[发明专利]辐照增容方法制备高阻隔性高密度聚乙烯材料

说明书

本发明属于聚合物加工领域。这种高阻隔材料主要用于汽车油箱或其它有机溶剂储运、包装容器制造工业。

油箱是汽车的重要功能结构件。聚乙烯(PE)由于比重小、成型加工性能优良、综合机械性能好，已成为汽车油箱的首选材料。欧州PE汽车油箱普及率已达60％，但采用PE制备的燃油箱在天气炎热时可释放出高达20g/24小时的燃油蒸汽，大大超过法定排放标准(5g/24小时)，为此必须对PE进行阻隔处理。美国Du Pont公司在HDPE中加入7％的Selar阻隔尼龙片，据报导该制品比未改性的HDPE燃油箱烃类化合物的渗透减少97％，已用于Lous Elan车上，其缺点是加入的尼龙与HDPE混合时必须添加第三组分作为增容剂，产品制备工艺复杂，成本高。

本发明的目的是提供一种通过辐照增容方法制备高阻隔性高密度聚乙烯材料，其特点是将波长为280～400nm紫外线辐照HDPE与对有机溶剂阻隔性优良的尼龙-6(PA6)，在挤出机机头温度为210～240℃进行共混加工成型。由于在辐照过程中HDPE分子链上被引入了极性基团，在高压挤出过程中与PA6相互作用，使PA6沿挤压方向拉伸，在HDPE基材中形成相当于有多层PA6阻隔层，对有机溶剂具有优良的阻隔性能。

本发明的目的由以下技术方案实现：

1紫外线辐照HDPE(u-HDPE)的制备

采用波长为280～400nm的紫外灯，在室温空气中，将PE粉料辐照48～150小时，在其分子链上引入COOH、OH、C＝O，OOH或C-O等极性基团。

2高阻隔性制品的制备

将u-HDPE 95-80份与PA6 5-20份机械混合后，采用挤出机加工成型，或先挤出型坯再采用真空或中空成型，挤出机头温度210-240℃，螺杆转速10-60rpm。

图1所示为采用此法成型的厚度为0.08mm的HDPE/PA6(90/10)包装袋，在温度40℃时，用于甲苯阻隔性能测试结果。HDPE对甲苯的阻隔性能差，6.8小时左右甲苯100％渗漏掉，u0-HDPE/PA6(90/10)材料包装袋对甲苯的渗漏率较HDPE还大，6.2小时左右100％甲苯渗漏掉，而6.8小时时u72-HDPE/PA6(90/10)和u144-HDPE/PA6(90/10)材料包装袋分别有72％和80％的甲苯未渗漏，直到12小时后包装袋中仍分别有48％和60％的甲苯。甲苯是HDPE的优良溶剂，因此HDPE对甲苯的阻隔性能差，在u0-HDPE/PA6(90/10)共混材料中，由于HDPE与PA6相容性差，双螺杆混合、挤出吹膜过程中，PA6成球状颗粒分布(图2)，颗粒直径大，两相界面形成甲苯渗漏通道，因此甲苯在u0HDPE/PA6(90/10)材料中渗漏较HDPE大。在HDPE分子链上引入极性基团后，与PA6相界面作用强，PA6粒子沿挤压方向拉伸，形成层状分布状态(图3，图4)，阻隔性能好。表1所列为制品的力学性能。

           表1 u-HDPE/PA6(90/10)共混材料的力学性能

           拉伸强度    拉伸模量  缺口Izod冲击  断裂伸长率

           MPa         MPa       强度，J/m     ％HDPE           17.2        651       153.0         401.1u0-HDPE/PA6    13.2        801       47.8          4.8u24-HDPE/PA6   21.9        1309      53.6          99.7u48-HDPE/PA6   25.2        1421      61.7          254.5u72-HDPE/PA6   23.0        1387      102.6         440.4

图1 HDPE和uHDPE/PA6膜对甲苯渗漏的比较

(a)HDPE                 (b)u0-HDPE/PA6(90/10)

(c)u72-HDPE/PA6(90/10)  (d)u144-HDPE/PA6(90/10)

图2 u0-HDPE/PA6(90/10)共混材料扫描电子显微图片(×1000)

图3 u72-HDPE/PA6(90/10)共混材料扫描电子显微图片(×1000)

图4 u144-HDPE/PA6(90/10)共混材料扫描电子显微图片(×1000)