专利名称：挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合 材料的制备方法，属于聚合物加工领域。
背景技术：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于抗冲击性(抗冲击性居塑料之首)强、耐腐蚀性 好、优异的耐化学性能、密度低、摩擦系数低、优越的脱模性能、极低的吸水率、极好的电绝 缘性和抗静电性、适中的机械强度、刚性的耐蠕变性能，优异的机械加工性能、自润滑性能、 抗结垢性能、良好的抗高能量辐射性能，被美称为“令人惊异的塑料”，其综合性能超过“塑 料王”聚四氟乙烯。这些优良特性使超高分子量聚乙烯具有重要的实用价值，广泛应用于 油气集输、石油化工、电力、矿山、食品加工、市政建设、纺织、造纸、运输、医疗等领域，是未 来工业管材的主导产品。虽然超高分子量聚乙烯具有许多优异的特性，但也有许多不足，由 于其极高的分子量，大分子链间的无规缠结使其对热运动反应迟缓，表现为熔体流动速率 (MFR)极低(接近于零、熔点高(190-210°C)、熔融时粘度极高，熔体粘度高达lX108Pa/s、 临界剪切速率低，易发生熔体破裂、极难加工成型等。另外与其它工程塑料相比，具有表面 硬度低、热变形温度低、弯曲强度和耐蠕变性较差，抗磨损能力差、强度低等缺点，影响了其 使用效果和应用范围。数十年来，从加工设备改造到超高分子量聚乙烯原材料的改性研究 一直成为塑料界和产业界的热门课题。中国专利98100960. 3选用主链聚酯型液晶高分子对超高分子量进行改性，极大 的改善了超高分子量聚乙烯的流动性，制备了可以用于挤出和注射的超高分子量聚乙烯专 用料，但是由于液晶高分子价格昂贵，严重限制了其在工业中的应用和推广。美国专利US4853427、日本专利JP6042078将超高分子量聚乙烯与中低分子量聚 乙烯共混改性，虽然混合物的流动性能得到改善，但是只有中低分子量聚乙烯加入量在30 份以上时才能使其用于挤出和注塑，这使得超高分子量聚乙烯的性能大幅下降。中国专利01100116. 3报道了有机粘土改性超高分子量聚乙烯的技术，其将蒙脱 土的层状硅酸盐经原位接枝插层与超高分子量聚乙烯混合，制得了挤出注射级超高分子量 聚乙烯专用料，但是在流动性改善的同时，随着层状硅酸盐加入量的增加，使得超高分量聚 乙烯良好的韧性下降明显。中国专利200710049024. 6将超高分子量聚乙烯与聚丙烯、有机粘土经挤出造粒， 制得了挤出级超高分子量聚乙烯专用料，并且可以显著提高复合体系的韧性。但是聚丙烯 与超高分子量聚乙烯为典型的不相容体系，使得复合体系混合均勻的难度增大，对加工机 械的要求较高，需要对挤出机进行设备改造。
发明内容
本发明的目的是针对超高分子量聚乙烯改性技术的不足而提供一种可用于挤出的超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料及其制备方法，其综合机 械性能可与纯超高分子量聚乙烯相媲美，可满足一些特殊场合和特殊制品的需要。
本发明的超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料包括一下 各组分，其用量均为重量分数。超高分子量聚乙烯85-90
高密度聚乙烯15-10
凹凸棒石预凝胶1-10
流动改性剂0. 5-30
抗氧剂0. 1-1
其中超高分子量聚乙烯的分子量为100-500万，高密度聚乙烯为平均分子量为
4-30万，其分子量分布不勻度指数(HI)为4-30。流动改性剂包括粉煤灰玻璃微珠、二氧化硅、三氧化二铝、聚乙二醇、硅油、氢化石 油树脂、石蜡、硬脂酸酰胺中的一种或者其混合物。抗氧剂包括为抗氧剂CA、抗氧剂1010、抗氧剂BHT中的一种或其混合物。凹凸棒石预凝胶中的凹凸棒石为苏皖地区或甘肃临泽出产的凹凸棒粘土，其中含 凹凸棒含量约为30-90%，蒙脱土含量为10-60%，粒径为200-300目。凹凸棒石预凝胶中的溶剂为白油、二甲苯、6#溶剂油、120#溶剂油、丙酮中的一种 或者混合溶剂。挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料的制备方法 包括以下步骤(1)凹凸棒石预凝胶的制备在室温下，将凹凸棒粘土与溶剂按照一定重量的比 混合，高速搅拌制得凹凸棒石预凝胶。(2)在温度25-30°C下，将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、凹凸棒石预凝胶、流 动改性剂、抗氧剂在高速混合器内高速混合。(3)将第(2)步中制得的混合物喂入双螺杆挤出机中，挤出温度为180_240°C，挤 出造粒，制得了挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料。本发明具有以下优点1、本发明制得的超高分子量聚乙烯复合材料具有良好的流动性能，复合材料的熔 体粘度显著降低，临界剪切速率显著提高，可以用于双螺杆挤出。2、本发明制得的超高分子量聚乙烯复合材料具有优异的综合性能，可与纯超高分 子量聚乙烯相媲美，复合材料的拉伸强度、冲击强度、耐磨性能、热变形温度等性能优异。3、该发明采用的凹凸棒石预凝胶制备工艺简单，提高了复合材料的综合机械性 能，而且其中的蒙脱土层状硅酸盐可以起到大分子解缠剂的作用，提高了超高分子量聚乙 烯的流动性能，其中的无机纳米粒子还起到成核剂的作用。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，但不能理解为对本发明保护范围的 限制，实施例各组分含量均为重量分数。实施例1 在室温下将凹凸棒石粘土与二甲苯按照重量比1 1加入高速搅拌器中，高速搅拌10分钟，制得了凹凸棒石预凝胶；将90份的平均分子量为100-500万的超高 分子量聚乙烯、10份的平均分子量为4-30万的高密度聚乙烯、3份的凹凸棒石预凝胶、20份 的粉煤灰玻璃微珠、0. 3份的抗氧剂1010在室温下于高速混合器中高速搅拌10分钟，在通 用型双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度为180-240°C。测试结果见表1所示。实施例2 在室温下将凹凸棒石粘土与丙酮按照重量比1 1加入高速搅拌器中， 高速搅拌10分钟，制得了凹凸棒石预凝胶；将85份的平均分子量为100-500万的超高分子 量聚乙烯、15份的平均分子量为4-30万的高密度聚乙烯、6份的凹凸棒石预凝胶、10份的粉 煤灰玻璃微珠、10份液体石蜡、0. 3份的抗氧剂1010在室温下于高速混合器中高速搅拌10 分钟，在通用型双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度为180-240°C。测试结果见表1所示。实施例3:在室温下将凹凸棒石粘土与120#溶剂油按照重量比1 1加入高速搅 拌器中，高速搅拌10分钟，制得了凹凸棒石预凝胶；将85份的平均分子量为100-500万的 超高分子量聚乙烯、15份的平均分子量为4-30万的高密度聚乙烯、3份的凹凸棒石预凝胶、 20份的粉煤灰玻璃微珠、0. 3份的抗氧剂1010在室温下于高速混合器中高速搅拌10分钟， 在通用型双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度为180-240°C。测试结果见表1所示。对比例1 将90份的平均分子量为100-500万的超高分子量聚乙烯、10份的平 均分子量为4-30万的高密度聚乙烯、、20份的粉煤灰玻璃微珠、0. 3份的抗氧剂1010在室 温下于高速混合器中高速搅拌10分钟，在通用型双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度为 180-2400C 0测试结果见表1所示。对比例2 将85份的平均分子量为100-500万的超高分子量聚乙烯、15份的平 均分子量为4-30万的高密度聚乙烯、、20份的粉煤灰玻璃微珠、0. 3份的抗氧剂1010在室 温下于高速混合器中高速搅拌10分钟，在通用型双螺杆挤出机上挤出造粒，挤出温度为 180-2400C 0测试结果见表1所示。表 权利要求
一种挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料，该复合材料的组成包括以下各组分，下述各组分用量均为重量份数超高分子量聚乙烯 85 90高密度聚乙烯 15 10凹凸棒石预凝胶 1 10流动改性剂 0.5 30抗氧剂 0.1 1
2.如权利要求1所述的挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复 合材料，其特征在于所述的超高分子量聚乙烯的平均分子量为100-500万。
3.如权利要求1所述的挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复 合材料，其特征在于所述的高密度聚乙烯为平均分子量为4-30万。
4.如权利要求1所述的挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复 合材料，其特征在于所述的凹凸棒石预凝胶的制备方法为将凹凸棒粘土与溶剂按照一定 的重量比在室温下混合，高速搅拌使凹凸棒石充分溶胀形成凹凸棒石预凝胶。
5.如权利要求1所述的挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复 合材料，其特征在于所述的流动改性剂包括粉煤灰玻璃微珠、二氧化硅、三氧化二铝、聚乙 二醇、硅油、氢化石油树脂、石蜡、硬脂酸酰胺中的一种或者其混合物。
6.如权利要求1所述的挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复 合材料，其特征在于所述的抗氧剂包括抗氧剂CA、抗氧剂1010、抗氧剂BHT。
7.如权利要求4所述的凹凸棒石预凝胶，其特征在于所述的凹凸棒石为苏皖地区或甘 肃临泽出产的凹凸棒粘土，其中含凹凸棒含量约为30-90%，蒙脱土含量为10-60%，粒径 为 200-300 目。
8.如权利要求4所述的凹凸棒石预凝胶，其特征在于所述的溶剂为白油、二甲苯、6#溶 剂油、120#溶剂油、丙酮中的一种或者混合溶剂。
9.如权利要求1所述的挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复 合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)在室温下，将凹凸棒粘土与溶剂按照一定重量的比混合，高速搅拌制得凹凸棒石预 凝胶。(2)在温度20-30°C下，将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、凹凸棒石预凝胶、流动改 性剂、抗氧剂在高速混合器内高速混合。(3)将第⑵步中制得的混合物喂入双螺杆挤出机中，挤出温度为180-240°C，挤出造 粒，制得了挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料。
全文摘要
一种挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料的制备方法，其制备方法是在超高分子量聚乙烯85-90重量份中加入高密度聚乙烯15-10重量份，凹凸棒石预凝胶1-10重量份，流动改性剂0.5-30重量份，抗氧剂0.1-1重量份，在温度20-30℃下高速混合，然后将混合物喂入双螺杆挤出机，挤出温度为180-240℃，挤出造粒即制得了挤出级超高分子量聚乙烯专用料。该专用料具有优异的机械性能，可满足一些特定场合及特殊制品的需要。
文档编号C08K3/34GK101985501SQ201010519750
公开日2011年3月16日 申请日期2010年10月16日 优先权日2010年10月16日
发明者谷正, 陆廷华 申请人:甘肃华峰管业科技有限公司