[发明专利]一种使用微波高效加热高分子聚合物的方法

说明书

本发明公开了一种使用微波高效加热高分子聚合物的方法：将少量具有高效吸波特性的介电损耗陶瓷材料，添加到高分子聚合物或其单体或低聚物中，使传统不能被微波加热的低介质损耗的微波透明高分子聚合物及其单体和低聚物，在微波作用下，能够被快速加热。可以实现高分子聚合物及其单体和低聚物的快速、可控、均匀加热，能够提高生产效率，提高产品质量，降低能耗，增加自动化控制的便易性。同时，由于本专利使用的微波敏感添加剂为具有高效吸波特性的陶瓷材料，在满足快速加热的前提下，添加量特别少,仅为高分子聚合物体积的0.1‑5％；因此，对聚合物本身的性能影响很小，应用范围广泛。

技术领域

本发明涉及一种高分子聚合物的微波加热方法，属于高分子材料领域。

背景技术

一般的传统加热高分子聚合物的方法是凭借加热周围的环境，以热量的辐射、传导或通过热空气对流的方式使材料表面先得到加热，然后传导到材料内部。这种方法效率低，加热时间长，而且加热不均匀，热应力大。微波加热的最大特点是，微波是在被加热物内部产生的，热源来自物体内部，加热均匀，不会造成“外焦里不熟”的夹生现象，有利于提高产品质量，同时由于“里外同时加热”大大缩短了加热时间，加热效率高，有利于提高产品产量。微波加热的惯性很小，可以实现温度升降的快速控制，有利于连续生产和自动控制。

微波是一种电磁波，他遵循电磁波的相关定律，可被物质传递、吸收或反射。根据材料在微波场中的特性，可以分为三种类型：(1)微波透明材料，主要是低损耗绝缘体，如大多数高分子聚合物。(2)全反射微波材料，微波反射系数接近1，如大多数金属。(3)微波吸收型材料，如纸张、木材、水、石蜡、陶瓷等。传统的微波加热技术只能加热水、木材等微波吸收型材料，而对于大多数高分子聚合物，如PP、PE、PET、PS、PA、PTFE等，一般在微波中不发热，只做透波材料使用，不能使用微波加热。

现阶段，对于微波加热高分子材料的应用，主要集中在使用微波加热自由基聚合单体使其聚合，或使用微波加热环氧树脂组合物使其固化；使用的手段主要是依靠电导损耗和磁损耗，通过添加金属粉末、石墨等导电材料和铁氧体等磁性材料来实现对微波的吸收。例如：美国专利第4626642号中所示的含有环氧树脂和附加的钢或铝纤维或石墨纤维或粉末的热固性组合物，可被微波加热所固化。中国专利CN 100418740C指出，将能进行自由基聚合的烯单体与能溶于该单体的热塑性聚合物溶解后构成的树脂作为浸渍液，浸渍连续纤维后，通过微波反应腔加热聚合固化成型制备连续纤维增强塑料。中国专利CN105283513A指出，在具有固化性的绝缘性粘合剂树脂中添加导电填料，可以使用微波加热固化。中国专利CN 104761668 A指出，在非极性单体中加入碳化硅微粉，可使用微波加热的方式使单体本体聚合。CN102027054 B指出，在热固性环氧树脂组合物中添加磁铁矿颗粒和导电性碳材料颗粒，可以使用微波加热使其固化。

现阶段，使用微波加热高聚物的报道较少，更多的仅停留在理论设想阶段，未见实质性高效应用。中国专利CN 101932428 A公开了一种能微波加热的热塑性材料，具体方法是在热塑性材料中添加微波接收添加剂。其权利要求中未明确描述添加的微波接收添加剂的具体信息，只在具体实施方法中几乎罗列了所有可能吸收微波的物质，而未对具体的某种物质进行特别描述；未筛选、制备或改性得到一种特别高效的微波接收添加剂，未具体提出将微波接收添加剂添加到聚合物中的方法；而且其权利要求中要求的微波接收添加剂的使用量范围很宽，并未优选出较佳的配比。由此可见，该专利主要是提出了一种能微波加热热塑性材料的设想，未优化得到高效的实施方法。另外，该专利的微波接收添加剂的含量为0-25％的体积比。按其最大体积含量25％计算，大多数聚合物的比重1-1.2，取值1.1；大多数金属氧化物等添加剂的比重4-6，取值5；其微波接收添加剂的最大重量含量约为60％，如此大的添加量对聚合物本身性能的影响较大。

发明内容