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超高分子量聚乙烯化學改性兩種方法
化學改性主要包括化學交聯改性和輻射交聯改性兩種方法。
1. 化學交聯改性
化學交聯改性是通過化學方法改變樹脂分子結構或分子形態使樹脂獲得新的性能。采用該法不僅能夠改變一種樹脂的性能,而且可以制造出新品樹脂材料。通過交聯,UHMWPE的結晶度下降,被掩蓋的韌性又表現出來。它又可分為過氧化物交聯和偶聯劑交聯兩種方法。
(1)過氧化物交聯。UHMWPE經過氧化物交聯后有體型結構卻不是完全交聯,因此具有熱可塑性和優良的硬度、韌性以及耐應力開裂等性能。清華大學采用過氧化二苯甲酰(DCP)為交聯劑對超高分子量聚乙烯進行交聯改性研究,DCP的用量一般控制在1%以內,當DCP用量為0.25%時,沖擊強度可提高48%。隨著DCP用量的增加,熱變形溫度也提高。
(2)偶聯劑交聯。偶聯劑主要有
超高分子量聚乙烯基硅氧烷和丙烯基硅氧烷這兩類硅烷偶聯劑。常用的有乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷。偶聯劑通常由過氧化物引發,常用的是DCP,催化劑為有機錫衍生物。由于過氧化物也發生交聯,為控制交聯度,應嚴格控制過氧化物用量。硅烷交聯UHMWPE的成型過程首先使過氧化物受熱分解為化學活性很高的游離基,這些游離基奪取聚合物分子中的氫原子使聚合物主鏈變為活性游離基,然后與硅烷產生接枝反應,接枝后的UHMWPE在水及硅醇縮合催化劑的作用下發生水解縮合,形成交聯鍵即得硅烷交聯UHMWPE。
2 輻射交聯改性
輻射交聯改性是采用電子射線或γ-射線直接對UHMWPE制品進行照射使分子發生交聯。在一定劑量的電子射線或其他射線的作用下,超高分子量聚乙烯分子中的一部分主鏈或側鏈被射線切斷,產生一定量的自由基,這些自由基彼此結合。在超高分子量聚乙烯內部形成交聯鏈,達到交聯改性的目的。輻射交聯反應主要發生在聚合物表面,不影響其內部結構和性能。經一定劑量輻照后,UHMWPE的蠕變性、浸油性和硬度等物理性能得到一定程度的改善。用γ射線對人造UHMWPE關節進行輻射,在消毒的同時使其發生交聯,可增強人造關節的硬度和親水性,并且使耐蠕變性得以提高,從而延長其使用壽命。另外利用輻射將UHMWPE與聚四氟乙烯(PTFE)接枝結合,也可改善UHMWPE的磨損和蠕變行為。
此外,也可以通過熱處理對UHMWPE進行改性。如把UHMWPE粉末在140-275℃下進行l-30min的短期加熱(瞬時加熱不會引起降解),發現
超高分子量聚乙烯可大大提高某些物理力學性能,如透明性、制品表面的光潔度和低溫力學性能。
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