[發明專利]高耐磨共混聚合物材料或制品及其制備方法

有效

• 申請號: 201310214931.7
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103242645A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 劉向陽;王旭;高杰;李保印;范聰
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08L63/00;C08L61/06;C08L77/00;C08L23/28;C08F10/02;C08F8/22;D06M11/09;D06M101/20
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 唐麗蓉

技術領域

本發明屬于共混改性聚合物耐磨性及其制備技術領域，具體涉及一種含有表面含氟超高分子量聚乙烯的高耐磨共混聚合物材料或制品及其制備方法。

背景技術

隨看國民經濟的飛速發展，性能優異的聚合物材料制品倍受青睞，尤其是像聚氨酯、環氧樹脂、酚醛樹脂等這類工程高聚物，它們因具有優異的力學性能和耐磨、耐油、耐撕裂、耐化學腐蝕、耐射線輻射、粘合性好、吸震能力強等性能，目前正在逐步替代傳統材料制品，并廣泛應用于各種復合材料、輪胎、膠輪、膠輥、覆銅板、粘結劑等領域。

雖然這些聚合物已具有非常出色的性能，但是隨著其使用的推廣和使用量的迅速增加，每年因為磨損造成的材料更新和設備更新帶來的費用消耗也高得驚人，如果能夠進一步提升這類工程高聚物的耐磨擦性能，那么必將帶來巨大的經濟效益和社會效益。

目前提高聚合物耐磨性的方法五花八門，但各自弊端也十分明顯，歸結起來，其主要方法有：1）對聚合物分子改性，即通過設計分子結構來提高耐磨性能。如華南理工大學周南橋等（石油化工，2008.37（11）：1181-1186）通過改變聚氨酯彈性體中的軟、硬段比例以及改變不同軟段結構來提高聚氨酯的耐磨性能。該種方法通常限制了聚氨酯種類，同時需要設計特定的軟段單體，因而成本較高，單體合成復雜，結構控制困難，難以商業化推廣。2）在聚合物合成過程中，添加其他組分進行原位共混改性。如在發泡聚氨酯彈性體合成過程中加入柔性組分進行原位共混改性，公開的文獻有：拜耳科技申請的專利（CN102344541A）是通過在聚氨酯彈性體中引入一定量的聚異戊二烯；陶氏化學申請的專利?（CN1192757A）是通過在合成聚氨酯時添加液態聚丁二烯。該種方法通常只是用于聚氨酯彈性體，因而適用面窄。3）在聚合物加工過程中，添加其他耐磨組分進行共混改性，這一類方法是現在增加聚合物耐磨性能的主流方法，廣泛適用于共混聚合物體系。如合肥工業大學徐衛兵等（塑料，1995，24（1）：5-9）用聚四氟乙烯改性聚甲醛的摩擦損耗性能，結果雖然表明其復合材料的摩擦損耗性能有所提高，但是由于添加的聚四氟乙烯表面是非極性的，故而不僅導致其與基體界面相容性差、難以分散，且通常還會降低整體材料的力學性能。

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種線型結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯分子量通常在100～500萬，比普通聚乙烯要高2個數量級，結晶度65～85%，密度0.92～0.96g/cm³，且其的耐磨損性能非常卓越，是摩擦性能最好的高聚物之一，比一般碳鋼和鋼等金屬要耐磨數倍、比尼龍耐磨4倍，同時超高分子量聚乙烯具有較低的摩擦系數以及好的自潤滑性能。

按照一般推理，如果能將超高分子量聚乙烯穩定分散在聚合物連續相中，得到的復合材料的耐磨性能及力學性能必定有所提高。但遺憾的是，超高分子量聚乙烯表面極性弱，表現十分惰性，難以穩定分散在上面所述的極性高聚物中，因而對復合材料的耐磨性能及力學性能貢獻極為有限，所以需要對超高分子量聚乙烯進行表面改性。目前對超高分子量聚乙烯改性方法也有一些報道，如中科院寧波材料所申請的專利（CN102250370）就采用了界面縮聚的方法來改性超高分子量聚乙烯的表面，利用化學法在超高分子量聚乙烯表面縮聚一層聚脲和/或聚氨酯和/或聚酰胺薄膜，從而增大超高分子量聚乙烯表面極性，進而改善其在高聚物中的相容性和粘結性。但是由于該方法需要使用多種多官能度反應單體來逐次反應，同時需要消耗大量溶劑，故而必然存在操作繁瑣、成本偏高、溶劑難回收和環境污染等問題，難以實現規模化生產。

發明內容

本發明的首要目的是針對現有技術的不足，提供一種高耐磨共混聚合物材料或制品的制備方法。

本發明的另一目的是提供一種有上述方法制備的高耐磨共混聚合物材料或制品。

本發明提供的高耐磨共混聚合物材料或制品的制備方法，該方法的工藝步驟和條件如下：

1）將超高分子量聚乙烯置于密閉的真空反應器中抽真空并用惰性氣體置換反應器中剩余的空氣后，向真空反應器中充入氟氣混合氣，在25～75℃下對其氟化處理0.1～2小時，再用氮氣置換殘余氟化氣體后，即得到氟化超高分子量的聚乙烯，其中氟氣在反應器中的分壓為5～50kPa；

2）先將基體聚合物100份與氟化超高分子量的聚乙烯5～30份預混均勻，然后按照常規的加工方式制備成材料或制品。

上述方法中氟氣在反應器中的分壓優選為20～30KPa，更優選為25?KPa，反應溫度優選為25～50℃，反應時間優選為0.5～1小時。