[发明专利]一种高阻隔高强度聚乙烯材料及其制备方法

说明书

本发明利用超高分子量聚乙烯与新型工艺实现了高密度聚乙烯的高气体阻隔性及高力学强度，属于高分子材料改性领域。本发明提供一种高阻隔高强度聚乙烯材料的制备方法，包括如下步骤：1)将干燥的高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯混合后采用双辊开炼机进行第一次混炼使得超高分子量聚乙烯均匀地分散在高密度聚乙烯中得共混物；混炼温度＝超高分子量聚乙烯的熔点+(5～20)℃，超高分子量聚乙烯在共混物中的质量分数为0.01～5wt％；2)将共混物冷却至高密度聚乙烯熔点±5℃并在该温度下进行第二次混炼。利用本发明的制备方法，所得高密度聚乙烯基复合材料与高密度聚乙烯相比其阻隔性能和力学性能均有大幅提升。

技术领域

本发明利用超高分子量聚乙烯与新型加工工艺实现了高密度聚乙烯的高气体阻隔性及高力学强度，属于高分子材料改性加工领域。

背景技术

高分子材料作为一种必不可少的包装材料，得益于其优异的综合性能，被应用到了各类包装产品中，如食品包装袋、PE缠绕膜、塑料薄膜、塑料包装箱及容器和泡沫塑料等。高密度聚乙烯(HDPE)作为最具代表性的聚烯烃之一，也常被应用到各种包装产品中。然而随着科技发展和人们生活水平的提高，对材料各项性能的要求日益提升，比如包装材料十分注重的气体阻隔性和力学性能。因此，对高密度聚乙烯进行改性，提升其气体阻隔性及力学性能，是十分有意义且有必要的。

一般提高材料气体阻隔性的方法主要有多层复合法，特殊化学处理法和添加层状填料法共混法等。尽管这些方法能够提供优异的阻隔性能，但也存在一定的问题。比如多层复合法和特殊化学处理法，设备成本高，工艺程序繁复，环境不友好，不利于普及；添加层状填料共混法，则常常由于阻隔成分和基体性质差异，易损耗基体材料自身的的力学性能，制备过程成本较高且制成的材料也不利于回收再利用。

基于已有方法存在的问题，我们提出可通过在材料中调控生成特殊晶体结构来提升材料的气体阻隔性能。因为高分子材料的宏观性能取决于其微观结构，尤其是结晶性聚合物的宏观性能，在很大程度上取决于其结晶形貌、结晶结构。而特殊的结晶形貌和结构总能为材料带来突出的性能。这种通过调控生成特殊晶体结构来提升其性能的方法，导向明确，可仅通过在外加工场诱导下便可达成目的，成本低，工序简单也有望实现材料的回收再利用。但仅通过外加工场在HDPE中形成规整完善的特殊晶体结构较为困难，故我们选用了一种理想的高密度聚乙烯改性剂，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。但超高分子量聚乙烯极高的分子量导致其熔体粘度极高，使其很难在基体中分散从而影响其改性效果。而常用的传统的溶液加工、模压成型等加工方法，多生产效率低、不适合工业化生产且使用溶剂会污染环境。

双辊开炼机的强混炼能力却可以轻易实现分散相在基体中的均匀分散。更重要的是，双辊开炼机还可以于低温下提供定向的外部高剪切场，其能诱导具有高分子量和长链特性的超高分子量聚乙烯发生取向和保持取向，并诱导短链(如高密度聚乙烯)也发生取向行为，从而能够在材料中调控生成shish-kebab甚至是大量互锁的片晶结构。另外超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯是同一种高分子，有利于材料的回收再利用。

目前，国内外尚未有采用双辊开炼机，通过连续的两步双辊加工工艺来调控材料中特殊结晶形貌和结构的生成，从而制备具有高气体阻隔性及高力学性能的高密度聚乙烯材料的相关报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高密度聚乙烯基复合材料及其制备方法，所得高密度聚乙烯基复合材料与高密度聚乙烯相比其阻隔性能和力学性能均有大幅提升。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高阻隔高强度聚乙烯材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)将干燥的高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯混合后采用双辊开炼机进行第一次混炼使得超高分子量聚乙烯均匀地分散在高密度聚乙烯中得共混物；其中，混炼温度＝超高分子量聚乙烯的熔点+(5～20)℃，超高分子量聚乙烯在共混物中的质量分数为0.01～5wt％；