專利名稱：電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于電線電纜的無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，屬于工業用高分子材料領域。
背景技術：
電線電纜用軟聚氯乙烯塑料(簡稱PVC電纜料)作為一種傳統的電線電纜絕緣、護套材料，由于其機械物理、電氣絕緣性能優異、可塑性強、易加工、施工方便、價格低廉，仍在電線電纜行業獲得較為廣泛的應用。但由于聚氯乙烯樹脂熱穩定性差，分解溫度低，其加工溫度幾乎等同于分解溫度，因此在進行加工時，其對助劑的依賴性較大，特別是軟聚氯乙烯制品，如不添加適量的熱穩定劑和增塑劑，就無法進行加工。在傳統的PVC成型加工中主要添加的熱穩定劑基本上都是含有金屬鉛、鋇或鎘、錫等重金屬有害物質，且含量較高，通過重金屬離子來獲取PVC成型加工過程中PVC分解所釋放出的HCl，從而達到阻礙PVC分解的目的。這些重金屬穩定劑在成型加工過程中會有部分重金屬蒸汽揮發出來，很容易被人吸收，造成重金屬中毒。而含有此類重金屬穩定劑的制品，長期暴露在空氣中或經使用后需廢棄時，其具有生物積累性，即廢棄物掩埋后，會遷移到土壤中被農作物吸收，并會隨地表水而滲入地下水源，人們長期食用被這類材料污染的作物或水，會引起金屬鉛、鋇或鎘、錫等有害物質的中毒。
中國專利00112518.4公開了一種“用于電線電纜的軟聚氯乙烯塑料”，穩定劑采用鈣鋅復合穩定劑，具有無鉛無污染的優點，但采用國產鈣鋅穩定劑生產的軟聚氯乙烯塑料熱穩定時間較短，不利于這種無鉛電纜的生產加工。
發明目的本發明正是為了克服上述不足，提供一種熱穩定性高、穩定劑資源供應充足的、用于電線電纜的低煙、阻燃、無鉛及重金屬的環保型軟聚氯乙烯塑料。主要創新在于穩定劑使用主要成分為稀土鑭系元素的稀土穩定劑，這種穩定劑國內資源充足易得，成本較低，熱穩定性效果高。具體是這樣來實施的聚氯乙烯 100份主增塑劑 26-90份輔增塑劑 2-18份稀土穩定劑 2-15份酚類抗氧化劑 0.1-1份阻燃劑 2-15份碳酸鈣 3-50份所述的主增塑劑是鄰苯二甲酸類增塑劑、對苯二甲酸類增塑劑、偏苯三酸類增塑劑的一種或二種以上的組合物，輔增塑劑是環氧大豆油或環氧化油酸丁酸的一種或組合物，稀土穩定劑是由鑭系稀土硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物，阻燃劑是Sb2O3、AL(OH)3、硼酸鋅一種或混合物。
本發明中的稀土穩定劑的主要成分為稀土鑭系(如鑭、鈰、釹)元素，是由稀土硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物，與三鹽基硫酸鉛類似，呈弱堿性。稀土穩定劑的堿性隨鑭系元素離子半徑的減小而減弱，平均堿度為1.891，遠次于鎂、鈣、鍶、鋇氫氧化物堿性，經PVC熱分解剛果紅試紙試驗，其分解時間長于三鹽基硫酸鉛(參考圖1)。稀土鑭系元素的特殊電子結構(最外層2個電子、次外層8個電子結構，有許多空軌道)決定，其空軌道能級差很小，在外界熱力氧作用下或在極性基團作用下，外層或次外層電子被激化，與PVC加工中分解出來的氯化氫形成配位絡合物，同時稀土元素與氯元素之間有較強的吸引力，可起到控制游離氯元素的作用，從而能阻止或延緩氯化氫的自動氧化連鎖反應，起到熱穩定作用。
酚類抗氧化劑可與穩定劑之間協同作用以減緩氯化氫氣體的釋放，從而使熱穩定時間延長，常用的酚類抗氧化劑是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’-羥基苯基丙酸)或β-丙酸十八碳醇酯(即4’-羥基-3’，5’-二叔丁基苯基)或其混合物。
本發明中以碳酸鈣為填料，為了提高材料的電性能，本發明中還可添加有高電性添加劑---煅燒陶土，100份聚氯乙烯中添加的重量為2-10份。
本發明中的主增塑劑的選用是根據聚氯乙烯塑料的額定工作溫度常規選擇的。當軟聚氯乙烯塑料額定工作溫度為70℃時，主增塑劑可采用鄰苯二甲酸類增塑劑(如鄰苯二甲酸二(2-乙基)己酯、鄰苯二甲酸二庚酯、鄰苯二甲酸二異癸酯)或對苯二甲酸類增塑劑(如對苯二甲酸二辛酯)或偏苯三酸類增塑劑(如偏苯三酸三辛酯)或其混合物；當軟聚氯乙烯塑料額定工作溫度為80℃時，主增塑劑可采用鄰苯二甲酸二異癸酯或偏苯三酸三辛酯或其混合物；當軟聚氯乙烯塑料額定工作溫度為90℃時，主增塑劑可采用對苯二甲酸類增塑劑(如對苯二甲酸二(2-乙基)己酯)或鄰苯二甲酸二異癸酯增塑劑或其混合物；當軟聚氯乙烯塑料額定工作溫度為105℃時，主增塑劑可采用偏苯三酸三辛酯。
經測試，本發明的各項性能完全符合電線電纜用軟聚氯乙烯絕緣、護套塑料的要求，其熱穩定時間、阻燃性和絕緣的電氣性能都顯著提高(參考表一)。依據GB8815-2002標準測試，各種穩定劑聚氯乙烯配方試驗結果參考附圖。
表一性能指標見表(物理機械電性能按GB8815-2002要求)
圖1為本發明各種穩定劑的剛果紅變色時間。
圖2為本發明熱老化后拉伸強度及斷裂伸長率。
圖3為本發明各種配方的體積電阻。
具體實施例方式
實施例1，額定工作溫度為70℃的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其組份重量配比為聚氯乙烯 100份鄰苯二甲酸二庚酯 40份環氧大豆油 10份稀土穩定劑 6份BHT0.4份Sb2O35份碳酸鈣 30份其中稀土穩定劑是稀土鑭的硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物。
實施例2，額定工作溫度為80℃的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其組份重量配比為聚氯乙烯 100份鄰苯二甲酸二異癸酯 26份環氧大豆油 18份稀土穩定劑 15份3’，5’--二叔丁基--4’--羥基苯基丙酸 1份Sb2O35份AL(OH)35份碳酸鈣 40份煅燒陶土 10份其中稀土穩定劑是稀土鈰的硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物。
實施例3，額定工作溫度為90℃的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其組份重量配比為聚氯乙烯 100份鄰苯二甲酸二己酯 40份對苯二甲酸二己酯20份環氧大豆油 4份環氧化油酸丁酸 2份稀土穩定劑 10份BHT 0.1份β-四季戊四醇酯 0.5份硼酸鋅 2份碳酸鈣 10份煅燒陶土2份其中稀土穩定劑是稀土釹的硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物。
實施例4，額定工作溫度為105℃的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其組份重量配比為聚氯乙烯100份偏苯三酸三辛酯 90份環氧化油酸丁酸 2份稀土穩定劑 2份β-丙酸十八碳醇酯 0.1份AL(OH)315份碳酸鈣 3份煅燒陶土5份其中稀土穩定劑是稀土鑭、釹的硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物。
實施例5，額定工作溫度為105℃的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其組份重量配比為聚氯乙烯100份偏苯三酸三辛酯 90份環氧化油酸丁酸 2份稀土穩定劑 2份β-丙酸十八碳醇酯 0.1份AL(OH)315份碳酸鈣 3份煅燒陶土5份其中稀土穩定劑是稀土鑭、鈰的硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物。
權利要求
1.電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其特征在于組成和重量配比為聚氯乙烯 100份主增塑劑 26-90份輔增塑劑 2-18份稀土穩定劑 2-15份酚類抗氧化劑 0.1-1份阻燃劑 2-15份碳酸鈣 3-50份所述的主增塑劑是鄰苯二甲酸類增塑劑、對苯二甲酸類增塑劑、偏苯三酸類增塑劑的一種或二種以上的組合物，輔增塑劑是環氧大豆油或環氧化油酸丁酸的一種或組合物，稀土穩定劑是由鑭系稀土硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物，阻燃劑是Sb2O3、AL(OH)3、硼酸鋅一種或混合物。
2.根據權利要求1所述的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其特征在于組份中添加有高電性添加劑——煅燒陶土，100份聚氯乙烯中添加的重量為2-10份。
3.根據權利要求1所述的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其特征在于酚類抗氧化劑是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.根據權利要求1所述的電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，其特征在于鑭系稀土硫酸鈉復鹽是鑭或鈰或釹的硫酸鈉復鹽或其組合物。
全文摘要
電線電纜用無重金屬環保型軟聚氯乙烯塑料，屬于工業用高分子材料領域，由聚氯乙烯、增塑劑、穩定劑、酚類抗氧化劑、阻燃劑、碳酸鈣組成，穩定劑使用的是稀土鑭系元素的稀土穩定劑，由鑭系稀土硫酸鈉復鹽經氫氧化鈉溶液轉化而成的化合物，這種穩定劑國內資源充足易得，成本較低，熱穩定性效果高，所得電線電纜的各項性能完全符合電線電纜用軟聚氯乙烯絕緣、護套塑料的要求，其熱穩定時間、阻燃性和絕緣的電氣性能都顯著提高。
文檔編號H01B3/44GK1847304SQ20051003888
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月15日 優先權日2005年4月15日
發明者蔣國君, 孫萍 申請人:江蘇圣安電纜有限公司