一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法技术

本发明专利技术提供了一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，将非极性聚合物粉体置于反应器中，反应器中充入可以电击出OH‑、NH2‑、CL‑或F‑中的一种或多种等离子体的气体，非极性聚合物粉体与电击出的等离子体反应，使聚合物粉体表面具有较强而且稳定的极性基团，更有有利于聚合物粉体添加到基体中进行改性。采用本发明专利技术的方法制备的表面带有极性的聚合物粉体，微观表面为多孔结构并且接枝反应性活性官能团，本发明专利技术的效果为永久改性，不会因为高温、使用环境、储存条件而丧失改性效果。本发明专利技术制备的材料可作为添加剂添加到极性材料中，与基材形成良好的界面连接，作为骨架增强材料，提升材料的耐磨、拉伸、撕裂抗腐蚀等特定或综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法
本专利技术属于聚合物添加剂制备
，具体涉及一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法。
技术介绍
一些聚合物材料，例如超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯，聚酯、聚氯乙烯、尼龙等具有较好的物理及化学性能，例如较低摩擦系数，高分子量，耐磨、耐化学侵蚀，耐老化性能，其粉体作为其他材料(例如橡胶、涂料等)的添加剂理论上可增强材料的相关性能(例如加入10％-20％添加剂可提高橡胶材料耐磨性50％，耐腐蚀性30％，抗撕裂性能30％，延长使用寿命300％)，但这些聚合物粉体是非极性材料，在极性基材中不易分散，与基材的界面性能差，即使添加到基材中与基材的界面性能差，易脱落，无法发挥预期作用，反而可能更加破坏其他材料的物理力学性能。而且一些聚合物结构特别稳定，其接枝改性比较困难。所以现有技术中将这些聚合物材料应用到其他材料中进行改性非常受限。目前常用的添加剂表面改性方式包括以下几种：硅烷改性、马来酸酐接枝改性、共聚改性等方式在添加剂表面包覆上带极性的官能团。但以上几种改性效果均不稳定，在高温环境下或者储存条件不佳时，包覆上带极性的官能团容易断裂，改性失效。针对现有技术存在的不足，提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，本专利技术通过选取几种特定的等离子体对相关聚合物进行改性，取得了良好的效果。与常规接枝技术相比，此方法获得的接枝效果好，浸润性能提高程度大，效果持久。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，包括以下步骤：步骤(1)，将非极性聚合物粉体加入真空反应器中进行加热，加热至80-400℃；步骤(2)，加热后对真空反应器抽真空至≤-0.09MPA；步骤(3)，抽真空后向反应器中充入反应气体至-0.08MPA至0.1MAP，所述反应气体为电击下产生OH-、NH2-、CL-或F-中的一种或多种等离子体的气体。步骤(4)，充入反应气体后，用射频放电电极对反应器进行发电，放电电压为20-200千伏，放电功率为2～5W/m3，持续时间为10分钟至5小时；步骤(5)，放电完成后，对反应器进行抽真空至≤-0.09MPA，抽真空后充入惰性气体至常压。进一步的，步骤(3)中的反应气体为混合气体，该混合气体为第一类气体与第二类气体的混合气体，所述第一类气体为四氯化碳、一氯甲烷、四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮中的一种，所述第二类气体为氨气或醇类蒸汽，可以为甲醇、乙醇，或其他醇类气体的一种或几种。进一步的，步骤(3)中的第一类气体与第二类气体体积比小于10：1。进一步的，步骤(1)中真空反应器为静态反应器，反应器中加入的非极性聚合物粉体厚度不超过3mm。进一步的，步骤(1)中真空反应器为旋窑反应器。进一步的，步骤(4)中反应器旋转。进一步的，步骤(1)加热温度下冲压即充入惰性气体至一个大气压，再抽真空至步骤(2)中的压力，依次重复冲压、抽真空2-3次后再进入步骤(3)。进一步的，步骤(5)重复1-3次。进一步的，步骤(1)中的非极性聚合物粉体为聚丙烯(PP)粉、聚乙烯(PE)粉、高密度聚乙烯(HDPE)粉、超高分子量聚乙烯(UHMPWE)粉、低密度聚乙烯(LDPE)粉、芳纶粉体或聚酰亚胺粉体，选取的所述非极性聚合物粉体的平均粒径小于150μm。进一步的，步骤(1)中的加热温度高于步骤(3)中充入的反应气体的沸点，低于加入的非极性聚合物粉体的融点。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的方法制备的表面带有极性的聚合物粉，微观表面为多孔结构并且接枝反应性活性官能团，本专利技术的效果为永久改性，不会因为高温、使用环境、储存条件而丧失改性效果。本专利技术的方法制备的材料可作为添加剂添加到极性材料中，与基材形成良好的界面连接，作为骨架增强材料，提升材料的耐磨、拉伸、撕裂抗腐蚀等特定或综合性能。附图说明图1为一种利用低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法处理聚合物粉体前、后浸润效果对比图；图2为一种利用低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法处理聚合物粉体前、后扫描电镜微观结构图；具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，包括以下步骤：步骤(1)，将非极性聚合物粉体加入真空反应器中进行加热，加热温度为80-400℃；具体反应温度根据接下来加入的反应气体来定，某些反应气体的沸点例如四氯化碳接近80℃，80℃以上可保证反应物质为气化状态，而等离子体在较高的温度下的活性较高，可使反应充分进行，但反应温度要低于粉体的融点，例如PP的融点约为165℃，HDPE融点约为140℃，聚酰亚胺融点高达400℃以上……；步骤(2)，加热后对真空反应器抽真空至≤-0.09MPA；此步骤既可以抽出真空反应器中的残留气体，也可以为反应器提供真空状态；步骤(3)，抽真空后向反应器中充入反应气体至-0.08MPA至0.1MPA，反应气体为电击下产生OH-、NH2-、CL-或F-中的一种或多种等离子体的气体。可以生成上述等离子体的反应气体为四氯化碳、一氯甲烷、四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮中的一种，或醇类气体，氨气；更优选的，步骤(3)中的反应气体为混合气体，该混合气体为第一类气体与第二类气体的混合气体，所述第一类气体为四氯化碳、一氯甲烷、四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮中的一种，所述第二类气体为醇类气体或氨气，即可以为甲醇、乙醇，或其他醇类气体的一种或几种；一般充入气体至常压就是反应器内外压差0MPA左右，若反应器可承受压力，可充至0.1MPA，以保证能产生较高浓度的活性等离子体；进行步骤(2)和步骤(3)时需要对反应器进行持续恒温加热，为接下来加入反应气体提供反应温度条件。步骤(4)，充入反应气体后，用射频放电电极对反应器进行放电，放电电压为20-200千伏，放电功率为2～5W/m3，持续时间为10分钟至5小时；在该步骤中反应气体在电击下生成等离子体，等离子体与非极性聚合物粉体在反应器保持的温度和压力下反应生成所需产物；原理：即电击后反应器中电离出含有包括OH-、NH2-、CL-或F-中的一种或多种等离子体(视反应气体的种类)；这些等离子体具有强活性及电负性，尤其OH-或NH2-能够促使聚合物表面一些C-H键断裂，断裂后与等离子体形成具有反应活性的C-OH，C-NH2，CL-或F-可以在聚合物表面生成C-Cl，C-F等具有较强键能的键，这些新生成的键具有较强极性的，就可以使聚合物表面极性化。同时，等离子体对粉体表面还具有刻蚀作用，增大了粉体的比表面积，(可以从微观结构上观察得到，提供电镜照片图2)，这样可进一步提高将来粉体在添加中与基材的浸润性能；步骤(5)，放电完成后，对反应器进行抽真空至≤-0.09MPA，抽真空后充入惰性气体至常压。该步骤是为了去除反应残留的气体杂质，反应开启反应器时溢出污染环境。更优的，步骤(3)中的反应气体为混合气体，该混合气体为第一类气体与第二类气体的混合气体，所述第一类气体为四氯化碳、一氯甲烷、四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮中的一种，所述第二类气体为醇类蒸汽可以为甲醇、乙醇，或其他醇类气体或氨气的一种或几种。第一类气体可在电离中产生CL-或F-等离子体，第二类气体可在电离中产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将非极性聚合物粉体加入真空反应器中进行加热，加热至80‑400℃；步骤(2)，加热后对真空反应器抽真空至≤‑0.09MPA；步骤(3)，抽真空后向反应器中充入反应气体至‑0.08MPA至0.1MAP，所述反应气体为电击下产生OH‑、NH2‑、CL‑或F‑中的一种或多种等离子体的气体；步骤(4)，充入反应气体后，用射频放电电极对反应器进行发电，放电电压为20‑200千伏，放电功率为2～5W/m3，持续时间为10分钟至5小时；步骤(5)，放电完成后，对反应器进行抽真空至≤‑0.09MPA，抽真空后充入惰性气体至常压。

【技术特征摘要】
1.一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，将非极性聚合物粉体加入真空反应器中进行加热，加热至80-400℃；步骤(2)，加热后对真空反应器抽真空至≤-0.09MPA；步骤(3)，抽真空后向反应器中充入反应气体至-0.08MPA至0.1MAP，所述反应气体为电击下产生OH-、NH2-、CL-或F-中的一种或多种等离子体的气体；步骤(4)，充入反应气体后，用射频放电电极对反应器进行发电，放电电压为20-200千伏，放电功率为2～5W/m3，持续时间为10分钟至5小时；步骤(5)，放电完成后，对反应器进行抽真空至≤-0.09MPA，抽真空后充入惰性气体至常压。2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的反应气体为混合气体，该混合气体为第一类气体与第二类气体的混合气体，所述第一类气体为四氯化碳、一氯甲烷、四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮中的一种，所述第二类气体为氨气或醇类蒸汽。3.根据权利要求2所述的一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的第一类气体与第二类气体体积比小于等于10：1。4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体制备极性聚合物粉体的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芊竹，
申请(专利权)人：南京菲锐迪新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32