本发明涉及一种高分子材料及其制备方法，具体涉及一种具有良好热稳定性、含有稀土化合物的聚烯烃材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术：
聚烯烃是一类应用极广的高分子材料，但是热稳定性差的缺点限制了其在对热稳定性要求高的领域中的应用。聚烯烃在空气条件下的降解燃烧是按照自由基链式反应的方式进行，整个反应过程主要包括链引发、链增长和链终止三种基元反应。活泼的氢氧自由基(ho·)和氢自由基(h·)是引起聚烯烃氧化降解的根本原因。若能消除燃烧过程中产生的自由基，便能干扰并改变聚烯烃降解的反应进程，从而有效地提高聚烯烃的热稳定性。
稀土元素具有[xe]4f0-145d0-16s2的电子构型，最显著的特征是在基态时最后填充的电子大都进入4f亚层，且从铈到镱的13种元素中，其4f电子层上的电子未完全充满轨道。在稀土元素从金属变成离子的情况下，深藏在原子内部的主量子数小的4f电子却要越过主量子数大的5s、5p电子先失去，是因为其能级高的缘故。稀土元素未充满的4f电子被最外层5s2、5p6轨道的电子所屏蔽；且在稀土金属中，6s电子和5d电子形成导带，4f电子则在原子中定域。这种4f电子定域化和不完全填充的特质赋予了稀土元素许多优良特性。目前稀土化合物用于提高聚合物的热稳定性方面的研究主要是利用稀土化合物的催化能力、表面基团置换、片层结构和配位特性等，少见利用其自由基捕获能力的报道。已有研究报道，纳米氧化铈在生物体系内具有消除超氧自由基、过氧化氢和羟基自由基的作用。纳米氧化铈的ce3+和ce4+可以进行可逆的转换，这种特性与酶十分相似，可通过化合价的可逆转变捕获自由基进而达到抗氧化的作用。
基于以上技术背景，本发明选择将三氟甲烷磺酸稀土盐加入至聚烯烃中制备得到共混物，利用三氟甲烷磺酸稀土盐的自由基捕获能力，干扰并改变聚烯烃降解的反应进程，从而有效地提高其热稳定性。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述存在的问题提供一种具有良好热稳定性的聚烯烃材料。
为达到上述发明目的，本发明包括以下技术方案：一种具有良好热稳定性的聚烯烃材料，所述的材料按重量百分比(wt％)计包括聚烯烃95-99.9wt％和三氟甲烷磺酸稀土盐0.1-5wt％。
经不断试验发现在聚烯烃中加入0.1-5wt％三氟甲烷磺酸稀土盐可以呈现较好的性能，如果三氟甲烷磺酸稀土盐低于0.1wt％，三氟甲烷磺酸稀土盐带来的改变作用极其微弱，可以忽略不计；如果三氟甲烷磺酸稀土盐的含量高于5wt％，三氟甲烷磺酸稀土盐带来的改变效果也已经呈平稳或下降趋势，只会造成成本的增加。
在上述聚烯烃材料中，所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种。
在上述聚烯烃材料中，当聚烯烃为聚乙烯与聚丙烯的复合物，聚乙烯与聚丙烯分别占复合物总重量的40-70wt％和30-60wt％。
在上述聚烯烃材料中，三氟甲烷磺酸稀土盐为聚烯烃材料总质量的0.3-2.5wt％。
在上述聚烯烃材料中，所述的三氟甲烷磺酸稀土盐为三氟甲烷磺酸镱、三氟甲烷磺酸镧中的一种或两种。
作为优选，三氟甲烷磺酸镱的加入量占聚烯烃材料总重量的0.3-1.5wt％。
作为优选，三氟甲烷磺酸镧的加入量占聚烯烃材料总重量的1.5-2.5wt％。
当三氟甲烷磺酸稀土盐为三氟甲烷磺酸镱与三氟甲烷磺酸镧两者的复配物，复配物中三氟甲烷磺酸镱、三氟甲烷磺酸镧各占复配物总重量的15-40wt％和60-85wt％。
本发明还提供一种上述具有良好热稳定性的聚烯烃材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
称取上述聚烯烃材料的组分：聚烯烃95-99.9wt％、三氟甲烷磺酸稀土盐0.1-5wt％；
先将40-60wt％聚烯烃以25-50r/min的转速加入至转矩流变仪中使其熔融，然后迅速加入三氟甲烷磺酸稀土盐进行熔融共混，最后加入剩余的聚烯烃；
加料完成后将转速调整至50-100r/min，再加工8-15min，加工温度全程保持160-190℃，即得到米色块状、热稳定性良好的聚烯烃材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中聚烯烃材料在空气条件下的热氧化降解是按照自由基链式反应的方式进行的，所以向体系中引入具有自由基捕获能力的三氟甲烷磺酸稀土盐，只需极少量就可以显著提高聚烯烃的热稳定性。
(2)本发明在聚烯烃中添加适量的三氟甲烷磺酸稀土盐，调节聚烯烃材料的热分解温度，并采用熔融共混的加工方法，简单快速的制备出热稳定性良好的聚烯烃材料。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例说明，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：实施例1-18聚烯烃材料的组分
实施例1-38
按表1实施例1-38分别称取聚烯烃和三氟甲烷磺酸稀土盐；
先将50wt％聚烯烃以35r/min的转速加入至转矩流变仪中使其熔融，然后迅速加入三氟甲烷磺酸稀土盐进行熔融共混，最后加入剩余的聚烯烃；
加料完成后将转速调整至60r/min，再加工10min，加工温度全程保持180℃，即得到米色块状、热稳定性良好的聚烯烃材料。
实施例39
按表1实施例39分别称取聚烯烃和三氟甲烷磺酸稀土盐；
先将60wt％聚烯烃以25r/min的转速加入至转矩流变仪中使其熔融，然后迅速加入三氟甲烷磺酸稀土盐进行熔融共混，最后加入剩余的聚烯烃；
加料完成后将转速调整至50r/min，再加工15min，加工温度全程保持160℃，即得到米色块状、热稳定性良好的聚烯烃材料。
实施例40
按表1实施例40分别称取聚烯烃和三氟甲烷磺酸稀土盐；
先将40wt％聚烯烃以50r/min的转速加入至转矩流变仪中使其熔融，然后迅速加入三氟甲烷磺酸稀土盐进行熔融共混，最后加入剩余的聚烯烃；
加料完成后将转速调整至100r/min，再加工8min，加工温度全程保持190℃，即得到米色块状、热稳定性良好的聚烯烃材料。
将实施例1-40及对比例1-2中制得的聚烯烃材料进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：实施例1-40及对比例1-2中制得的聚烯烃材料的性能测试
综上所述，从实施例1-8可得，三氟甲烷磺酸镱可以显著改变pe的热降解过程。与纯pe相比，pe与三氟甲烷磺酸镱的复合材料的热分解温度提高、氧化诱导时间延长以及热焓降低。三氟甲烷磺酸镱仅需加入0.5wt％，就能够将pe的t5％从334提高至407℃，tmax从374提升至440℃，oit从11.0延长至24.3min，δhd从2981降低至635j/g。
从实施例9-16可得，三氟甲烷磺酸镧的加入明显改变pe的热降解和热氧化的过程。随着三氟甲烷磺酸镧添加量的增加，pe的热降解温度明显移向高温；同时oit延迟、δhd降低，表明热氧化稳定性的明显改善。三氟甲烷磺酸镧仅需加入2wt％，就能够将pe的t5％从334提高至391℃，tmax从374提升至432℃，oit从11.0延长至24.5min，δhd从2981降低至938j/g。
从实施例17-24可得，三氟甲烷磺酸镱可以显著改变pp的热降解过程。当三氟甲烷磺酸镱含量为5wt％时，pp的t5％从275提高至323℃，tmax从384提升至430℃，oit从12.1延长至36.7min，δhd从1907降低至172j/g。
从实施例25-32可得，随着三氟甲烷磺酸镧含量的增加，pp与三氟甲烷磺酸镧的复合材料的热分解温度逐渐提高，氧化诱导时间逐渐延长，热焓逐渐降低。当三氟甲烷磺酸镧含量为0.5wt％时，pp的t5％从275提高至296℃，tmax从384提升至414℃，oit从12.1延长至28.5min，δhd从1907降低至616j/g。
从实施例33-38可得，对改善聚烯烃的热稳定性来说，三氟甲烷磺酸镱和三氟甲烷磺酸镧的复配使用比单独使用一种三氟甲烷磺酸稀土盐效果更优。当0.5wt％三氟甲烷磺酸镱和2wt％三氟甲烷磺酸镧复配使用时，能够将pe的t5％从334提高至410℃，tmax从374提升至443℃，oit从11.0延长至25.6min，δhd从2981降低至596j/g。当1.0wt％三氟甲烷磺酸镱和2wt％三氟甲烷磺酸镧复配使用时，能够将pp的t5％从275提高至308℃，tmax从384提升至429℃，oit从12.1延长至44.1min，δhd从1907降低至452j/g。
从实施例39和40可得，与实施例1相比，同样是加入0.1wt％三氟甲烷磺酸镱而采用不同的加工方法，实施例39与40的热稳定性差于实施例1，说明加工方法上参数的微小改变，也会影响热稳定性能。
另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所型成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。