[發明專利]增強聚合物結晶及力學性能的方法、裝置及獲得的產物

有效

• 申請號: 201711430932.X
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108084470B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王桂龍;趙國群;柴佳龍;張磊;董桂偉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C08J7/02
• 分類號: C08J7/02;C08L67/04;C08L69/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明提供了一種增強聚合物結晶及力學性能的方法、裝置及獲得的產物，屬于高分子材料技術領域。該方法包含，將聚合物制品放置于密閉的容器中；向密閉容器中通入一定壓力的流體；待流體壓力穩定并靜置一段時間后，卸掉流體壓力；隨后，打開密閉容器，取出經流體介質處理的聚合物制品；將聚合物制品在空氣或真空環境中靜置一段時間，以去除聚合物中溶解或殘留的流體介質，最終得到結晶度與力學性能均顯著提高的半結晶聚合物制品。與傳統基于熱處理的增強聚合物結晶與力學性能的方法相比，本方法在于處理過程可以在比較低的溫度環境下進行，從而有效避免聚合物的高溫降解現象，且無需施加機械載荷，極大降低生產過程中能源損耗。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種借助流體介質處理增強聚合物結晶和改善聚合物力學性能的方法、以及實現該方法的裝置和利用該方法得到的產物。

背景技術

對于結晶性聚合物材料，晶體結構與形貌、結晶度等對其力學性能具有重要影響。常規增強聚合物材料結晶的方法，包括熱處理、剪切誘導結晶、成核劑誘導結晶等，通常需要在較高的溫度條件下進行，這容易導致聚合物材料發生降解，從而影響聚合物材料的性能，尤其是對于熱敏感聚合物材料，例如聚乳酸、熱塑性聚氨酯等。值得注意的是，對于生物相容性較好的醫用聚合物材料，材料降解還會嚴重影響其生物相容性。此外，傳統的基于熱處理和成形加工的方法，還存在過程復雜、能耗高、污染等一系列問題。

中國專利CN 102718740 B公開了一種三聚甲醛結晶的方法。該方法將熔融態三聚甲醛與30～35℃的有機溶劑混合均勻，之后在不斷攪拌的條件下依次在由高到低不同溫度等溫處理一段時間，使三聚甲醛結晶析出，最終通過過濾并干燥得到三聚甲醛結晶體。這個方法可以顯著提高結晶度，但需要較長時間的溫度控制，并且使用大量揮發性有機溶劑，存在有機溶劑殘留、不環保、效率低等問題。

中國專利CN 102089072 B公開了一種用于粒狀熱塑性材料熱處理的連續方法。該方法在一個單一的流通裝置中進行，其包含一個或多個加熱區，其中每一個加熱區包含個由一組加熱板組成的接觸式加熱器，在流通裝置中粒狀材料作為移動填充床被運輸，所述方法包含一個或多個加熱步驟，并且在每一個加熱步驟中材料通過與一個接觸式加熱器或更多個接觸式加熱器中的一個接觸加熱而被加熱。該方法采用的是一種基于熱處理的工藝，存在工藝裝置復雜、加熱能耗高、污染等一系列問題。

發明內容

針對以上傳統方法存在的缺點，本發明提出一種借助流體介質處理增強聚合物結晶和力學性能的方法、裝置及獲得的產物。即在相對較低的溫度下，使用流體介質(氣態、超臨界態或液態)對聚合物進行處理，流體介質滲透進入聚合物內部導致其溶脹和增塑，使得聚合物中分子鏈移動能力增強，由無序狀態自發地進行規整排列成一定程度的有序結構，即生成晶體結構。相比于處理前的聚合物，由于處理后聚合物結晶度顯著提高，其力學性能可得到明顯增強。該方法的優勢在于，在相對很低的溫度下，經流體介質處理即可得到高結晶度的聚合物，以增強其力學性能，具有工藝簡單、節能減排、綠色環保等優點。此外，經流體介質處理后，殘留在聚合物制品內部的流體介質可快速排除，故無殘留，從而充分保證樣品的純度。另外，本發明的方法也能夠與一些傳統的方法配合使用，如在常規熱、溶劑、應力等誘導聚合物結晶的同時，借助流體介質的輔助作用，達到降低加工溫度、減少溶劑用量等效果。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案:

本發明提供了一種借助流體介質增強聚合物結晶和力學性能的方法，在設定的溫度和壓力情況下，使用流體介質對聚合物進行處理，流體介質滲透進入聚合物內部導致其溶脹和增塑，使得聚合物中分子鏈移動能力增強，由無序狀態自發地進行規整排列成一定程度的有序結構，即生成晶體結構。

進一步的，借助流體介質增強聚合物結晶和力學性能的方法，包括如下操作步驟：

步驟(1)，將密閉容器內的溫度調節至一定水平后，將聚合物制品放入容器內，并確保容器密閉；