【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料，涉及一种聚乙烯粉末及其制备和应用、以及提高聚乙烯制品耐磨性的方法。
技术介绍
1、随着科学技术突飞猛进的发展,工程技术界对材料的耐磨性能具有一定需求，耐磨制品可提高制品使用寿命，同时可赋予制品更优异的性能。目前常规聚乙烯材料的耐磨性均较差，为了使聚烯烃材料拥有足够的耐磨性能，已有大量文献及专利使用一些手段增强聚乙烯材料的耐磨性能。
2、其中第一类最普遍的方法是使用超高分子量聚乙烯代替聚乙烯进行制品的制备，超高分子量聚乙烯具有极优异的耐磨性能及其他优异的力学性能，但在加工方面由于分子链缠结度大，导致其加工非常困难，常规聚乙烯加工设备无法对其进行加工。超高分子量聚乙烯只能通过热压制备耐磨板材，若要获得其他型材，需与hdpe及其他助剂进行共混改性后才能进一步加工，且加工效率较低，如中国专利技术专利cn202011148416.x、cn201811178229.9、cn111320797b等。
3、第二类是对聚乙烯进行交联，增加聚乙烯分子链的缠结度，提高聚乙烯的耐磨性。交联的手段主要可以分为挤出过程加交联剂和在制品表面直接交联两种形式，如中国专利技术专利cn112770789b、cn113045810b等。这类方法对加工工艺及所加工的制品有一定局限性，同时需额外增加共混及交联工段，表面交联生产效率较低，总体成本较高。
4、第三类是在聚乙烯中加入无机纳米颗粒，提高聚乙烯制品表面的耐磨性，如中国专利技术专利cn113045810b、cn103756088b等。这类方法可一定程度提
5、第四类是将上述方法结合应用，如同时在聚乙烯内部混入交联剂无机颗粒，或对超高分子量聚乙烯进行进一步交联或在聚乙烯中同时混入超高分子量聚乙烯及无机填料等，如美国专利技术专利us11643511b2、中国专利技术专利cn113980160b、cn102492213b、cn101463156b、cn101735505b等。这类方法制备得到的制品均面向对耐磨性能极高的场合，产品生产成本高，难度大，但可形成较好的耐磨特性。
6、以上四类提升聚乙烯耐磨性能的手段中，除了第一类手段是通过聚乙烯分子链本身结构的改进，达到制品耐磨性能提升的目的外，其他三类手段均为对聚乙烯树脂进行改性或加工工艺改进，提升聚乙烯耐磨性能。这三类制品耐磨性的提升，部分取决于改性及工艺改进效果，另一部分则取决于被加工树脂原料本身分子链结构。因此若要获得耐磨性能优异的聚乙烯制品，能够获得本身结构具有耐磨特性的聚乙烯树脂是十分关键的。
7、第一类手段是通过聚合手段获得超高分子量聚乙烯，虽然所得的树脂产品耐磨性能得到了大幅提升，但加工性能却受到了非常大的制约，当进行挤出、滚塑、吹塑等加工成型时，首先需要对树脂进行流动性改性，这大幅增加了制品加工的复杂性及成本。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种聚乙烯粉末及其制备和应用，以解决目前聚乙烯制品耐磨性不足，尤其是当聚乙烯通过挤出、滚塑、吹塑等手段加工获得的制品耐磨性能不足，需通过改性或工艺改进的手段提升耐磨性后方可应用于部分耐磨性要求较高的领域等问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的技术方案之一提供了一种聚乙烯粉末，其采用单活性催化剂制备得到，重均分子量为20万～100万，分子量分布mw/mn≤3.5，千碳短支链数scb为1-80；在21.6kg负载，190℃下，熔融指数mi为0.01-20g/10min。此种聚乙烯粉末制备的制品的缠结程度ctan可达10％以上。
4、进一步的，所述单活性催化剂为茂金属催化剂或过渡金属催化剂。如茂金属催化剂四甲基环戊二烯二氯二茂锆(tmcp)、schiff碱单活性中心催化剂双[n-环己基-(3-叔丁基水杨醛亚胺基)]二氯化锆(fi)、grace公司生产的activcat催化剂、日本三井化学公司和美国dow化学公司联手研究和开发的新一代后茂金属(post-metallocene)催化剂等。
5、本专利技术团队对聚乙烯分子链结构进行深入分析，发现分子链缠结程度与聚乙烯的耐磨性能具有极大的关联性。根据专利技术专利zl201811419650.4内针对聚乙烯缠结度的表征手段，将本专利技术中的聚乙烯制品缠结度计算值设为ctan，本专利技术团队进一步对超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯与本专利技术结构聚乙烯制备得到板材制品的缠结度ctan值进行分析，通过计算及模拟计算得到板材制品的ctan值随分子量mw与分子量分布mw/mw关系如图1所示。从图中可以发现ctan值大小可通过颜色判断，在mw较低时，ctan值梯度分隔方向为箭头2，此时聚乙烯板材的ctan值受分子量大小影响明显，而当分子量较大时，ctan值分隔方向逐渐偏向箭头1，说明聚乙烯板材的ctan值受分子量分布影响较大。基于以上特性，本专利技术团队通过计算机模拟筛选出ctan值与100万超高分子量聚乙烯相当，但mw值低于100万的区域，在此区域内获得了mw/mn对应特性，确定对应聚乙烯分子链结构类型。
6、聚乙烯结构类型确认后，本专利技术团队通过实验室乙烯聚合手段得到了计算机模拟结果对应分子链结构的聚乙烯粉末，并通过后加工技术将粉末加工成对应聚乙烯制品。通过对各制品的耐磨性能测试惊奇的发现，ctan值与聚乙烯制品耐磨性能具有较好的关联性，同时获得了可制备较优耐磨性能制品的聚乙烯粉末。
7、本专利技术的技术方案之二提供了一种聚乙烯粉末的制备方法，该聚乙烯粉末可在聚乙烯反应器中聚合获得，反应器在无水无氧、充满氮气保护下加入单活性中心催化剂、助催化剂、乙烯、氢气、共聚单体等原料，在高温下进行聚合反应。
8、进一步的，所述的反应器为淤浆釜式反应器、淤浆环管反应器、气相流化床反应器或上述反应器的组合。
9、进一步的，聚乙烯粉末的分子量可通过氢气加入量控制，根据不同催化剂特性，添加量为0-100ppm，这里需要说明的是，当氢气加入量为0时，表示此时氢气不添加，优选的，氢气的添加量不为0。千碳甲基数可通过共聚单体加入量控制，根据不同催化剂特性，添加量为乙烯量的0％-20％。同样的，当共聚单体的加入量为0时，表示此时共聚单体不添加，优选的，其添加量不为0。
10、进一步的，所述共聚单体可以为丙烯、丁烯、己烯、辛烯等a-烯烃。
11、进一步的，所述的助催化剂为三乙基铝、三异丁基铝、甲基铝氧烷等助剂。助催化剂与单活性中心催化剂的添加量摩尔比为0-300，优选的，助催化剂的添加量不为0。
12、进一步的，随着聚合温度的上升，聚乙烯重均分子量下降。随着氢气添加量上升，聚乙烯重均分子量大幅下降。
13、通过上述氢气、共聚单体的添加量可以控制所得聚乙烯粉末的重均分子量mw与千碳甲基数的值，通过催化剂的选择及助催化剂的种类可控制聚乙烯粉末的分子量分布值mw/mn，当所得聚乙烯粉末达到本专利技术技本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚乙烯粉末，其特征在于，其采用单活性催化剂制备得到，重均分子量为20万～100万，分子量分布Mw/Mn≤3.5，千碳短支链数SCB为1-80；在21.6kg负载，190℃下，熔融指数MI为0.01-20g/10min。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯粉末，其特征在于，所述单活性催化剂为茂金属催化剂或过渡金属催化剂。
3.如权利要求1或2所述的一种聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，往无水无氧、充满惰性气体保护的反应器中加入单活性中心催化剂、助催化剂、乙烯、氢气、共聚单体，在高温下进行聚合反应，即得到目标产物聚乙烯粉末。
4.如权利要求3所述的一种聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，所述氢气的加入量为0-100ppm；
5.如权利要求1所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，该聚乙烯粉末通过热压成型、挤出成型、吹塑成型或滚塑成型进行粉末加工制备得到耐磨制品。
6.根据权利要求5所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，热压成型过程中，聚乙烯粉末先与抗氧剂共混后进行加工，加工温度为180～200℃，热压时间为30～90
7.根据权利要求5所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，挤出成型过程中，聚乙烯粉末先与包括抗氧剂、脱模剂、润滑剂在内的助剂共混后再进行熔融加工，熔融段的加工温度为180～240℃。
8.根据权利要求5所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，吹塑成型过程中，聚乙烯粉末先与包括抗氧剂、脱模剂、润滑剂在内的助剂共混后再进行加工，熔融段的加工温度为180～260℃。
9.根据权利要求5所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，滚塑成型过程中，聚乙烯粉末先与抗氧剂共混后进行加工，加工温度为180～260℃，热压时间为30～90min。
10.一种提高聚乙烯制品耐磨性的方法，其特征在于，以聚乙烯粉末通过热压成型、挤出成型、吹塑成型或滚塑成型进行粉末加工，即完成，其中，所用聚乙烯粉末采用单活性催化剂制备得到，重均分子量为20万～100万，分子量分布Mw/Mn≤3.5，千碳短支链数SCB为1-80；在21.6kg负载，190℃下，熔融指数MI为0.01-20g/10min。
...【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯粉末，其特征在于，其采用单活性催化剂制备得到，重均分子量为20万～100万，分子量分布mw/mn≤3.5，千碳短支链数scb为1-80；在21.6kg负载，190℃下，熔融指数mi为0.01-20g/10min。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯粉末，其特征在于，所述单活性催化剂为茂金属催化剂或过渡金属催化剂。
3.如权利要求1或2所述的一种聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，往无水无氧、充满惰性气体保护的反应器中加入单活性中心催化剂、助催化剂、乙烯、氢气、共聚单体，在高温下进行聚合反应，即得到目标产物聚乙烯粉末。
4.如权利要求3所述的一种聚乙烯粉末的制备方法，其特征在于，所述氢气的加入量为0-100ppm；
5.如权利要求1所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，该聚乙烯粉末通过热压成型、挤出成型、吹塑成型或滚塑成型进行粉末加工制备得到耐磨制品。
6.根据权利要求5所述的一种聚乙烯粉末的应用，其特征在于，热压成型过程中，聚乙烯粉末先与抗氧剂共混后进行加工，加工温度为180...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶纯麟，孟庆军，杨天慧，许海涛，李建龙，陈微微，王原，金庸，张乐天，张振飞，郭宁，
申请(专利权)人：上海化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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