[发明专利]一种定量表征UHMWPE树脂分子量及其分布的方法

说明书

本发明涉及一种定量表征UHMWPE树脂分子量及其分布的方法，将UHMWPE树脂用平板硫化机制成薄膜状样品，把样品切割成圆片，随后用旋转流变仪在树脂熔融态线性粘弹区进行频率扫描和应力松弛，把应力松弛实验数据通过傅里叶变换将时域转换为频域结合频率扫描，根据得到的频率范围，计算松弛时间谱得出UHMWPE树脂的分子量及其分布。与现有技术相比，本发明具有快速测量、表征准确等优点。

技术领域

本发明涉及UHMWPE树脂的表征方法，尤其是涉及一种定量表征UHMWPE树脂分子量及其分布的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于极高的分子量，赋予它许多普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。UHMWPE已在纺织、造纸、包装、运输、化工、采矿、石油、建筑、电气、食品、医疗、体育等领域得到广泛的应用。

分子量和分子量分布对聚合物材料的物理机械性能和成型加工性能影响显著。分子量及其分布作为超高分子量聚乙烯树脂的一个重要指标，其影响树脂的加工流变性能及制品的缠结点密度，结晶度，微晶尺寸等参数，并最终影响产品的拉伸强度、磨耗性能、抗蠕变性能等，因而测定超高分子量聚乙烯树脂的分子量和分子量分布具有十分重要的意义。

目前聚合物的分子量测试方法主要有黏度法、凝胶渗透色谱法、流变仪法等。专利CN102353618A公布了一种超高分子量聚乙烯分子量分布的定性测试方法，利用超高分子量聚乙烯溶解度的分子量依赖性的关系，设计一套使用原料的特性粘数与动力粘度相结合，通过旋转粘度仪测试动力粘度来对比判断UHMWPE分子量分布的方法。但是黏度法估算树脂的分子量，重复性差，其可靠性和准确性还不稳定；

CN101451988公布了一种超高分子量聚乙烯分子量分布曲线的测定方法，所述测定方法包括如下步骤：(a)提供超高分子量聚乙烯的溶液；(b)分级降低所述步骤(a)的溶液的温度，使得溶液中的超高分子量聚乙烯按分子量从高到低逐级析出，析出部分进行分离得到各个分子量级分；(c)分别测定各分子量级分的分子量以及质量，得到积分分布曲线或微分分布曲线。凝胶渗透色谱法对于低分子量的聚合物具有较高的精度和灵敏度；但凝胶渗透色谱法对高分子量部分不敏感，测量的灵敏度和精度都不高，因此测量的分子量及其分布具有较大争议。

流变学方法可以做到快速测量，且不需要溶剂来溶解UHMWPE树脂，同时对高分子量部分灵敏度高。由于聚合物运动时运动单元所受到的摩擦力一般都比较大，这个过程通常是缓慢完成的，称为松弛过程。松弛过程与聚合物的分子量有关，分子量较大松弛所需要的时间越长。根据Doi-Edwards管子模型和Des Cloizeaux双重蠕动模型，可以把松弛模量表示为分子量分布的函数：

其中G(t)为松弛模量，为平台模量，F(t,M)为描述分子量为M的分子量分数松弛行为的核函数(在本发明中采用单指数松弛函数)，β是参数，M_e为缠结点之间的平均分子量。松弛模量G(t)可以从储能模量和损耗模量转换到松弛谱而得到：

因此我们利用聚合物的黏弹性质(动态储能模量、损耗模量与角频率的关系)确定UHMWPE树脂分子量及其分布。

现有技术存在的问题：用流变学方法表征UHMWPE树脂的分子量及其分布中，正如Carrot和Guillet所说，重均分子量预测的准确性主要由测量的低频限值决定。由于流变仪所能测量的低频限值较大且频率越低数据波动性较大，不能准确的表征UHMWPE树脂的分子量及其分布。

发明内容