CN1919913A - 一种改善聚乙烯熔体流动性的方法 - Google Patents

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张�雄
韩克清
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Abstract

本发明公开了一种改善聚乙烯熔体流动性的方法，包括如下步骤：将重量比为1∶1.5～10000的超支化聚合物和聚乙烯于90～250℃下在双螺杆挤出机中共混，时间为1～20分钟，得到具有高流动性的聚乙烯母粒；将制备的聚乙烯母粒与聚乙烯混合后进行注塑成型加工，注塑加工温度范围在135～250℃，注射时间为0～20秒，其中，聚乙烯母粒的重量为聚乙烯重量的1－100％。本发明的有益效果：工艺简单、可降低能耗、降低生产成本、可大规模生产等。

Description

一种改善聚乙烯熔体流动性的方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料性能的方法，特别是涉及一种改善聚乙烯熔体流动性的方法。
背景技术
聚乙烯(PE)树脂是一类由多种工艺方法生产的、具有多种结构和特性的大宗系列品种，是以乙烯为主要组分的热塑性树脂，而且一直是世界需求量最大的通用塑料。聚乙烯主要包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)及一些具有特殊性能的产品，其特点是价格便宜、物化性能优异、成型加工简易，可广泛应用于工业、农业及包装等领域，在塑料工业中占有举足轻重的地位。聚乙烯作为高分子材料，其基本特征是结构的多层次性，可以从原本认为结构简单的聚乙烯，衍生出种类繁多、性能各异的品种，即通过化学的、物理的和物理化学的一种或几种手段进行改性。
聚乙烯具有良好的耐化学介质性、韧性、可挠性、耐环境应力开裂性能等，因此聚乙烯很快成为塑料管的主要材料之一，并且在塑料管中占有的份额越来越大，尤其是给水和燃气输送用高密度聚乙烯(HDPE)管材管件发展很快，并不断研究和改进管材级HDPE的生产工艺，在材料性能上取得了重大的进步，提高了聚乙烯管的竞争优势，扩大了HDPE管的应用领域。但管材料聚乙烯熔体流动性较差，给注塑成型加工带来一定的困难。
近些年以来，由于超支化大分子独特的结构，使得超支化大分子的合成与应用在世界范围内受到越来越多的关注。与线性大分子相比较，超支化大分子具有内部多孔的三维结构，表面富集大量的端基，使得支化大分子具有较佳的反应活性。其独特的分子内部的纳米微孔可以螯合离子，吸附小分子，或者作为小分子反应的催化活性点；由于具有较高支化的结构，超支化聚合物难以结晶；与相同分子量的线性分子相比，超支化分子结构紧凑(较低的均方回转半径和流体力学半径)，熔融态粘度较低；并且分子外围的大量末端基团可以通过端基改性以获得所需的性能。此外超支化大分子的合成采用一锅法，合成方法简单，无需烦琐耗时的纯化与分离过程，大大降低了成本。因此超支化聚合物独特的结构和简单的合成方法使其在许多领域中均有着广泛的应用。
Y.Hong；S.J.Coombs；J.J.Cooper-White；M.E.Mackay；C.J.Hawker；E.Malmstrm；N.Rehnberg Polymer，2000，41，7705-7713报道了采用超支化大分子作为低密度聚乙烯LLDPE的加工助剂，发现由于共混后粘度降低，使得挤出所需功率大大降低，且熔体破裂和鲨鱼皮现象大大减少。通过X-ray光电子能谱和TEM发现超支化聚合物优先在LLDPE薄膜表面富集。可以推测由于超支化大分子在聚合物与模壁界面起润滑作用，使得仅加入5×10-4的超支化大分子就可以明显改善LLDPE的加工性。但是这种超支化聚合物降低了LLDPE的力学性能，而本发明中的超支化聚合物在改善聚乙烯流动性的同时，还提高了其力学性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善聚乙烯熔体流动性的方法，以弥补现有技术的不足或缺陷，满足生产和生活的需要。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：1、一种改善聚乙烯熔体流动性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将重量比为1∶1.5～10000的超支化聚合物和聚乙烯于90～250℃下在双螺杆挤出机中共混，时间为1～20分钟，得到具有高流动性的聚乙烯母粒；所述的超支化聚合物的结构式为：
(2)将步骤(1)制备的聚乙烯母粒与聚乙烯混合后进行注塑成型加工，注塑加工温度范围在135～250℃，注射时间为0～20秒，其中，聚乙烯母粒的重量为聚乙烯重量的1-100％。
作为优选的技术方案：所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯中的一种或几种。所述的超支化聚合物与聚乙烯的重量比为1∶20～100。
所述的在双螺杆挤出机中的共混时间为3～10分钟。
所述的注塑加工温度为160～200℃，注射时间为2～8秒。
本发明的有益效果：工艺简单、可降低能耗、降低生产成本、可大规模生产等。
附图说明
图1高密度聚乙烯/超支化聚合物薄膜经四氢呋喃刻蚀后SEM照片
图2不同超支化聚合物含量的高密度聚乙烯在210℃下的流变曲线
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细阐述。
实施例1
将超支化聚合物与高密度聚乙烯管道料(密度为0.949g/cm3)以不同重量比混合后，加入到双螺杆挤出机中进行共混、挤出后于冷水中冷却、切粒。双螺杆挤出机各区温度设置如下：90℃(加料口)-240℃(双螺杆一区)-250℃(双螺杆二区)-240℃(机头)。
实施例2
按照实例1所述方法制备高密度聚乙烯/超支化聚合物共混粒子，其中超支化聚合物与高密度聚乙烯重量比为1∶500，随机选取并在热台上压成薄膜。然后将该薄膜置于四氢呋喃中，将超支化聚合物溶解刻蚀掉。通过扫描电镜观察超支化聚合物在高密度聚乙烯基体中的分散情况。可以发现超支化聚合物在高密度聚乙烯基体中分散是比较均匀的。图1为高密度聚乙烯/超支化聚合物薄膜经四氢呋喃刻蚀后SEM照片。
实施例3
按实例1所述方法制备具有不同超支化聚合物含量的高密度聚乙烯/超支化聚合物共混切片，采用熔融指数仪测定的熔体流动指数如表1所示：
表1加入超支化聚合物前后高密度聚乙烯的熔体流动指数
  超支化聚合物含量(wt％)   熔体流动指数MFI(g/10min/190℃)
  0   1.285
  0.03   1.328
  0.06   1.355
  0.09   1.393
  0.12   1.419
  0.15   1.423
  0.18   1.440
  0.5   1.623
  1.0   1.900
实施例4
按实例1所述方法制备超支化聚合物含量为1wt％的高密度聚乙烯/超支化聚合物共混切片，将其作为母粒与高密度聚乙烯混合后进行注塑加工，注塑机各区温度如表2所示：
表2注塑机各区的温度
  超支化聚合物含量(％)   注塑机各区温度(℃)
  I   II   III   IV
  0   195   200   205   185
  0.03   190   195   200   180
  0.06   185   190   200   175
  0.09   180   185   195   170
  0.12   175   180   190   165
  0.15   170   175   180   160
  0.18   165   170   180   155
  0.5   155   160   170   145
  1.0   145   150   160   135
实施例5
按实例1所述方法制备超支化聚合物含量为1wt％的高密度聚乙烯/超支化聚合物共混切片，将其作为母粒与高密度聚乙烯混合后进行注塑加工成测试样条，力学性能测试结果如表3所示：
表3高密度聚乙烯/超支化聚合物注塑样条的力学性能
  超支化聚合物含量(％)   拉伸强度(MPa)   断裂伸长率(％)
  0   43.08   9.89
  0.03   47.07   9.18
  0.06   48.75   8.73
  0.09   51.17   8.44
  0.12   51.84   8.24
  0.15   53.59   8.02
  0.18   54.35   7.86
  0.5   63.70   7.45
  1.0   78.81   7.25
实施例6
按实例1所述方法制备的超支化聚合物含量分别为0、0.03、0.09、0.18wt％的高密度聚乙烯/超支化聚合物共混切片，利用旋转流变仪在210℃的条件下进行动态流变测试。图2为不同超支化聚合物含量的高密度聚乙烯的流变曲线。可以发现超支化聚合物的加入可降低高密度聚乙烯的粘度，且随着超支化聚合物含量的增大，高密度聚乙烯的粘度越小。

Claims (5)

1、一种改善聚乙烯熔体流动性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将重量比为1∶1.5～10000的超支化聚合物和聚乙烯于90～250℃下在双螺杆挤出机中共混，时间为1～20分钟，得到具有高流动性的聚乙烯母粒；所述的超支化聚合物的结构式为：
(2)将步骤(1)制备的聚乙烯母粒与聚乙烯混合后进行注塑成型加工，注塑加工温度范围在135～250℃，注射时间为0～20秒，其中，聚乙烯母粒的重量为聚乙烯重量的1-100％。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的超支化聚合物与聚乙烯的重量比为1∶20～100。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在双螺杆挤出机中的共混时间为3～10分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的注塑加工温度为160～200℃，注射时间为2～8秒。
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