[发明专利]含伸直链聚乙烯的制备方法

说明书

本发明属于高性能高分子材料制备的领域，是一种在聚乙烯中加入液晶聚合物，使其在液晶聚合物的诱导作用下，能在较缓和条件下，获得含伸直链聚乙烯的方法。

在高分子材料科学领域，期望材料获得高强度、高模量性能一直是人们不懈追求的目标。制备具有高机械性能的含有伸直链的聚乙烯就是其中最引人注目的课题之一。自1964年Wunderlich等人发现聚乙烯可在高压条件下熔体结晶生成伸直链晶体以来，国外在用高压技术研究聚乙烯伸直链的生成条件和机理、结晶形态、结晶动力学及其工业实用化等方面进行了大量的工作，取得了许多有意义的成果。如T.Davidson、B.Wanderlich 1969年在《聚合物科学》杂志第二卷七分册第2051～2059页上发表的“伸直链：聚乙烯在高压下结晶”(Extend-Chain Cryst-als.Crystallization of Polyethylene underElevated Pressure)的文章中，公开了他们的研究情况及结果，指出在压力0.3～0.4千兆帕、温度195～230℃时可获伸直链。1974年Yosi M.and Hisaaki也在《聚合物科学》杂志物理篇12分册第2251～2565页的“聚乙烯高压下结晶和熔融I·从熔体中慢冷结晶”(Crystallization andMelting of Polyethylene under High PressureI.Crystalization by slow cooling from melting)文章中，公开了他们在0～0.6千兆帕、冷却速率为1℃/min条件下，聚乙烯结晶的研究情况，指出当压力为0.2～0.35千兆帕时，有伸直链生成。但该结果是采用的高压膨胀计法测定的。若用差示扫描热分析仪(DSC)测定，其获伸直链的压力应＞0.25千兆帕，温度＞210℃。这些研究成果虽然为获得伸直链聚乙烯开拓了一条途径，但是终因未摆脱苛刻条件的束缚，即需要较高压力、较高温度和较长的结晶时间，故对这类材料的研究大多还停留在基础研究阶段，即便有少量产品问世，也因制造成本高、产量小而只能用于尖端技术。至于用其他方法制备含伸直链聚乙烯，未见文献报道。

本发明针对已有技术制备条件较为苛刻的状况，意在提供一种可在较缓和条件下，获得含伸直链晶体的聚乙烯的制备方法，以对其向工业实用化迈进提供一条有效的途径。

本发明提供的制备方法是：

第一步：制备共混物。在聚乙烯中加入1～10％的液晶聚合物，使其与聚乙烯一起在温度170～200℃下进行熔融混合，待用。当加入的液晶聚合物熔点大于熔融温度时，该液晶聚合物虽不能熔融，但可在熔融后的聚乙烯内均匀分散。

第二步：熔融结晶。将制备的共混物放入施压设备中，加热升温至170～260℃进行熔融。此时温度的设定取决于所加的液晶聚合物的熔点。为了使共混物熔融充分，需在到达设定温度后恒温10～20分钟。由于本发明选用的液晶聚合物为热致液晶聚合物，而热致液晶聚合物的一个显著特征是当温度升高到其熔点以上时，其液态是呈晶状体有序排列，如果这时施以压力，这种取向的有序排列将更为显著。故当共混物充分熔融后，即在恒温条件下施以≥0.15千兆帕的压力，并恒压10～20分钟。压力的作用首先使已排列有序的液晶聚合物形成了伸直链。伸直链的生成使分散于聚乙烯中的液晶聚合物降低了聚乙烯分子链伸展排列所需的能量，即产生了诱导作用，使部份聚乙烯分子链能在恒温恒压条件下较快生成伸直链晶体。

第三步：结晶固定。在恒压条件下，室温自然冷却至40℃，然后卸压即可。

由于差示扫描热分析法(DSC)是研究聚乙烯伸直链晶体和折叠链晶体的一种经典方法，它可以通过获取聚乙烯熔融温度曲线来方便地区分伸直链晶体和折叠链晶体，故对于上述方法制备的聚乙烯，我们也采用了该方法来研究伸直链晶体形成与压力的关系，并同时将用已有技术揭示的高压法制备的聚乙烯也进行了测试，以作对比，测试结果见附图。

附图说明：

图1为初始聚乙烯和初始液晶聚合物——聚乙烯的共混物的DSC曲线；

图2为高压法制备温度为200℃时，在不同压力下结晶的聚乙烯的DSC曲线，其中a：0.10千兆帕，b：0.15千兆帕，c：0.44千兆帕，d：0.77千兆帕，e：1.21千兆帕；

图3为本发明方法制备温度为170℃时，在不同压力下结晶的聚乙烯的DSC曲线，其中a：0.10千兆帕，b：0.15千兆帕，c：0.30千兆帕，d：0.44千兆帕，e：0.77千兆帕。

下面结合附图进行分析说明。