[发明专利]具有连续交替层状结构的聚合物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于具有连续交替层状结构材料的制备及其多功能化的技术领域，具体涉及通过高速薄壁注塑成型技术制备具有连续交替层状结构的不同材料制品的方法，本发明还涉及所述方法制备的具有连续交替层状结构的聚合物材料。

背景技术

聚合物材料近几十年来发展迅猛，其应用范围逐渐扩大，基本涵盖了人们生活的方方面面。随着人们生活水平的提高，对聚合物材料的性能也提出了更高的要求，如材料的高强化和功能化等。聚合物共混作为一种重要的材料改性方式，其既可以弥补单一聚合物性能的不足，同时也有利于通过在加工过程中调控共混物的相形貌获得预期性能的材料。一般而言，聚合物共混物主要包括液滴状、双乳液状、纤维状、共连续相等相形态，而不同的共混物形态则可实现不同的功能。其中液滴状形态有助于提高韧性和表面改性，双乳液状有助于提高韧性和刚性，纤维状有助于提高强度和降低热膨胀性，共连续相有助于提高导电性和韧性。上述聚合物共混物形态结构的形成通常取决于共混组分配比、两相粘度比、界面张力、弹性比、剪切速率以及加工时间等因素。当对处于熔融态的聚合物施加剪切拉伸作用时,分散相会发生变形取向。两相界面张力将起到阻止形变以及形变后回复到初始形态的作用，使分散相在基体中以球状颗粒存在，而粘性力的作用使分散相沿流动方向发生形变,当粘性力的作用超过界面张力的作用时,分散相就会发生形变。因此，界面张力越大，粒子抵制形变发生的能力越大。

注塑成型是一种快速高效的成型加工方式，聚合物共混物在注塑成型时通过调节组分配比、加工温度等参数可得到上述的共混物形态，一些研究者采用新的注塑成型方法（如推拉注塑成型技术、气体辅助注塑成型技术）也获得过一些特殊的共混物形态。然而，无论是采用普通注塑成型还是注塑成型新方法，均没有文献报道过连续交替层状结构的形成（即沿制品的厚度方向各组成相均以连续均匀的层状结构交替排列）。

多层共挤成型工艺是一种有效的形成连续交替层状结构的加工方法，即将不同聚合物分别从两台挤出机中挤出输送到各自的流道中在共挤模头处合并成一股两层的熔体,然后进入若干分层叠加单元进行切割分层,最后微层复合材料经定型口模挤出,冷却定型后得到具有连续交替层状结构制品。这种成型工艺得到的交替层状结构规则连续，且可以通过调节分层单元个数和共混组分配比来有效控制层的厚度。

连续交替层状结构由于其独特的相形态，因而具有很广泛的应用前景（如阻隔材料、电磁屏蔽材料、阻尼材料等）。在阻隔材料方面，Haopeng Wang将EAA和PEO以9:1的比例共混并进行多层共挤得到了连续交替层状结构，通过控制共挤的层数，PEO层在结晶时只能形成单晶，增大了气体的扩散路径，从而大幅度地提高了聚合物的阻隔性能（H.P Wang,Confined Crystallization of Polyethylene Oxide in Nanolayer Assemblies,Science,2009,323,757）。也有研究者将聚烯烃和阻隔性树脂（如EVOH、尼龙等）进行多层共挤得到连续交替层状结构进而增强聚烯烃的阻隔性能（李姜，交替微层高分子复合材料的阻隔性能与结构，武汉理工大学学报，2009，31，21），同时，一些研究者通过向聚合物中加入填料后进行多层共挤得到连续交替层状结构，填料在层状结构中均匀分散从而提高材料阻隔性能（M Gupta，Structure and Gas Barrier Properties of Poly(propylene-graft-maleic anhydride)/Phosphate Glass Composites Prepared by Microlayer Co-extrusion，2010，43，4230）。在电磁屏蔽材料方面，研究者将导电填料选择性地分散在某聚合物中然后再与未添加导电填料的聚合物进行多层共挤得到连续交替层状结构，电磁波在进入材料内部时，会在层界面间不断反射衰减，从而达到良好的电磁屏蔽效果（喻琴，交替层状PP/PPGr复合材料的结构和电磁屏蔽性能研究，高分子科学与工程，2012，8）。而在阻尼材料方面，张玉清采用多层共挤技术制备了具有交替层状结构的氯化丁基橡胶(CIIR)/三元乙丙橡胶(EPDM)复合材料，发现交替层状结构材料比普通共混复合材料其损耗因子和有效阻尼范围增大（张玉清，交替层状结构氯化丁基橡胶/三元乙丙橡胶复合材料的阻尼性能，合成橡胶工业，2009，32，383）。另外，连续交替层状结构在聚合物材料的增强、增韧等方面也存在十分广泛的应用。