[发明专利]一种可回收的聚乙烯电缆绝缘材料

说明书

本发明涉及一种电缆绝缘材料，特别是一种氢键交联的、可回收的聚乙烯电缆绝缘材料的制备方法。本发明提供一种可回收的交联聚乙烯电缆绝缘材料，所述聚乙烯电缆绝缘材料的原料包括以下重量份的组分：乙烯共聚物100重量份，氢键交联剂0.85～8.5重量份，改性的笼型聚倍半硅氧烷2～10重量份，抗氧剂0.1～0.5份，其中，所述氢键交联剂为既能与乙烯共聚物发生接枝反应，又能够自组装产生多重氢键的化合物；所述改性的笼型聚倍半硅氧烷为氢键交联剂修饰的笼型聚倍半硅氧烷，与接枝后的乙烯共聚物之间能形成氢键，同时其作为填料充当交联剂和增强剂。本发明采用多重氢键交联，改性的笼型聚倍半硅氧烷增强的方式，可以显著提高分子间的相互作用从而大幅度提高聚乙烯的强度、模量、热稳定性，同时兼具可回收性。

技术领域

本发明涉及一种电缆绝缘材料，特别是一种氢键交联的、可回收的聚乙烯电缆绝缘材料的制备方法。

背景技术

随着科技的高速发展，人们对于电的需求与日剧增，这对于电力传输和配送提出了更高的要求。与传统的交流输电相比，直流输电具有输送容量更大、传输距离更长、线路损耗更小、系统安全问题较小和适用于复杂地形环境等优点而得到了更广泛的关注。目前，交联聚乙烯凭借优良的介电性能、机械性能、耐热性能和加工性能成为了直流电缆绝缘制造的首选材料。但是，交联聚乙烯的三维网络状分子结构使其变得不溶不熔，无法回收再利用，只能以焚烧的形式处理，造成大规模的环境污染，与可持续发展战略严重相悖。因此，急需研制出一种绝缘材料能够兼具优异的使用性能(力学、绝缘、耐热、耐候性能)和可回收性能，以替代传统的交联聚乙烯，从根本上减轻甚至杜绝废旧电缆所导致的环境问题，实现电缆绝缘材料的循环、可持续发展。

目前，制备可回收电缆绝缘材料主要有两种方法：(1)聚乙烯共混物；Journal ofMaterials Science(2010,vol.45(10),pp.2747-2759)报道了将20wt％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚乙烯共混，制备得到的共混物力学性能、电气性能可以达到与交联聚乙烯相似的性能；(2)聚丙烯及聚丙烯共混物；Journal of Physics D:Applied Physics,(2000,vol.33(4),pp.464)研究了聚丙烯分子结构对微观形貌和电气性能的影响，发现与等规聚丙烯相比，间规聚丙烯具有更好的热稳定性和电气绝缘性能；IEEE Transactions onDielectrics and Electrical Insulation(2015,vol.22(2),pp.673-681.)报道了聚丙烯/聚乙烯-丁烯弹性体作为直流电缆材料的可行性。

尽管上述制备的电缆绝缘材料都是热塑性、可回收的，但是都存在使用性能不足的问题，如(1)聚乙烯共混物由于缺乏交联结构，耐热性、耐蠕变、环境应力开裂性能不足；(2)单独的聚丙烯低温韧性不足而聚丙烯共混物存在空间电荷易积累的问题。因此，如何兼顾使用性能及可回收性能是该领域的首要技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种氢键交联的、可回收的聚乙烯；首先，用氢键交联剂接枝到笼型聚倍半硅氧烷上制备改性的笼型聚倍半硅氧烷；随后，将乙烯共聚物，氢键交联剂，改性的笼型聚倍半硅氧烷熔融共混；氢键交联剂与乙烯共聚物发生反应接枝到聚乙烯主链，通过氢键交联剂之间和氢键交联剂与改性笼型聚倍半硅氧烷之间自组装形成的多重氢键作为物理交联点从而实现聚乙烯的交联；氢键属于非共价键，具有热可逆性，在室温情况下，氢键稳定存在，且氢键交联剂修饰的笼型聚倍半硅氧烷作为杂化填料可充当增强剂和交联剂。氢键交联结构和笼型聚倍半硅氧烷的同时存在可使聚乙烯的强度、模量和耐久性大幅度提升，达到与交联聚乙烯相似的水平；而在高温情况下，氢键发生断裂，恢复聚乙烯良好的加工流动性，从而实现回收再利用。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种可回收的交联聚乙烯电缆绝缘材料，所述聚乙烯电缆绝缘材料的原料包括以下重量份的组分：

乙烯共聚物100重量份，