一种紫外光辐照交联聚烯烃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚烯烃
技术领域
，尤其涉及一种紫外光辐照交联聚烯烃材料及其制备方法。背景技术
聚乙烯是聚合物材料中产量最大，用途最广的通用热塑性高分子材料，在国民经济建设和日常生活中起着越来越重要的作用，然而，聚乙烯材料的使用温度十分有限，在升高温度的情况下易发生变形，甚至丧失其力学强度而无法使用，因此，采用适当的方法对其进行交联改性，使之变成能耐高温的热固性材料，以提高其使用价值。
聚乙烯的交联方法主要有三种：高能辐射交联、化学交联和紫外光交联。高能辐射交联法使用高能射线辐照聚乙烯，打断聚乙烯中C-H键和C-C键，形成的大分子自由基复合产生交联。化学交联法如过氧化物法，通过添加过氧化物在高温下的分解，产生自由基引发聚乙烯的交联反应。而紫外光交联法是通过加入聚乙烯基料中的光引发剂发生一系列的光物理和光化学过程产生的大分子自由基，进行迅速复合生成三维网状的交联结构。
目前，紫外光交联法是用于聚乙烯形成交联结构的一种最新的交联方式，但交联仅通过两个大分子自由基直接复合形成，由于大分子链活性性差，两个大分子的自由基碰撞的几率较低，使得交联的均匀度较差，从而使其耐高温性能差，另外，在聚乙烯光交联过程中，高强度紫外光辐照对聚乙烯材料表面造成了一定程度的光氧化破坏，随着光照时间的增加，其氧化程度也增加，会导致聚乙烯发生降解反应，使其稳定性变差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，其耐高温性能好，稳定性好。
本发明的目的之二在于提供一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，其简单、易于控制，可应用于大规模生产。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃40份-60份；第一光引发剂1份-5份；键合剂5份-15份；聚合物前体20份-30份；第二光引发剂0.1份-1份；交联剂0.1份-1份；硅烷偶联剂1份-3份；光稳定剂0.01-0.1份。
进一步地，所述聚烯烃由质量比为1：(0.5-1)的聚乙烯、聚丙烯组成。聚乙烯具有低强度、硬度和刚性，但是具有高延展性和冲击强度以及低摩擦性；聚丙烯是一种结晶的具有较高强度的材料和较好的耐热性；将聚乙烯、聚丙烯混合使用，能够大大地增强聚乙烯的耐热性能。优选地，所述聚烯烃由质量比为1：0.8的聚乙烯、聚丙烯组成。
进一步地，所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、1-羟基环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2甲基-1-丙烷-1-酮中的一种或者两种以上组合；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯、苯甲酰基氧化膦中的一种或者两种组合。本申请采用了两种光引发剂，使得光引发的速率不同，形成阶梯式的反应速率。
进一步地，所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、甘油乙氧基化二甲基丙烯酸酯中的一种或者两种以上组合。三(2-甲基氮丙啶)氧化膦作为高分子材料的包覆层的键合剂，能够增强产品的力学性能及耐老化性能。通过三(2-甲基氮丙啶)氧化膦的作用，使聚烯烃与聚合物前体能够以分子间作用力连接，交联后形成三维结构。
进一步地，所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯、丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酸-2-甲氧基乙酯中的一种或者两种以上组合。聚合物前体在紫外线、交联剂和引发剂的作用下，能够产生自由基，使聚合物前体发生交联反应，同时，聚合物前体自由基与聚烯烃的自由基发生交联，使其形成较为复杂的三维交联网结构，以增强聚烯烃的化学性能。
进一步地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷以及甲基三乙氧基硅烷中的一种或者两种以上组合；硅烷偶联剂中的硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂的复配物。受阻胺光稳定剂是具有空间位阻效应的哌啶衍生物，具有捕获自由基、分解过氧化物的能力，与紫外线吸收剂复配，可取得比任何单独紫外线吸收剂更为理性的效果。在其中一实施例中，受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂的质量比为1：(0.2-0.5)：(0.2-0.5)：(0.2-0.5)。优选地，受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂的质量比为1：0.3：0.3：0.2。
进一步地，所述聚烯烃与第一光引发剂的质量比为43：(1-5)，优选地，所述聚烯烃与第一光引发剂的质量比为43：3。
进一步地，所述聚合物前体、第二光引发剂、交联剂的质量比为22：0.5：(0.5-1)，优选地，所述聚合物前体、第二光引发剂、交联剂的质量比为22：0.5：1。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在紫外光辐照下，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
进一步地，在步骤S4中，紫外光的波长为200nm-400nm，光强为400mW/cm2，交联时间为3S-5S。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过采用聚烯烃、第一光引发剂、聚合物前体、第二光引发剂、交联剂、硅烷偶联剂等材料，根据交联反应快慢，以形成具有梯度的交联聚合物，其通过第一光引发剂、第二光引发剂受紫外线照射后，产生自由基，使得聚烯烃重新发生交联，同时，聚合物前体在交联剂的作用，也发生交联反应，部分的聚烯烃与部分的聚合物前体也发生交联反应，形成较为复杂的交联聚合物，最后，由于光稳定剂的作用，使得反应终止，避免材料发生降解反应，以保证其较好的耐高温性能。
本发明通过将光稳定剂被包覆在硅烷偶联剂内，在反应的快慢的情况下，当硅烷偶联剂与聚合物、聚烯烃能够发生交联反应后，释放光稳定剂，以终止链反应，避免高强度紫外光辐照对已交联好的材料表面造成光氧化破坏。
本发明的制备方法简单、易于控制，可应用于大规模生产。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃40份；第一光引发剂1份；键合剂5份；聚合物前体20份；第二光引发剂0.1份；交联剂0.1份；硅烷偶联剂1份；光稳定剂0.01。其中，所述聚烯烃由质量比为1：0.8的聚乙烯、聚丙烯组成；所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯；所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述光稳定剂由质量比为1：0.3：0.3：0.2的受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂组成的复配物。
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在波长为300nm，光强为400mW/cm2的紫外光辐照下，交联时间为3S，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
实施例2
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃50份；第一光引发剂3份；键合剂10份；聚合物前体25份；第二光引发剂0.5份；交联剂0.5份；硅烷偶联剂2份；光稳定剂0.05份。其中，所述聚烯烃由质量比为1：0.8的聚乙烯、聚丙烯组成；所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯；所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述光稳定剂由质量比为1：0.3：0.3：0.2的受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂组成的复配物。
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在波长为300nm，光强为400mW/cm2的紫外光辐照下，交联时间为3S，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
实施例3
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃60份；第一光引发剂5份；键合剂15份；聚合物前体30份；第二光引发剂1份；交联剂1份；硅烷偶联剂3份；光稳定剂0.1份。其中，所述聚烯烃由质量比为1：0.8的聚乙烯、聚丙烯组成；所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯；所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述光稳定剂由质量比为1：0.3：0.3：0.2的受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂组成的复配物。
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在波长为300nm，光强为400mW/cm2的紫外光辐照下，交联时间为3S，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
实施例4
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃43份；第一光引发剂3份；键合剂10份；聚合物前体22份；第二光引发剂0.5份；交联剂1份；硅烷偶联剂3份；光稳定剂0.05份。其中，所述聚烯烃由质量比为1：0.8的聚乙烯、聚丙烯组成；所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯；所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述光稳定剂由质量比为1：0.3：0.3：0.2的受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂组成的复配物。
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在波长为300nm，光强为400mW/cm2的紫外光辐照下，交联时间为3S，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
实施例5
与实施例4不同的是，实施例5的所述聚烯烃由质量比为1：0.5的聚乙烯、聚丙烯组成。具体的如下：一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃43份；第一光引发剂3份；键合剂10份；聚合物前体22份；第二光引发剂0.5份；交联剂1份；硅烷偶联剂3份；光稳定剂0.05份。其中，所述聚烯烃由质量比为1：0.5的聚乙烯、聚丙烯组成；所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯；所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述光稳定剂由质量比为1：0.3：0.3：0.2的受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂组成的复配物。
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在波长为300nm，光强为400mW/cm2的紫外光辐照下，交联时间为3S，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
实施例6
与实施例4不同的是，实施例6的所述聚烯烃由质量比为1：1的聚乙烯、聚丙烯组成。具体的如下：一种紫外光辐照交联聚烯烃材料，包括如下重量份的组分：
聚烯烃43份；第一光引发剂3份；键合剂10份；聚合物前体22份；第二光引发剂0.5份；交联剂1份；硅烷偶联剂3份；光稳定剂0.05份。其中，所述聚烯烃由质量比为1：1的聚乙烯、聚丙烯组成；所述第一光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮；所述第二光引发剂为苯甲酸甲酯；所述键合剂为三(2-甲基氮丙啶)氧化膦；所述交联剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物前体为甲基丙烯酸甲酯；所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述光稳定剂由质量比为1：0.3：0.3：0.2的受阻胺类光稳定剂与三嗪类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂组成的复配物。
一种紫外光辐照交联聚烯烃材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将第一光引发剂加入到聚烯烃中，混合均匀，再加入键合剂，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：将聚合物前体、第二光引发剂、交联剂混合均匀，形成第二混合物；
S3：将光稳定剂加入到硅烷偶联剂中，使得光稳定剂被硅烷偶联剂包覆，形成第三混合物；
S4：将第一混合物与第二混合物搅拌混合，边搅拌边加入第三混合物，使得第三混合物能够分散在第一混合物与第二混合物之间，然后在波长为300nm，光强为400mW/cm2的紫外光辐照下，交联时间为3S，完成交联，形成紫外光辐照交联聚烯烃材料。
以上实施例中，各材料不限于上述所述的组分，各材料还可以为本发明所记载的其它单个组分或者多种组分组成，并且各材料的组分份数不限于上述份数，各材料的组分份数还可以为本发明所记载的其它组分份数的组合，在此不再赘述。
对比例1
与实施例1相比，对比例1中不加入硅烷偶联剂，即光稳定剂直接添加，其余配方和制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，对比例2中不加入交联剂，其余配方和制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，对比例3中不加入键合剂，其余配方和制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例1相比，对比例4中的紫外光的波长为600nm，光强为400mW/cm2，其余配方和制备方法与实施例1相同。
性能测试
将上述实施例1-6和对比例1-4所制得的紫外光辐照交联聚烯烃材料进行如下性能测试，交联度测试GB/T18474-2001，拉伸强度GB/T0403-2006，断裂伸长率GB/T0403-2006，热延伸试验GB/T2951-2008，热老化试验GB/T2951-2008，结果如下所示。
表1
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
