[發明專利]一種含有高分子量組分的聚乙烯材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810037448.5
• 申請日: 2008-05-15
• 公開（公告）號: CN101275001A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 馮嘉春;宋士杰;武培怡
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/08;C08L23/12;C08F10/02;C08F2/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種含有高分子量組分的聚乙烯材料及其制備方法。

背景技術

通用高分子材料的高性能化是材料科學發展的重要方向。聚乙烯(Polyethylene，縮寫PE)因具有價格低、密度小、加工性能好、可回收使用等優點，生產量和消費量長期以來均居于各種合成樹脂之首，在人類的生產生活中具有重要地位。由于聚乙烯耐腐蝕性、衛生性、防潮性能優良，所以特別適合塑料管道的生產。在過去幾十年里，通過采用新的催化劑技術、新的聚合工藝、引入共聚單體等技術，已成功制備了一系列高性能的聚烯烴產品。例如，將少量α-烯烴作為共聚單體引入PE分子中，通過“調控”共聚單體在PE分子鏈中的含量及分布等，可獲得性能各異的PE。通過這種方法，人們已工業化生產了多種性能優異的PE產品，其中最著名的是近年開發的一系列HDPE管道材料。但是，使用均聚的HDPE制成的管道只能滿足6.3MPa環應力下使用(保證20℃下使用50年)，即這種管道材料只能達到PE63等級；而當在主鏈上引入一定量的α-烯烴后，管材的性能可極大地提升至PE80等級，即可在8.0MPa的環應力下長期使用；北歐化工(Boreals)道達爾(Total)、巴塞爾(Basell)等正是通過聚合技術和催化劑技術的改進，利用所謂“雙峰技術”合成了PE100級高密度聚乙烯，甚至有報道稱可達到PE125等級，使HDPE成功應用于大口徑煤氣輸送管道等領域。除了共聚的方法提高材料的性能，共混、填充等也是廣泛使用的高分子材料改性方法。如通過在聚乙烯中添加其它高分子材料，或加入無機填料及各種功能助劑，可以顯著提高管道的環剛度。

對于大口徑聚乙烯管道或其它厚壁制品而言，目前生產中常面臨的一個問題是，由于從擠出機中擠出的熔體不能及時固化，往往會產生塌陷(Sag)現象，導致制品的均勻性變差。以厚壁管道擠出為例，由于聚乙烯熔體強度不夠大，加之熔體固化較慢，從擠出機中擠出并經定徑套后的管坯在重力作用下，管壁厚度在擠出過程中發生改變：管道上部背離重力方向上壁厚變薄而下部壁厚增加。這種管道壁厚的不均勻性將導致制品無法使用：在壁厚較薄處將易發生破損，無法保證使用要求。

解決這一加工問題的基本方法是1)設法提高其結晶速率，使其材料在擠出后能夠快速固化。2)設法提高其熔體粘度。對于聚乙烯而言，其分子量及分布對于材料的加工性能及應用性能有重要影響。提高聚乙烯中高分子量組分的分子量或增加高分子量組分的比例，可能提高聚乙烯的結晶速率，并提高其熔體粘度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種粘度高、結晶速率快的聚乙烯材料及其制備方法。

本發明提出的聚乙烯材料，與普通聚乙烯相比，就是含有一定比例高分子量的組份。這里所謂高分子量的組份是重均分子量大于80KD/mol的組份，該高分子量組份可以是聚乙烯、乙烯共聚物或聚丙烯等，高分子量的組份的含量按摩爾分數計為0.01％-50％。由于該高分子量組份的存在，提高了聚乙烯的結晶速率，使其在擠出時能更快地固化成型，從而能夠有效地克服塌陷現象，并具有更好的力學性能及長期使用性能。

上述聚乙烯材料可由下述兩種方法制備，一是混合法，即在普通聚乙烯中加入高分子量聚合物(包括高分子量的聚乙烯、乙烯共聚物、聚丙烯等)，制得一類聚乙烯復合物；二是聚合法，即在聚乙烯制備過程中，通過改變聚合單體、聚合工藝，提高聚乙烯中高分子量尾端的分子量或增加高分子量部分的比例，從而制得一類新型聚乙烯。

對于上述聚乙烯復合物，其制備方法可以是由基礎的聚乙烯與用于改性的高分子量聚合物通過機械混合、溶液混合或熔融混合的方法實施。機械混合是指將兩種或多種聚合物通過機械攪拌的方法混合在一起；溶液混合是指將各種高分子溶解于溶劑，混合均勻后除去溶劑得到復合物；熔融混合是指利用高分子加工設備將幾種高分子材料混合在一起，如通過混煉、擠出等方法，利用塑料工業中通用的各種加工設備實施。

對于新型聚乙烯，通常是在聚乙烯合成過程中，通過控制聚合條件，如聚合溫度、時間、氫氣流量、共聚單體比例等，使獲得的聚乙烯與原來相比，高分子量組分的比例與原來相比有所提高。

本發明的材料中，無論是通過混合的方法還是聚合的方法所制備，其中高分子量組分(通常是重均分子量Mw大于80kD/mol，優選Mw大于100萬kD/mol，更優選Mw大于200萬kD/mol，的乙烯聚合物或共聚物)與基礎聚乙烯相比，其比例可以是占總量的0.01-50％(摩爾分數)，最好占總量的0.5-30％(摩爾分數)。