[发明专利]一种用于制备低缠结超高分子量聚乙烯的催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于制备低缠结超高分子量聚乙烯的催化剂，所述催化剂包括纳米水滑石载体和负载在所述纳米水滑石上的钛活性组分，所述催化剂与助催化剂共同催化聚乙烯时，助催化剂用量少且UHMWPE树脂不粘釜，缠结度低；本发明还提供所述催化剂的制备方法，以干燥后的纳米水滑石为载体，能够得到活性点间隔距离较大的Zieglar‑Natta催化剂，抑制了链缠结过程，使得制备的超高分子量聚乙烯粘度降低，加工性能提高。

技术领域

本发明涉及聚乙烯催化剂技术领域，尤其涉及一种用于制备低缠结超高分子量聚乙烯的催化剂及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯，简称UHMWPE(Ultra-high Molecular WeightPolyethylene)，是一类分子量大于100万g/mol的聚烯烃材料，具有高耐磨性，良好的生物相容性和较高的机械强度等优良性能，可用于例如髋关节和膝关节置换术，超强防水性绳索和防弹衣等领域。但是UHMWPE超长第二分子链会使聚合物内部存在许多拓扑限制点或缠结点，使得UHMWPE分子链受到很大的束缚作用，在加热到熔点以后，UHMWPE熔体会呈现出高黏态，熔体黏度可以达到108Pa·s以上，UHMWPE熔体的流动速率很低，几乎为0，从而使得UHMWPE的临界剪切速率也变得很低。因此，在较低的剪切速率下，聚合物熔体就会破裂，从而极大地降低了UHMWPE的加工性能。所以在一般情况下，UHMWPE基本无法用常规的加工方法进行加工，且制品均一性差，这在一定程度上限制了其应用。

2005年Rastogi S等报道了低温-稀溶液均相聚合制备低缠结UHMWPE的方法(参见“Novel Route to Fatigue-Resistant Fully Sintered Ultrahigh Molecular WeightPolyethylene for Knee Prosthesis”，Rastogi S等，Biomacromolecules，第6卷第2期，第942-947页)。均相聚合中极稀的催化剂浓度，增加了初生链段的距离，有效降低了链间交叠的发生概率，有效降低了链缠结程度。然而，均相聚合反应，反应器结垢，粘性聚合物会粘在反应器表面，对于工业化是不利的。

EP14418861公开了一种使用单位点催化剂(茂金属催化剂)得到非常低缠结密度的UHMWPE，但这种催化剂，需要使用大量昂贵的助催化剂(甲基铝氧烷)来保证催化剂的高活性，增加了生产成本。

CN108440691A公开了一种超细超高分子量聚乙烯的制备方法，所述方法利用聚倍半硅烷的三维纳米尺寸效应以及边聚合边超声的技术增大了催化剂之间的距离，从而抑制了聚合过程中的交叠发生概率，能够制得低缠结超细UHMWPE，但该方法所用聚倍半硅烷的价格极为昂贵，不利于工业化生产，且通过采用超声增大催化剂距离的方式实现低缠结超细UHMWPE的制备，不具有稳定性和可控性，得到的低缠结超细UHMWPE难以保障。

综上所述，需要开发一种用于制备低缠结超高分子量聚乙烯的催化剂，缓解现有超高分子量聚乙烯的加工困难问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于制备低缠结超高分子量聚乙烯的催化剂，所述催化剂包括纳米水滑石载体和负载在所述纳米水滑石上的钛活性组分，所述催化剂与助催化剂共同催化聚乙烯时，助催化剂用量少，解决了传统工艺技术中助催化剂用量大，反应器结垢等问题，得到的超高分子量聚乙烯具有分子量高，缠结度低，加工性能好等优势，在纤维、板材领域应用前景广阔。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于制备低缠结超高分子量聚乙烯的催化剂，所述催化剂包括纳米水滑石载体和负载在所述纳米水滑石上的钛活性组分。

本发明提供的催化剂以纳米水滑石为载体，其载体上活性位点距离相差较大，抑制了链缠结过程，使得制备的超高分子量聚乙烯粘度降低，加工性能提高；而且，所述催化剂为载体型Zieglar-Natta催化剂，通过异相聚合，无粘釜现象，助催化剂用量少，利于工业化生产。