1-0.5:1。

4、可選的，所述鹵素離子載體型介孔材料包括：載體材料選自介孔二氧化硅或介孔氧化鋁，孔徑為2-10nm，比表面積為300-600/g；載體表面經(jīng)氨基或羧基改性；負(fù)載的鹵素離子源選自氯化鑭、氯化鈰、氯化釹中的一種或多種，負(fù)載量為載體質(zhì)量的10-30%。

5、可選的，所述鹵素自由基捕獲劑為鈰系金屬有機(jī)骨架材料，具有以下特征：孔道尺寸為1-3nm；比表面積為500-1000m2/g；配位金屬為；有機(jī)配體選自對(duì)苯二甲酸、2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸中的一種或多種。

6、可選的，所述層狀阻隔材料具有以下特征：材料選自水滑石、層狀雙氫氧化物中的一種或多種；縱橫比大于100；片層厚度為1-5nm；層間距為0.8-1.5nm。

7、可選的，各功能組分的質(zhì)量配比滿足：光響應(yīng)型納米粒子與鹵素離子載體型介孔材料的質(zhì)量比為1:0.2-1；鹵素離子載體型介孔材料與鹵素自由基捕獲劑的質(zhì)量比為2-5:1；鹵素自由基捕獲劑與層狀阻隔材料的質(zhì)量比為1:0.2-1。

8、本發(fā)明第二方面提供了一種聚氯乙烯塑膠材料的制備方法，包括：

9、(1)光響應(yīng)型納米粒子的制備：

10、將鈦酸四丁酯與十六烷基三甲基溴化銨混合，調(diào)節(jié)ph至2-3，攪拌；

11、于180-200℃下水熱反應(yīng)4-6h，得到前驅(qū)體；

12、向前驅(qū)體分散液中加入硝酸鈰溶液和30%過(guò)氧化氫，調(diào)節(jié)ph至7-8；

13、在365nm紫外光照射下反應(yīng)2-4h，得到核殼結(jié)構(gòu)納米粒子；

14、(2)鹵素離子載體型介孔材料的制備：

15、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將稀土氯化物溶液與介孔材料混合，攪拌1h；

16、加入溶于n,n-二甲基甲酰胺的鈰系金屬有機(jī)骨架材料，室溫?cái)嚢瑁?/p>

17、采用脈沖超聲(功率400w，間歇比1:1)處理30min，靜置2h，循環(huán)3次；

18、離心、洗滌、干燥，得到功能化載體；

19、(3)復(fù)合體系的制備：

20、將步驟(1)和(2)所得產(chǎn)物在乙醇-水混合溶液中超聲分散30min；

21、加入層狀阻隔材料，繼續(xù)超聲分散；

22、進(jìn)行冷凍(-20℃，2h)-解凍(25℃，1h)循環(huán)3次；

23、冷凍干燥，得到功能復(fù)合粉體；

24、(4)最終材料的制備：

25、將功能復(fù)合粉體與聚氯乙烯基體共混；

26、于60℃下真空干燥12h；

27、使用雙螺桿擠出機(jī)復(fù)合，得到目標(biāo)材料。

28、可選的，步驟(1)中：鈦酸四丁酯與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1:1.5-2；水熱反應(yīng)壓力為2-3mpa；硝酸鈰與的摩爾比為0.5-2:1；紫外光功率密度為10-20mw/。

29、可選的，步驟(2)和(3)中：稀土氯化物濃度為0.1-0.5mol/l；鈰系金屬有機(jī)骨架材料濃度為2-5g/l；乙醇-水混合溶液的體積比為3:1；超聲功率密度為200-400w/l。

30、可選的，步驟(4)中：雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為100-150rpm；各區(qū)段溫度為：進(jìn)料區(qū)150-160℃，混煉區(qū)160-165℃，出料區(qū)140-150℃；螺桿長(zhǎng)徑比為36:1；擠出過(guò)程真空度≤-0.08mpa。

31、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

32、本發(fā)明設(shè)計(jì)了以為核、為殼的光響應(yīng)型納米粒子，通過(guò)核殼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)紫外光的高效吸收和能量轉(zhuǎn)化，顯著提高了材料的光穩(wěn)定性。其中，核提供了光響應(yīng)活性位點(diǎn)，殼層則通過(guò)的可逆轉(zhuǎn)換有效調(diào)控光生載流子的傳輸，從而抑制了光老化過(guò)程。

33、同時(shí)，利用了鹵素離子載體型介孔材料與鹵素自由基捕獲劑的協(xié)同作用，在海水環(huán)境中形成了獨(dú)特的自由基調(diào)控體系。介孔材料通過(guò)可控釋放鹵素離子，與捕獲劑配合，有效防止了氯自由基對(duì)聚氯乙烯基體的攻擊，大幅降低了材料的降解速率。

34、此外，采用層狀阻隔材料構(gòu)建了物理防護(hù)屏障，其高縱橫比和規(guī)則層間結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了材料的機(jī)械性能，還顯著提高了材料的阻水性和阻氧性，進(jìn)一步延緩了海水環(huán)境對(duì)材料的侵蝕作用。

技術(shù)特征：

1.一種聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，所述聚氯乙烯塑膠材料按重量份包括以下組分：聚氯乙烯基體100份；以為核、為殼的光響應(yīng)型納米粒子5-10份；鹵素離子載體型介孔材料2-8份；鹵素自由基捕獲劑1-5份；層狀阻隔材料1-3份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，所述以為核、為殼的光響應(yīng)型納米粒子具有以下特征：核為銳鈦礦型，粒徑為20-50nm，比表面積為80-120/g；殼層為多孔結(jié)構(gòu)，殼層厚度為10-30nm，孔徑為5-20nm；/摩爾比為0.5-2:1；的摩爾比為0.1-0.5:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，所述鹵素離子載體型介孔材料包括：載體材料選自介孔二氧化硅或介孔氧化鋁，孔徑為2-10nm，比表面積為300-600/g；載體表面經(jīng)氨基或羧基改性；負(fù)載的鹵素離子源選自氯化鑭、氯化鈰、氯化釹中的一種或多種，負(fù)載量為載體質(zhì)量的10-30%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，所述鹵素自由基捕獲劑為鈰系金屬有機(jī)骨架材料，具有以下特征：孔道尺寸為1-3nm；比表面積為500-1000m2/g；配位金屬為；有機(jī)配體選自對(duì)苯二甲酸、2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，所述層狀阻隔材料具有以下特征：材料選自水滑石、層狀雙氫氧化物中的一種或多種；縱橫比大于100；片層厚度為1-5nm；層間距為0.8-1.5nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，各功能組分的質(zhì)量配比滿足：光響應(yīng)型納米粒子與鹵素離子載體型介孔材料的質(zhì)量比為1:0.2-1；鹵素離子載體型介孔材料與鹵素自由基捕獲劑的質(zhì)量比為2-5:1；鹵素自由基捕獲劑與層狀阻隔材料的質(zhì)量比為1:0.2-1。

7.一種聚氯乙烯塑膠材料的制備方法，用于制備如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的聚氯乙烯塑膠材料，其特征在于，所述聚氯乙烯塑膠材料的制備方法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚氯乙烯塑膠材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中：鈦酸四丁酯與十六烷基三甲基溴化銨的摩爾比為1:1.5-2；水熱反應(yīng)壓力為2-3mpa；硝酸鈰與的摩爾比為0.5-2:1；紫外光功率密度為10-20mw/。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚氯乙烯塑膠材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)和(3)中：稀土氯化物濃度為0.1-0.5mol/l；鈰系金屬有機(jī)骨架材料濃度為2-5g/l；乙醇-水混合溶液的體積比為3:1；超聲功率密度為200-400w/l。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚氯乙烯塑膠材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中：雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為100-150rpm；各區(qū)段溫度為：進(jìn)料區(qū)150-160℃，混煉區(qū)160-165℃，出料區(qū)140-150℃；螺桿長(zhǎng)徑比為36:1；擠出過(guò)程真空度≤-0.08mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種聚氯乙烯塑膠材料及其制備方法，其中，所述聚氯乙烯塑膠材料按重量份包括以下組分：聚氯乙烯基體100份；以為核、為殼的光響應(yīng)型納米粒子5?10份；鹵素離子載體型介孔材料2?8份；鹵素自由基捕獲劑1?5份；層狀阻隔材料1?3份。本發(fā)明技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的聚氯乙烯材料在海洋環(huán)境中易發(fā)生光老化，產(chǎn)生微塑料污染的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：吳保強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東莞市安高瑞新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2