CN1948380A - 一种具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料 - Google Patents

一种具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料 Download PDF

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Abstract

一种具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料。将超高分子量聚乙烯60－97.99％、界面剂0.01－20％、马来酸酐0.1－15％、引发剂0.01－5％、共单体0－5％及分散剂0－5％加入球磨机中，60－130℃下反应0.5－5小时，加入其总重量1－10倍絮凝剂，搅拌，抽滤至滤液呈中性，干燥滤饼，置混合机中与预先熔融的包覆剂高速混合，包覆剂加量占1－50％，得到复合材料。该复合材料可用于超高分子量聚乙烯钢塑复合管的胶粘层及金属表面的涂层，还可作为复合材料的相容剂。并且制备过程简单。

Description

一种具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯复合材料。
背景技术
超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)是一种粘均分子量在150万以上，具有优异性能的热塑性工程塑料，它具有普通聚乙烯及其它工程塑料不可比拟的耐磨性、耐冲击性及耐低温性能。尽管超高分子量聚乙烯具有上述优异性能，但是，由于超高分子量聚乙烯的非极性，其与其它材料的粘附力低、缺乏界面亲和性以及不能与无机填料良好地粘接等缺陷，限制了它在塑料合金及聚合物复合材料等领域中更广泛地应用。
现有技术中，通过在超高分子量聚乙烯大分子链上接枝极性基团后，再与其它聚合物等进行共混，可明显地改善组分间的相容性，使产品的性能显著提高。因此，利用超高分子量聚乙烯高聚物与其他单体共混或接枝改性来制备官能化的聚合物，是扩大高分子材料用途的一种简单而行之有效的方法。
但是，超高分子量聚乙烯由于其分子量很高，分子链高度缠结，使得熔体粘度极高，熔体流动指数为零，所以，可用的接枝改性的方法并不多。
一般地，接枝方法主要有熔融法、溶液法、辐射法以及等离子法等。如美国A.B.Brennan等通过60Co-γ射线在UHMWPE表面接枝；日本Nishino，Takashi等用马来酸酐接枝反应，对UHMWPE浇铸薄膜进行表面修饰；韩国I.Yim Chae等用双功能单体交联UHMWPE表面的无定性区，并在熔融状态下使用过氧化物进行体积交联，修饰UHMWPE以增强其耐磨性。国内，清华大学使用SBS对UHMWPE进行改性，可见，UHMWPE表面改性技术在国外受到了一些关注，国内相关研究开展不多。溶液接枝法的接枝率较高，可是溶剂回收困难，不易进行大规模生产；另外，使用辐射和等离子体都需要有光源，生产设备复杂，投资比较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料，在其制备过程中，溶剂使用量少，生产设备简单，便于工业化生产。
本发明是这样实现的。本发明的一种具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料按下述方法制备：
(1)将超高分子量聚乙烯60-97.99％、界面剂0.01-20％、马来酸酐0.1-15％、引发剂0.01-5％、共单体0-5％及分散剂0-5％加入到球磨机内，加入的上述各组分的重量百分数之和为100％，在60-130℃、10-500转/分的转速下，边球磨边反应0.5-5小时，
(2)反应后的产物倒入相当于其总重量1-10倍的絮凝剂中，搅拌0.5-3小时，搅拌转速50-1000转/分，抽滤，直至滤液呈中性，抽滤后得到的粉末在60-130℃下干燥，
(3)将步骤(2)得到的干燥粉末置于高速混合机内，与预先在80-200℃熔融的包覆剂高速混合，所述包覆剂的加入量占干燥粉末重量的1-50％，所述的混合温度是60-130℃，混合转速是50-1000转/分，混合时间是0.5-5小时，然后冷却，得到具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料。
本发明所述的复合材料，所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量是150万-500万。
本发明所述的复合材料，所述的界面剂是甲苯、二甲苯、四氢萘或十氢萘。
本发明所述的复合材料，所述的引发剂是偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二异丙苯(DCP)或过氧化苯甲酰(BPO)。
本发明所述的复合材料，所述的共单体是丙烯酸、α-甲基丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯或己内酰胺。
本发明所述的复合材料，所述的分散剂是甲苯、二甲苯、四氢萘、十氢萘、煤油或液体石蜡。
本发明所述的复合材料，述的絮凝剂是甲醇、乙醇、丙酮、丁酮或蒸馏水。
本发明所述的复合材料，所述的包覆剂是乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)或乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMMA)。
本发明与现有技术相比，在复合材料制备过程中溶剂使用量少，生产设备简单，便于工业化生产。该复合材料可用于超高分子量聚乙烯钢塑复合管的胶粘层，金属表面静电吸附的超高分子量聚乙烯涂层，其粘结性好，剥离强度高。还可用于超高分子量聚乙烯与其它聚合物或无机物复合材料的相容剂，大大提高了超高分子量聚乙烯与其它聚合物或无机物复合材料的相容性。本发明提供的这种新型复合材料具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面通过用实施例来进一步说明本发明，但本发明决不局限于这些
实施例。
实施例1：
在球磨机中，加入50g粘均分子量是150万的UHMWPE、5mL二甲苯，0.6g马来酸酐、100mg过氧化苯甲酰、100mg苯乙烯，在90℃、转速为150转/分下球磨1小时，反应结束后冷却，将粉末倒入300mL的丙酮中，在磁力搅拌器上搅拌1小时，搅拌转速是200转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在80℃真空烘箱中干燥。
将10g EVA放入真空烘箱中在110℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合2小时，转速为200转/分，然后冷却，得到剥离强度为5507g/cm、接枝率为0.82wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例2：
在球磨机中，加入40g粘均分子量是150万的UHMWPE、4mL十氢萘，10g马来酸酐、1g过氧化二异丙苯、1g丙烯酸，5mL液体石蜡，在110℃、转速为150转/分下球磨1.5小时，反应结束后冷却，将粉末倒入300mL的乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌1.5小时，搅拌转速是200转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在60℃真空烘箱中干燥。
将10g EAA放入真空烘箱中在160℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合3小时，转速为300转/分，然后冷却，得到剥离强度为5514g/cm、接枝率为1.64wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例3：
在球磨机中，加入50g粘均分子量是250万的UHMWPE、5mL二甲苯，0.8g马来酸酐、120mg过氧化苯甲酰、120mg苯乙烯，在90℃、转速为200转/分下球磨2小时，反应结束后冷却，将粉末倒入350mL的丙酮中，在磁力搅拌器上搅拌2小时，搅拌转速是100转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在80℃真空烘箱中干燥。
将10g EVA放入真空烘箱中在110℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合2小时，转速为200转/分，然后冷却，得到剥离强度为5509g/cm、接枝率为0.89wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例4：
在球磨机中，加入40g粘均分子量是250万的UHMWPE、4mL十氢萘，10g马来酸酐、1g过氧化二异丙苯、1g丙烯酸，5mL煤油，在70℃、转速为200转/分下球磨2小时，反应结束后冷却，将粉末倒入350mL的乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌2小时，搅拌转速是200转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在60℃真空烘箱中干燥。
将10g EAA放入真空烘箱中在160℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合3小时，转速为300转/分，然后冷却，得到剥离强度为5512g/cm、接枝率为1.47wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例5：
在球磨机中，加入60g粘均分子量是250万的UHMWPE、10mL甲苯，15g马来酸酐、2g偶氮二异丁腈、2g α-甲基丙烯酸，7.5mL十氢萘，在110℃、转速为200转/分下球磨3小时，反应结束后冷却，将粉末倒入500mL的热蒸馏水中，在磁力搅拌器上搅拌3小时，搅拌转速是300转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在80℃真空烘箱中干燥。
将20g EMMA放入真空烘箱中在170℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合2小时，转速为300转/分，然后冷却，得到剥离强度为5775g/cm、接枝率为1.52wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例6：
在球磨机中，加入50g粘均分子量是400万的UHMWPE、7.5mL二甲苯，1.0g马来酸酐、150mg过氧化苯甲酰、150mg苯乙烯，2.5mL甲苯，在80℃、转速为100转/分下球磨2.5小时，反应结束后冷却，将粉末倒入380mL的丙酮中，在磁力搅拌器上搅拌2.5小时，搅拌转速是250转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在80℃真空烘箱中干燥。
将10g EVA放入真空烘箱中在110℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合2小时，转速为200转/分，然后冷却，得到剥离强度为5507g/cm、接枝率为0.88wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例7：
在球磨机中，加入55g粘均分子量是400万的UHMWPE、7.5mL十氢萘，12g马来酸酐、1.2g过氧化二异丙苯、1.2g己内酰胺，5mL二甲苯，在120℃、转速为250转/分下球磨2.5小时，反应结束后冷却，将粉末倒入380mL的乙醇中，在磁力搅拌器上搅拌2.5小时，搅拌转速是250转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在60℃真空烘箱中干燥。
将10g EAA放入真空烘箱中在160℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合3小时，转速为300转/分，然后冷却，得到剥离强度为5512g/cm、接枝率为1.43wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例8：
在球磨机中，加入65g粘均分子量是400万的UHMWPE、10mL甲苯，10g马来酸酐、1g偶氮二异丁腈、1g α-甲基丙烯酸，5mL四氢萘，在100℃、转速为200转/分下球磨2小时，反应结束后冷却，将粉末倒入500mL的热蒸馏水中，在磁力搅拌器上搅拌3小时，搅拌转速是300转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在80℃真空烘箱中干燥。
将25g EMMA放入真空烘箱中在170℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是110℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合2小时，转速为300转/分，然后冷却，得到剥离强度为5881g/cm、接枝率为1.38wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例9：
在球磨机中，加入50g粘均分子量是500万的UHMWPE、7.5mL二甲苯，1.0g马来酸酐、150mg过氧化苯甲酰、150mg苯乙烯，2.5mL甲苯，在60℃、转速为500转/分下球磨0.5小时，反应结束后冷却，将粉末倒入380mL的丁酮中，在磁力搅拌器上搅拌2.5小时，搅拌转速是250转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在80℃真空烘箱中干燥。
将12g EVA放入真空烘箱中在80℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到混合机内，在温度是60℃的条件下，与干燥后的粉末混合5小时，转速为50转/分，然后冷却，得到剥离强度为5504g/cm、接枝率为0.65wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。
实施例10：
在球磨机中，加入55g粘均分子量是500万的UHMWPE、7.5mL四氢萘，12g马来酸酐、1.2g过氧化二异丙苯、1.2g丙烯酰胺，5mL二甲苯，在130℃、转速为10转/分下球磨5小时，反应结束后冷却，将粉末倒入380mL的甲醇中，在搅拌器上搅拌0.5小时，搅拌转速是1000转/分，抽滤，抽滤后得到的粉末在130℃真空烘箱中干燥。
将12g EAA放入真空烘箱中在200℃下使其熔融，然后将熔融的EVA趁热缓慢加入到高速混合机内，在温度是130℃的条件下，与干燥后的粉末高速混合0.5小时，转速为1000转/分，然后冷却，得到剥离强度为5520g/cm、接枝率为1.41wt％的具有高粘结性超高分子量聚乙烯复合材料。

Claims (8)

1、一种具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于该复合材料按下述方法制备：
(1)将超高分子量聚乙烯60-97.99％、界面剂0.01-20％、马来酸酐0.1-15％、引发剂0.01-5％、共单体0-5％及分散剂0-5％加入到球磨机内，加入的上述各组分的重量百分数之和为100％，在60-130℃、10-500转/分的转速下，边球磨边反应0.5-5小时，
(2)反应后的产物倒入相当于其总重量1-10倍的絮凝剂中，搅拌0.5-3小时，搅拌转速50-1000转/分，抽滤，直至滤液呈中性，抽滤后得到的粉末在60-130℃下干燥，
(3)将步骤(2)得到的干燥粉末置于高速混合机内，与预先在80-200℃熔融的包覆剂高速混合，所述包覆剂的加入量占干燥粉末重量的1-50％，所述的混合温度是60-130℃，混合转速是50-1000转/分，混合时间是0.5-5小时，然后冷却，得到具有高粘结性的超高分子量聚乙烯复合材料。
2、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量是150万-500万。
3、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的界面剂是甲苯、二甲苯、四氢萘或十氢萘。
4、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的引发剂是偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二异丙苯(DCP)或过氧化苯甲酰(BPO)。
5、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的共单体是丙烯酸、α-甲基丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯或己内酰胺。
6、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的分散剂是甲苯、二甲苯、四氢萘、十氢萘、煤油或液体石蜡。
7、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的絮凝剂是甲醇、乙醇、丙酮、丁酮或蒸馏水。
8、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的包覆剂是乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)或乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMMA)。
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