CN110760118B - 一种可消除熔接痕的改性uhmwpe粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可消除熔接痕的改性UHMWPE粉末的制备方法，制备步骤包括：(1)将UHMWPE初生态粉末进行聚多巴胺包覆，获得PDA@UHMWPE初生态粉末，再进行表面偶联处理；(2)将UHMWPE初生态粉末采用白油进行溶胀，获得溶胀的UHMWPE初生态粉末；(3)将经过偶联剂处理的PDA@UHMWPE初生态粉末与溶胀后的UHMWPE初生态粉末按重量比复配，制备一种消除熔接痕的母料，能够提高材料熔体流动速率，增强界面粘结强度，可有效改善UHMWPE在加工过程中熔体破裂的现象，提高产品质量和降低能耗，有助于成型加工。

Description

一种可消除熔接痕的改性UHMWPE粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种可消除熔接痕的改性UHMWPE粉末的制备方法。
背景技术
近年来，类似“鲨鱼皮”的熔体流动不稳定、熔体循环性破裂等现象，已经成为热塑性聚合物加工首要难题之一。UHMWPE因极高的分子量产生了大量的物理缠结，造就了它极好的力学性能，如优良的力学性能、耐磨性能、自润滑性能等等，被认为是有着广泛应用前景的特殊工程塑料。UHMWPE由于极大的分子量和高度的缠结，导致其流动性很差，几乎不流动，在熔接处的熔料温度很低，且压力损失也大，连接处会出现明显的熔接痕，限制了挤出加工的效率、产品尺寸稳定性和表面光泽度等。
多巴胺可以通过氧化自聚合反应粘附在几乎所有固体物质表面，以及聚多巴胺纳米粒子比表面积大，可以促进UHMWPE在合金中的分散，和基体材料结合良好，可用作良好的粘合剂和润滑剂，有效地改善“鲨鱼皮”的熔体破裂现象，且这种新方法易于在温和的反应条件下操作，对其简单的无害试剂有效。多巴胺在pH 8.5条件下自聚合效率最高，常规合成较多使用Tris-HCl缓冲液，成本高昂，无法适合大规模工业生产。
白油可渗透进入UHMWPE内部，使UHMWPE膨胀，使得UHMWPE初生态粉末从原本的高度缠结状态解脱出来，并向白油进行扩散，完成相应的溶解过程。若未经充分溶胀就溶解，则在颗粒表面形成高粘度层，抑制白油向内部渗透，由此得到的溶液其均匀性将受到严重的影响。
本发明立足于多巴胺自聚-组装及其粘附性和纳米粒子的润滑作用，在UHMWPE初生态粉末表面原位自聚合多巴胺；以及立足于白油对UHMWPE的解缠结和润滑作用，将UHMWPE初生态粉末通过白油溶胀。利用聚多巴胺的高粘附性能和白油的解缠结作用，解决UHMWPE粒子之间因分子链扩散能力差而造成的熔接痕缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是采用多巴胺自聚合和白油溶胀的方法，提供一种可消除熔接痕的改性UHMWPE粉末的制备方法，从而获得高性能、功能化的新材料，解决UHMWPE粒子因分子链扩散能力差而产生的熔接痕缺陷。
为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：
(1) 将UHMWPE初生态粉末、盐酸多巴胺、水、NaOH溶液分别投入聚多巴胺包覆粉体装置的粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中储存，按照UHMWPE初生态粉末:盐酸多巴胺:水的质量比=10:1~5:500~1000，先按此比例将UHMWPE初生态粉末从粉体储料箱中放出并投入反应釜内，再将水从水箱中放出并投入反应釜内，先将使UHMWPE初生态粉末与水投入在反应釜内混合，搅拌形成浆料后，维持pH8.5，再将多巴胺储料箱中的盐酸多巴胺送入反应釜，当pH<8.5时，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜pH维持8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到PDA@UHMWPE初生态粉末；
(2) 将步骤(1)得到的PDA@UHMWPE初生态粉末与0.5~1.5wt%的偶联剂加入高混机中高混，高混转速为2000~4000rpm，高速混合30~60min，获得经过偶联剂处理的PDA@UHMWPE初生态粉末；
(3) 将UHMWPE初生态粉从粉体储料箱中放出并浸入白油，按固液重量比为20:80混合，在130~140 ℃下，搅拌20~30 min，将经过白油处理的UHMWPE初生态粉末通过100目筛网，过滤大部分白油，再将过滤后的UHMWPE初生态粉末经过160 ℃热烘，最终获得经过白油溶胀的UHMWPE初生态粉末；
(4) 将步骤(2)得到的经过偶联剂处理的PDA@UHMWPE初生态粉末和步骤(3)得到的白油溶胀的UHMWPE初生态粉末按1~5:1的质量比例进行高混，得到消除熔接痕的母料。
所述NaOH溶液浓度为1~5 mol/L。
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
上述聚多巴胺包覆UHMWPE初生态粉末反应条件在为：50~500 rpm条件下搅拌30~60 min，反应12~48 h，反应全程温度25 ℃，无光。
本发明的有益效果为：本发明通过制备一种可消除熔接痕的母料，能够提高材料熔体流动速率，增强界面粘结强度，有效改善UHMWPE在加工过程中熔体破裂的现象，提高产品质量和降低能耗，有助于成型加工。
附图说明
图1为实施例1 UHMWPE改性前后图：图中：(a)UHMWPE初生态粉末；(b) 经多巴胺修饰的UHMWPE初生态粉末；(c) 经白油溶胀的UHMWPE初生态粉末。
图2为实施例4 UHMWPE消除熔接痕前后的对比图，图中左图是纯UHMWPE模压的板材，右图是加入可消除熔接痕母料后模压的板材。
具体实施方式
通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案：本发明为一种可消除熔接痕的改性UHMWPE粉末的制备方法，通过一系列的发明创新，克服了UHMWPE在现实生活中应用难的问题。
实施例1
1. 将10 kgUHMWPE初生态粉末、1 kg盐酸多巴胺、500 L水、1 L浓度为1.5 mol/LNaOH溶液分别投入聚多巴胺包覆粉体装置的粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中，先将UHMWPE初生态粉末10 kg与500 L水投入反应釜内混合，在200 rpm条件下搅拌40 min，形成浆料后，再将1 kg盐酸多巴胺送入反应釜，反应24 h，反应全程温度25℃，维持pH 8.5，无光，若pH<8.5，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜pH维持在8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到10 kg PDA@UHMWPE初生态粉末。
2.将10 kg PDA@UHMWPE初生态粉末与1 wt%的KH560硅烷偶联剂加入高混机中高混，高混转速为2000 rpm，高速混合 60 min。
3. 将5 kg UHMWPE初生态粉浸入20 kg白油，在136 ℃下磁力搅拌20 min，将经过白油处理的UHMWPE初生态粉末通过100目筛网，过滤大部分白油，再将过滤后的UHMWPE经过160 ℃热烘，最终获得经过白油溶胀的UHMWPE初生态粉末。
4. 称取1 kg PDA@UHMWPE初生态粉末和1 kg白油溶胀的UHMWPE初生态粉末进行高混，得到可消除熔接痕的母料。
实施例2
1.将5 kg UHMWPE初生态粉末、0.5 kg盐酸多巴胺、250 L水、1 L浓度为3 mol/LNaOH溶液分别投入聚多巴胺包覆粉体装置的粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中，先将UHMWPE初生态粉末5 kg与250 L水投入反应釜内混合，在200 rpm条件下搅拌60 min，形成浆料后，再将1 kg盐酸多巴胺送入反应釜，反应24 h，反应全程温度25 ℃，维持pH8.5，无光，若pH<8.5，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜pH维持在8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到5 kg PDA@UHMWPE初生态粉末。
2．将5 kgPDA@UHMWPE初生态粉末与1 wt%的KH560 硅烷偶联剂加入高混机中高混，高混转速为2000，高速混合60 min。
3.将3 kg UHMWPE初生态粉浸入12 kg白油，在136 ℃下磁力搅拌20 min，将经过白油处理的UHMWPE初生态粉末通过100目筛网，过滤大部分白油，再将过滤后的UHMWPE经过160 ℃热烘，最终获得经过白油溶胀的UHMWPE初生态粉末。
4.称取1.5 kg PDA@UHMWPE初生态粉末和0.75 kg白油溶胀的UHMWPE初生态粉末进行高混，得到可消除熔接痕的母料。
实施例3
1.将5 kgUHMWPE初生态粉末、0.5 kg盐酸多巴胺、250 L水、1 L浓度为4.5 mol/LNaOH溶液分别投入聚多巴胺包覆粉体装置的粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中，先将UHMWPE初生态粉末5 kg与250 L水投入反应釜内混合，在200 rpm条件下搅拌60min，形成浆料后，再将盐酸多巴胺送入反应釜，反应24 h，反应全程温度25 ℃，维持pH 8.5，无光，若pH<8.5，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜pH维持在8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到PDA@UHMWPE初生态粉末。
2.将5 kgPDA@UHMWPE初生态粉末与1 wt%的KH560硅烷偶联剂加入高混机中高混，高混转速为2000，高速混合60min。
3.将2 kg UHMWPE初生态粉浸入8 kg白油，在136 ℃下磁力搅拌20 min，将经过白油处理的UHMWPE初生态粉末通过100目筛网，过滤大部分白油，再将过滤后的UHMWPE经过160 ℃热烘，最终获得经过白油溶胀的UHMWPE初生态粉末。
4.称取1.5 kg多巴胺修饰的UHMWPE初生态粉末和0.5 kg白油溶胀的UHMWPE初生态粉末进行高混，得到可消除熔接痕的母料。
实施例4
称取实施例1得到的可消除熔接痕母料20 g，与100 g UHMWPE初生态粉末进行混合，在200℃条件下，运用平板硫化机模压成型，模压时间为预热10 min，热压10 min，冷压10 min，获得UHMWPE平板。
从图中可以看出，通过多巴胺的表面修饰，UHMWPE原生态粉末由白色变成黑色，通过白油溶胀，UHMWPE初生态粉末变成“雪花状”；图2中的左图是纯UHMWPE模压的板材，右图是加入可消除熔接痕母料后模压的板材，由图2可以看出，通过多巴胺修饰和白油溶胀的UHMWPE初生态粉末，有效改善了UHMWPE的熔接痕问题。

Claims (4)

1.一种可消除熔接痕的改性UHMWPE初生态粉末的制备方法，步骤如下:
(1) 将UHMWPE初生态粉末、盐酸多巴胺、水、NaOH溶液分别投入聚多巴胺包覆粉体装置的粉体储料箱、多巴胺储料箱、水箱、碱液箱中储存，按照UHMWPE初生态粉末:盐酸多巴胺:水的质量比=10:1~5:500~1000，先按此比例将UHMWPE初生态粉末从粉体储料箱中放出并投入反应釜内，再将水从水箱中放出并投入反应釜内，使UHMWPE初生态粉末与水在反应釜内混合，搅拌形成浆料后，维持pH8.5，再将多巴胺储料箱中的盐酸多巴胺送入反应釜，当pH<8.5时，碱液蠕动泵将适量NaOH溶液送至反应釜，使反应釜pH维持在8.5，反应完全后，位于反应釜底部的阀门打开，让浆料流入板框压滤机压滤，水蠕动泵送水搅拌清洗反应釜，并对板框压滤机中的物料进行重复清洗，之后物料进行烘干、粉碎，得到PDA@UHMWPE初生态粉末；
(2) 将步骤（1）得到的PDA@UHMWPE初生态粉末与0.5~1.5wt%的偶联剂加入高混机中高混，高混转速为2000~4000rpm，高速混合30~60min，获得经过偶联剂处理的PDA@UHMWPE初生态粉末；
(3) 将UHMWPE初生态粉从粉体储料箱中放出并浸入白油，按固液重量比为20:80混合，在130~140 ℃下，搅拌20~30 min，将经过白油处理的UHMWPE初生态粉末通过100目筛网，过滤大部分白油，再将过滤后的UHMWPE初生态粉末经过160 ℃热烘，最终获得经过白油溶胀的UHMWPE初生态粉末；
(4) 将步骤（2）得到的经过偶联剂处理的PDA@UHMWPE初生态粉末和步骤（3）得到的白油溶胀的UHMWPE初生态粉末按1~5:1的质量比例进行高混，得到消除熔接痕的母料。
2.根据权利要求1所述的一种可消除熔接痕的改性UHMWPE初生态粉末的制备方法，其特征在于，所述NaOH溶液浓度为1~5 mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种可消除熔接痕的改性UHMWPE初生态粉末的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的一种可消除熔接痕的改性UHMWPE初生态粉末的制备方法，其特征在于，聚多巴胺包覆UHMWPE初生态粉末反应条件为：50~500 rpm条件下搅拌30~60min，反应12~48 h，反应全程温度25 ℃，无光。
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