本发明专利技术一种挤出注射级超高分子量聚乙烯／粘土纳米复合材料，是将粘土经原位接枝插层过程与超高分子量聚乙烯复合，得到的超高分子量聚乙烯粘土纳米复合材料可应用传统的挤出与注塑方式加工，解决了超高分子量聚乙烯加工效率低的难题。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一种超高分子量聚乙烯复合材料，特别涉及到可应用传统挤出注射成型方法加工的超高分子量聚乙烯复合材料。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种具有优异的综合物理机械性能的工程塑料，它具有普通聚乙烯及其它工程塑料不可比拟的耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性及耐低温性能。但由于其分子量很高(粘均分子量在150万以上)，分子链间的缠结度高，使得其熔体粘度极高，熔体流动指数为零。这导致UHMWPE的加工难度极大，无法应用普通的挤出或注射成型方法加工，目前UHMWPE制品的生产仍以压制-烧结方法为主，效率很低，这严重限制了它的应用范围。解决超高分子量聚乙烯加工难题的一种途径是应用特殊设计的机械设备，如专用的单螺杆挤出机。它的缺点是设备的造价昂贵而对不同品种牌号的原料的适应性较差，同时加工的效率并没有明显提高，因此这种方法没有得到广泛应用。另一种途径是对UHMWPE的流动性进行改进，如与中低分子量聚乙烯、与润滑剂、与高分子液晶共混改性，使得UHMWPE可在相对温和的条件下以专用挤出机和注塑机成型。美国专利4281070，日本专利60240748A、57177037报道了将UHMWPE与中低分子量聚乙烯共混改性的方法。由于共混物的性能随低分子量组分含量的增加而下降，而低分子量组分的用量在30％左右时才能明显改善UHMWPE的流动性，这使得共混物的性能较原UHMWPE树脂下降很大。美国专利4853427、4487857，日本专利1-272603报道了将UHMWPE与复合型润滑剂共混改性的方法。由于改性剂组分复杂，用量较大(在15份以上)，很难使UHMWPE稳定流动并同时保持其优良性能。中国专利98100960报道了将UHMWPE与高分子液晶共混改性的方法。它是利用原位复合技术，使高分子液晶及助剂与UHMWPE混合，通过高分子液晶的取向和润滑作用，提高UHMWPE的流动性。但由于液晶价格昂贵(近原树脂的10倍)，用量较大(在10份以上)，使此项技术难以在生产中应用。本专利申请人在中国专利97120157中报道了一种直接在聚合釜内制备聚乙烯/无机填料复合利料的方法，该方法乙烯聚合与复合材料的制备同步进行，所得产物可直接用于注塑成型，此方法能够用于制备分子量在250万以下的超高分子量聚乙烯/无机填料复合材料。为了克服已有技术中改性后UHMWPE制品的性能明显下降，UHMWPE熔体流动不稳定及成本本高的缺点，本专利技术提供一利具有优异性能和良好加工特性的超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料及其制备方法。的超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料及其制备方法。原位接枝插层技术是将接枝单体插入到二维硅酸盐粘土材料片层间进行原位聚合，得到聚合物/粘土纳米复合材料。其中硅酸盐组分在提供优异力学性能的同时其片层在流动过程中取向，起到了减小熔体流动阻力的作用，改善了UHMWPE的加工性能，使UHMWPE可应用传统的挤出和注塑方法成型，有极其广阔的应用前景。本专利技术的超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料原料的组分和含量如下(重量份)超高分子量聚乙烯100粘土0.05-30插层剂 0.05-30分散介质1-50添加剂 0.01-5本专利技术所通用的超高分子量聚乙烯是指粘均分子量在150万至500万的工业品。本专利技术所提供的粘土是一类矿物主要成份为含85-93％蒙脱土的层状硅酸盐。其单位晶胞由两层硅氧四面体中间夹带一层铝氧八面体组成，两者之间靠共用氧原子连接，单位晶胞面积为2×5.15×8.9A2，比表面积700-800m2/g。层间阳离子Na+、Ca2+、Mg22+等是可交换性阳离子，用有机铵盐交换后，可使高分子链插入层间。粘土矿物质具有阳离子交换总容量(CEC)50-200meq/100g。粘土粒径一般为40-70□m，片层厚度为9.6A，层间距离为2-5A，插层土的层间距离增加到15-20A，经原位接枝插层后粘土片层间距增加到30-50A。粘土含量在本专利技术中为0.05-30份，当含量低于0.05份，粘士不足以减小UHMWPE熔体的粘度，当含量超过30份，粘土在聚合物基体中团聚导致复合材料的性能明显下降。在本专利技术中，粘土最佳含量为0.5-10份。本专利技术的插层剂为非离子型插层剂顺丁烯二酸二丁酯、衣康酸、苯乙烯等含不饱和键的单体。本专利技术的分散剂可以是丙酮、乙醇、液体石蜡等。本专利技术采用的添加剂为引发剂、抗氧剂。引发剂可为BPO、DCP、DHBP；抗氧剂可为抗氧剂264、抗氧剂CA、抗氧剂1010等。添加剂可单独或配合使用。本专利技术超高分子量聚乙烯是按下述步骤进行(1)将阳离子交换总容量为50-200meq/100g的粘土0.05-30份与0.05-30份插层剂混合，并在60-120℃下进行插层处理。(2)将插层处理后的粘士及0.01-5份添加剂分散于1-50份分散介质中。(3)将上述混合液与100份超高分子量聚乙烯在高速捏合机中高速搅拌5-10分钟，混合均匀后在80-130℃下进行原位接枝插层。(4)将上述产物在190-260℃以双螺杆挤出机挤出，即可出料备用。挤出制品如管材、板材、异型材的加工温度为210-260℃。该复合材料可在注射温度210℃-250℃，注射压力60-120Mpa的加工条件下注射成型。双螺杆转速、螺杆构型与其它塑料加工相同。本专利技术提供的原位接枝插层技术是首先将插层剂插入到准二维硅酸盐粘土片层材料间，进而依靠插层单体在层间的聚合热将粘土片层撑开，同时单体接枝于超高分子量聚乙烯粉料表面，凭借接枝单体的桥联作用，将粘土在超高分子量聚乙烯的熔融过程中分散于其熔体中。由于纳米尺度的粘土在聚乙烯熔体中的取向，起到了降低熔体粘度的作用，使超高分子量聚乙烯可应用传统的挤出和注塑方式加工。与其它方式相比，对设备的适应性强，工艺简单，效率高，成本低，易于工业化应用，且性能与本体材料相当或略有提高。实施例1将阳离子交换总容量为100meq/100g的粘士20g与插层剂顺丁烯二酸二丁酯或苯乙烯10g混合均匀后在60℃下保温1小时，然后将混合物及引发剂BPO加入到50g乙醇中，再将分散液与1000g超高分子量聚乙烯在高速捏合机中高速搅拌5分钟，所得产物于100℃下保温1小时出料后在挤出机上挤出，挤出机各段温度为200℃、230℃、230℃、225℃。造粒干燥后在注射机上注射成型，其注射机各段温度为1段190℃、2段230℃、3段230℃，喷嘴为220℃，注射压力为80MPa。经X光衍射测定材料中粘土的d001面衍射峰的间距及透射电镜观测粘土片层厚度，表明粘土被撑开，间距为2-5nm，粘土以纳米尺度分散在超高分子量聚乙烯基体中，力学性能见表1。表1 *测试条件230℃,5kg实施例2-5，同例1，粘土含量分别为20g,30g,40g,50g。其力学性能见表1。权利要求1．一种挤出注射级超高分子量聚乙烯粘土纳米复合材料，其特征在于所述超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料原料包括如下组分和含量(重量份)超高分子量聚乙烯100粘土0.05-30插层剂 0.05-30分散介质1-50添加剂 0.01-52．根据权利要求1所述一种挤出注射级超高分子量聚乙烯粘土纳米复合材料，其特征在于所述的粘土原料为含85-93％蒙脱土的层状硅酸盐，粒径为40-70□m，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种挤出注射级超高分子量聚乙烯粘土纳米复合材料，其特征在于所述超高分子量聚乙烯／粘土纳米复合材料原料包括如下组分和含量（重量份）：超高分子量聚乙烯 １００粘土 ０．０５－３０插层剂 ０．０５－３０分散介质 １－５０添加剂 ０．０１－５。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓光，范家起，漆宗能，
申请(专利权)人：北京联科纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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