CN109880214A

CN109880214A - 一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料

Info

Publication number: CN109880214A
Application number: CN201910144669.0A
Authority: CN
Inventors: 耿博昕; 高新蕾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明为基于碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：该材料的本体材料选自超高分子量聚乙烯；改性添加剂选自碳量子点。所述碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其耐热性能明显提高，能够作为耐热材料使用。本发明能有效提高改性超高分子量聚乙烯材料的热稳定性，提升材料的使用安全性。

Description

一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯材料，特别涉及一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，改进超高分子量聚乙烯材料的热稳定性，提高材料使用安全性。

背景技术

超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene，UHMWPE)一般是指相对分子量在l50万以上的聚乙烯。该材料是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下，聚合而成的热塑性工程塑料，可作为纤维、薄膜、管材、板材或异型材等使用。超高分子量聚乙烯具有很多优点和特性，如该材料安全无毒，可长期在-269 ～ +80℃条件下使用。但其耐高温性能较差，只能在100℃时短期使用，因此该材料不能作为耐热材料使用，为了弥补UHMWPE的耐热性能较差的缺陷，必须对材料进行改性，制备成相应的复合材料。

碳量子点(Carbon Quantum Dots，CQDs)一般指的是尺寸小于 10 nm，具有准球形的结构的一种纳米碳。CQDs易于制备，原材料廉价、来源广泛。此外，碳量子点几乎无毒，具有良好的生物兼容性及使用安全性。由于CQDs具备很多优点，因此自被发现以来，就受到广泛的关注，并且不断的被开发新的用途。

新型复合材料的设计中，通常采取继承、叛逆与创新，移植创新，交叉突破、边缘突破，复合突破等方法。其中复合突破法使用较多。复合突破法是将几种原理、技术、效应或组元，加以复合、应用，借以突破而发展、研究出新材料、新工艺、新观点和新理论的方法。它实际上是一种集成创新。利用复合突破法，集合UHMWPE 和 CQDs的优点制备碳量子点改性超高分子量聚乙烯这种使用性能可靠、耐热性能优异的新型工程塑料，将扩大UHMWPE材料的使用范围，提高材料的使用安全性和稳定性，降低以纯UHMWPE作为相关器件材料时因受热所造成的变形和泄露等问题，可明显提高系统运行可靠性，具有显著的性能优势。所涉行业包括石油、化工、电力及高端民生等。

碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料能改进超高分子量聚乙烯材料的热稳定性，材料整体使用安全性得到明显提升。

发明内容

本发明为了满足和扩大材料的使用要求，提高材料的热稳定性和使用安全性，提供了一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料。

所述一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：

本体材料选自超高分子量聚乙烯，分子量为150 - 400万；

改性材料选自碳量子点；

碳量子点可以以0.1 - 2.0wt.％的比例分散于超高分子量聚乙烯材料本体中；

改性材料使用偶联剂选自硅烷偶联剂；

所述改性超高分子量聚乙烯材料，能有效提高改性聚乙烯材料的热稳定性和使用安全性。

CQDs作为UHMWPE材料的热稳定性改性添加剂用于制备改性材料，提高UHMWPE材料的热稳定性，提高材料的使用安全性，达到有效扩大材料的使用范围，提高使用稳定性的要求。CQDs是一类具有独特性能的新型纳米级碳材料，其表面含有大量的含氧基团，如羟基、环氧基、羧基等。因此使用硅烷偶联剂以减低CQDs与UHMWPE大分子间的界面能，提高材料均匀性及稳定性。CQDs的使用能有效改善改性UHMWPE材料的热稳定性，提高材料使用安全性。

具体实施方式

本发明的有益效果是：发明一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其耐热性能明显提高，能够作为耐热材料使用。本发明能有效提高改性超高分子量聚乙烯材料的热稳定性和使用安全性。本方法将降低纯UHMWPE作为相关器件材料时因受热所造成的变形和泄露等问题，可明显提高系统运行可靠性，具有显著的性能优势。为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例详细描述本发明提供的技术方案。

实施例1

基体材料选择UHMWPE（平均分子量300 - 400万），改性材料CQDs选用溶剂热合成法制备。CQDs改性UHMWPE材料的制备过程包括混料（1wt.% CQDs和99wt.%的UHMWPE粉料，适量γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷，硅烷偶联剂的加入量以完全浸润添加剂为准），混合均匀，加料（置入涂覆有机硅油脱模剂的阴模中），闭模（使阴模和阳模闭合），预压（三次，18MPa），加热保温（缓慢将模具升温至195℃，保温90min），加压保压（45MPa，保压40min），脱模（待模具自然冷却至室温后），和清理模具这些步骤。

UHMWPE是一种工程塑料，因此该材料的热稳定性，能利用该塑料熔融转变焓来表征。利用差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）来检测纯UHMWPE材料及改性UHMWPE材料的熔融焓，根据熔融焓的变化判断材料的热稳定性能。

利用DSC-2000型差示扫描量热仪进行测试，动态DSC试验条件：N₂流量20 mL/min，升温速率10℃/min，记录40 - 200℃的数据。纯UHMWPE材料及改性UHMWPE材料的熔融焓值如表1所示。

表1 纯超高分子量聚乙烯及含1wt.% 碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料的熔融焓

由表1 可知，改性UHMWPE材料的熔融焓增加了20.13%，说明该改性材料的热稳定性能得到了明显的提升。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：本体材料选自超高分子量聚乙烯，平均分子量为150 - 400万。

2.一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：改性材料添加剂选自碳量子点。

3.根据权利要求1和2所述的一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：所述碳量子点可以以0.1 - 2.0wt.％的比例分散于超高分子量聚乙烯材料本体中。

4.根据权利要求1，2和3所述的一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：硅烷偶联剂作为改性材料中碳量子点和超高分子量聚乙烯间的偶联剂。

5.根据权利要求1，2，3或4所述的一种碳量子点改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于：所述改性超高分子量聚乙烯材料耐热性能明显提高，能作为耐热材料使用，使用安全性好。