一种安全型自限温电伴热带及其制备方法与流程

1.本发明涉及电伴热带制备技术领域，具体涉及一种安全型自限温电伴热带及其制备方法。


背景技术：

2.电伴热带主要用于工业设备的罐、管、槽的防冻和保温，也可用于其他容器的加热，使用时直接缠绕在被加热部位的表面，安装简单，使用方便，安全可靠，电伴热带是由导电聚合物和两根平行金属导线及绝缘护层构成，其特点是导电聚合物具有很高的正温度系数特性，且互相并联，能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度，可以任意截短或在一定范围内接长使用；
3.但现有的电伴热带用绝缘材料多以聚苯乙烯为原料，聚苯乙烯阻燃效果较差，且在使用过程中由于自身材料韧性较差，易出现断裂，使得电伴热带的安全系数大大降低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种安全型自限温电伴热带及其制备方法，通过改性聚苯丙烯和增效交联剂解决了现阶段电伴热带绝缘材料阻燃性差，在长时间弯曲使用后会出现断裂的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种安全型自限温电伴热带，由纳米导电炭黑和两根平行母线外加绝缘层构成，所述的绝缘层由如下步骤制成：
7.将改性聚苯丙烯溶于n,n-二甲基甲酰胺，在转速为150-200r/min，温度为20-30℃的条件下，进行搅拌并加入增效交联剂，混合均匀后，加入模具中，进行固化，制得绝缘层。
8.进一步的，所述的改性聚苯丙烯与增效交联剂的用量质量比为1:3。
9.进一步的，所述的改性聚丙烯由如下步骤制成：
10.步骤a1：将三氯化铝和四氯化碳混合均匀，在转为200-300r/min，温度为10-15℃的条件下，进行搅拌加入甲苯，在温度为40-50℃的条件下，进行反应1-1.5h，制得中间体1，将中间体1和去离子水混合均匀，在温度为110-120℃的条件下，回流处理1-1.5h后，过滤去除滤液，将滤饼、四氯化碳、高锰酸钾混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为100-110℃的条件下，进行回流反应2-3h，制得中间体2；
11.反应过程如下：
[0012][0013]
步骤a2：将3，4-二羟基苯胺、中间体2、n,n-二甲基甲酰胺、1-羟基苯并三唑混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为40-50℃的条件下，进行反应5-6h，制得中间体3，将三氯氧磷、季戊四醇、乙腈混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为80-90℃的条件下，进行反应3-5h后，加入偏钒酸铵和硝酸溶液，继续反应2-3h，制得中间体4，将中间体4、氯化亚砜、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为60-70℃的条件下，进行反应3-5h，制得中间体5；
[0014]
反应过程如下：
[0015][0016]
步骤a3：将中间体3、中间体5、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为50-60℃的条件下，进行反应5-7h，制得中间体6，将中间体6、乙二胺、乙醇混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为60-70℃的条件下，进行反应3-5h后，蒸馏去除溶剂，将底物、三聚氯氰、乙醚混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为40-50℃的条件下，进行反应6-8h，制得中间体7；
[0017]
反应过程如下：
[0018][0019][0020]
步骤a4：将中间体7、丙烯酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、三乙胺混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为80-90℃的条件下，进行反应5-7h，制得中间体8，将中间体8、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为0℃的条件下，进行搅拌并加入正丁基锂，进行反应2-3h后，升温至温度为25-30℃，继续反应2-3h，制得改性聚丙烯。
[0021]
反应过程如下：
[0022][0023][0024]
进一步的，步骤a1所述的三氯化铝、四氯化碳、甲苯的用量比为13g:0.1mol:
0.2mol，滤饼和高锰酸钾的用量质量比为1:1.5。
[0025]
进一步的，步骤a2所述的3，4-二羟基苯胺、中间体2、1-羟基苯并三唑的用量摩尔比为1:1:1.1，三氯氧磷和季戊四醇的用量摩尔比为1:1，硝酸溶液的质量分数为10％，中间体4和氯化亚砜的用量摩尔比为1:1.1。
[0026]
进一步的，步骤a3所述的中间体3和中间体5的用量摩尔比为1:4，中间体6和乙二胺的用量摩尔比为1:1，底物和三聚氯氰的用量摩尔比为2:1。
[0027]
进一步的，步骤a4所述的中间体7和丙烯酰胺的用量比为1:1，中间体8、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、正丁基锂的用量摩尔比为20:10:10:1。
[0028]
进一步的，所述的增效交联剂由如下步骤制成：
[0029]
步骤b1：将硝基苯和丙酮混合均匀，在转速为200-300r/min，温度为15-20℃的条件下，滴加浓硫酸，进行反应2-3h，制得中间体9，将中间体9溶于苯中，通入氯气，在转速为150-200r/min，光照的条件下，进行反应3-5h，制得中间体10；
[0030]
反应过程如下：
[0031][0032][0033]
步骤b2：将中间体10、锡粉、浓盐酸混合均匀，在转速为150-200r/min，温度为90-100℃的条件下，进行反应1-1.5h后，调节反应液ph值为10-11，制得中间体11，将腰果酚、中间体11、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在温度为80-90℃的条件下，进行反应3-5h，制得增效交联剂。
[0034]
反应过程如下：
[0035]
[0036]
进一步的，步骤b1所述的硝基苯、丙酮、浓硫酸的用量比为5g:2ml:3ml，浓硫酸质量分数为98％，中间体9和氯气用量摩尔比为1:2。
[0037]
进一步的，步骤b2所述的中间体10、锡粉、浓盐酸的用量比为4.3g:8g:20ml，浓盐酸的质量分数为36％，腰果酚和中间体11的用量比为2:1。
[0038]
本发明的有益效果如下：
[0039]
本发明制备一种安全型自动限温电伴热带的过程中，制备了一种绝缘层，该绝缘层由改性聚苯丙烯和增效交联剂交联制得，该改性聚苯丙烯以四氯化碳和甲苯为原料进行反应，制得中间体1，将中间体1用去离子水回流处理后，用高锰酸钾氧化，使得甲基转变为羧基，制得中间体2，将3,4-二羟基苯胺和中间体2进行反应，使得中间体2上的氨基与3,4-二羟基苯胺上的羧基脱水缩合，制得中间体3，将三氯氧磷和季戊四醇进行反应后，再用偏钒酸铵和硝酸溶液进一步的处理，制得中间体4，将中间体4与氯化亚砜反应，制得中间体5，将中间体3与中间体5反应，制得中间体6，将中间体6和乙二胺反应，使得中间体6上的酮基和氨基反应后，再与三聚氯氰通过温度控制，制得中间体7，将中间体7与丙烯酰胺反应，制得中间体8，再将中间体8、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯聚合，制得改性聚丙烯，该改性聚丙烯分子链上含有大量磷含氧酸结构，在燃烧时会产生具有强脱水性的聚磷酸，使含氧官能团脱水炭化，发挥凝聚相阻燃的作用，同时附着在材料表面形成碳层进而保证了阻燃效果，同时不会出现阻燃物挥发析出，保证了阻燃性，该增效交联剂以硝基苯和丙酮原料进行反应，制得中间体9，将中间体9与氯气反应，制得中间体10，将中间体10进行还原反应，使得中间体10上的硝基转变氨基，制得中间体11，再将中间体11与腰果酚反应，制得增效交联剂，该增效交联剂与改性聚丙烯进行反应，使得增效交联剂上的氨基与改性聚丙烯上的环氧基反应，形成网格型结构，同时侧链含有大量不饱和长链，使得制备出的电伴热带具有很好的韧性，防止了电伴热带断裂。
具体实施方式
[0040]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
实施例1
[0042]
一种安全型自限温电伴热带，由纳米导电炭黑和两根平行母线外加绝缘层构成，绝缘层由如下步骤制成：
[0043]
将改性聚苯丙烯溶于n,n-二甲基甲酰胺，在转速为150r/min，温度为20℃的条件下，进行搅拌并加入增效交联剂，混合均匀后，加入模具中，进行固化，制得绝缘层。
[0044]
改性聚丙烯由如下步骤制成：
[0045]
步骤a1：将三氯化铝和四氯化碳混合均匀，在转为200r/min，温度为10℃的条件下，进行搅拌加入甲苯，在温度为40℃的条件下，进行反应1h，制得中间体1，将中间体1和去离子水混合均匀，在温度为110℃的条件下，回流处理1h后，过滤去除滤液，将滤饼、四氯化碳、高锰酸钾混合均匀，在转速为150r/min，温度为100℃的条件下，进行回流反应2h，制得中间体2；
[0046]
步骤a2：将3，4-二羟基苯胺、中间体2、n,n-二甲基甲酰胺、1-羟基苯并三唑混合均匀，在转速为150r/min，温度为40℃的条件下，进行反应5h，制得中间体3，将三氯氧磷、季戊四醇、乙腈混合均匀，在转速为200r/min，温度为80℃的条件下，进行反应3h后，加入偏钒酸铵和硝酸溶液，继续反应2h，制得中间体4，将中间体4、氯化亚砜、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150r/min，温度为60℃的条件下，进行反应3h，制得中间体5；
[0047]
步骤a3：将中间体3、中间体5、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为150r/min，温度为50℃的条件下，进行反应5h，制得中间体6，将中间体6、乙二胺、乙醇混合均匀，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行反应3h后，蒸馏去除溶剂，将底物、三聚氯氰、乙醚混合均匀，在转速为200r/min，温度为40℃的条件下，进行反应6h，制得中间体7；
[0048]
步骤a4：将中间体7、丙烯酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、三乙胺混合均匀，在转速为150r/min，温度为80℃的条件下，进行反应5h，制得中间体8，将中间体8、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为0℃的条件下，进行搅拌并加入正丁基锂，进行反应2h后，升温至温度为25℃，继续反应2h，制得改性聚丙烯。
[0049]
增效交联剂由如下步骤制成：
[0050]
步骤b1：将硝基苯和丙酮混合均匀，在转速为200r/min，温度为15℃的条件下，滴加浓硫酸，进行反应2h，制得中间体9，将中间体9溶于苯中，通入氯气，在转速为150r/min，光照的条件下，进行反应3h，制得中间体10；
[0051]
步骤b2：将中间体10、锡粉、浓盐酸混合均匀，在转速为150r/min，温度为90℃的条件下，进行反应1h后，调节反应液ph值为10，制得中间体11，将腰果酚、中间体11、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在温度为80℃的条件下，进行反应3h，制得增效交联剂。
[0052]
实施例2
[0053]
一种安全型自限温电伴热带，由纳米导电炭黑和两根平行母线外加绝缘层构成，绝缘层由如下步骤制成：
[0054]
将改性聚苯丙烯溶于n,n-二甲基甲酰胺，在转速为180r/min，温度为25℃的条件下，进行搅拌并加入增效交联剂，混合均匀后，加入模具中，进行固化，制得绝缘层。
[0055]
改性聚丙烯由如下步骤制成：
[0056]
步骤a1：将三氯化铝和四氯化碳混合均匀，在转为200r/min，温度为13℃的条件下，进行搅拌加入甲苯，在温度为45℃的条件下，进行反应1.3h，制得中间体1，将中间体1和去离子水混合均匀，在温度为115℃的条件下，回流处理1.3h后，过滤去除滤液，将滤饼、四氯化碳、高锰酸钾混合均匀，在转速为180r/min，温度为105℃的条件下，进行回流反应2.5h，制得中间体2；
[0057]
步骤a2：将3，4-二羟基苯胺、中间体2、n,n-二甲基甲酰胺、1-羟基苯并三唑混合均匀，在转速为180r/min，温度为45℃的条件下，进行反应5.5h，制得中间体3，将三氯氧磷、季戊四醇、乙腈混合均匀，在转速为200r/min，温度为85℃的条件下，进行反应4h后，加入偏钒酸铵和硝酸溶液，继续反应2.5h，制得中间体4，将中间体4、氯化亚砜、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为180r/min，温度为65℃的条件下，进行反应4h，制得中间体5；
[0058]
步骤a3：将中间体3、中间体5、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为180r/min，温度为55℃的条件下，进行反应6h，制得中间体6，将中间体6、乙二胺、乙醇混合
均匀，在转速为200r/min，温度为65℃的条件下，进行反应4h后，蒸馏去除溶剂，将底物、三聚氯氰、乙醚混合均匀，在转速为300r/min，温度为45℃的条件下，进行反应7h，制得中间体7；
[0059]
步骤a4：将中间体7、丙烯酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、三乙胺混合均匀，在转速为180r/min，温度为85℃的条件下，进行反应6h，制得中间体8，将中间体8、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为0℃的条件下，进行搅拌并加入正丁基锂，进行反应2.5h后，升温至温度为28℃，继续反应2.5h，制得改性聚丙烯。
[0060]
增效交联剂由如下步骤制成：
[0061]
步骤b1：将硝基苯和丙酮混合均匀，在转速为300r/min，温度为18℃的条件下，滴加浓硫酸，进行反应2.5h，制得中间体9，将中间体9溶于苯中，通入氯气，在转速为180r/min，光照的条件下，进行反应4h，制得中间体10；
[0062]
步骤b2：将中间体10、锡粉、浓盐酸混合均匀，在转速为180r/min，温度为95℃的条件下，进行反应1.3h后，调节反应液ph值为10，制得中间体11，将腰果酚、中间体11、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在温度为85℃的条件下，进行反应4h，制得增效交联剂。
[0063]
实施例3
[0064]
一种安全型自限温电伴热带，由纳米导电炭黑和两根平行母线外加绝缘层构成，绝缘层由如下步骤制成：
[0065]
将改性聚苯丙烯溶于n,n-二甲基甲酰胺，在转速为200r/min，温度为30℃的条件下，进行搅拌并加入增效交联剂，混合均匀后，加入模具中，进行固化，制得绝缘层。
[0066]
改性聚丙烯由如下步骤制成：
[0067]
步骤a1：将三氯化铝和四氯化碳混合均匀，在转为300r/min，温度为15℃的条件下，进行搅拌加入甲苯，在温度为50℃的条件下，进行反应1.5h，制得中间体1，将中间体1和去离子水混合均匀，在温度为120℃的条件下，回流处理1.5h后，过滤去除滤液，将滤饼、四氯化碳、高锰酸钾混合均匀，在转速为200r/min，温度为110℃的条件下，进行回流反应3h，制得中间体2；
[0068]
步骤a2：将3，4-二羟基苯胺、中间体2、n,n-二甲基甲酰胺、1-羟基苯并三唑混合均匀，在转速为200r/min，温度为50℃的条件下，进行反应6h，制得中间体3，将三氯氧磷、季戊四醇、乙腈混合均匀，在转速为300r/min，温度为90℃的条件下，进行反应5h后，加入偏钒酸铵和硝酸溶液，继续反应3h，制得中间体4，将中间体4、氯化亚砜、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为70℃的条件下，进行反应5h，制得中间体5；
[0069]
步骤a3：将中间体3、中间体5、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为60℃的条件下，进行反应7h，制得中间体6，将中间体6、乙二胺、乙醇混合均匀，在转速为300r/min，温度为70℃的条件下，进行反应5h后，蒸馏去除溶剂，将底物、三聚氯氰、乙醚混合均匀，在转速为300r/min，温度为50℃的条件下，进行反应8h，制得中间体7；
[0070]
步骤a4：将中间体7、丙烯酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、三乙胺混合均匀，在转速为200r/min，温度为90℃的条件下，进行反应7h，制得中间体8，将中间体8、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在转速为300r/min，温度为0℃的条件下，进行
搅拌并加入正丁基锂，进行反应3h后，升温至温度为30℃，继续反应3h，制得改性聚丙烯。
[0071]
增效交联剂由如下步骤制成：
[0072]
步骤b1：将硝基苯和丙酮混合均匀，在转速为300r/min，温度为20℃的条件下，滴加浓硫酸，进行反应3h，制得中间体9，将中间体9溶于苯中，通入氯气，在转速为200r/min，光照的条件下，进行反应5h，制得中间体10；
[0073]
步骤b2：将中间体10、锡粉、浓盐酸混合均匀，在转速为200r/min，温度为100℃的条件下，进行反应1.5h后，调节反应液ph值为11，制得中间体11，将腰果酚、中间体11、三乙胺、n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，在温度为90℃的条件下，进行反应5h，制得增效交联剂。
[0074]
对比例1
[0075]
本对比例与实施例1相比未用增效交联剂处理改性聚丙烯，其余步骤相同。
[0076]
对比例2
[0077]
本对比例与实施例1相比用聚丙烯作为绝缘层。
[0078]
对比例3
[0079]
本对比例为中国专利cn108419313a公开的一种电伴热带用绝缘材料。
[0080]
将实施例1-3和对比例1-3制得的电伴热带用绝缘材料依照gb/t2408-2008的标准进行阻燃测试，依照gb/t9341-2008的标准进行拉伸强度性能测试，依照gb/t1039-1992的标准进行断裂伸长率检测，结果如下表所示；
[0081][0082]
由上表可知实施例1-3制得的电伴热带用绝缘材料阻燃等级为v0，同时拉伸强度为228-235mpa，断裂伸长率为7.4-8.2％，表明本发明具有很好的阻燃效果，同时韧性高，在使用过程中，不会因受到外力曲折出现裂痕，保证了电伴热带的安全性。
[0083]
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。