一种聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法技术

本发明专利技术公开了一种聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法。先将聚乙烯或聚丙烯材料浸入到含自由基聚合引发剂的有机溶剂的溶液中进行表面溶胀，然后将聚乙烯或聚丙烯材料浸入疏水端含双键的两亲分子的水溶液中进行表面改性。引发剂分解产生的自由基可引起溶胀表面轻度交联，从而提高表面溶胀度，提高表面亲水改性效果；另外，自由基可促进改性表面包埋的两亲分子与聚乙烯、聚丙烯分子链发生共价键连接，从而提高改性表面亲水性能的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚乙烯、聚丙烯材料表面的亲水改性方法,更具体地说涉及一种聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法。
技术介绍
聚乙烯及聚丙烯为最常用的通用塑料，因其良好的经济性、机械性能、可加工性、耐腐蚀性以及电绝缘性等在工农业生产及日常生活中得到广泛的应用。聚乙烯及聚丙烯可方便地制成注塑制品、型材、管材、薄膜、纤维、多孔分离膜等多种产品形式。聚乙烯或聚丙烯分子链由惰性的亚甲基、甲基组成，同时具有高结晶度，造成其表面缺乏活性基团、表面能低、表面具疏水性、表面易污染、表面浸润性及粘接性差，限制了聚乙烯或聚丙烯在水环境或复合材料等领域的应用。因此对聚乙烯或聚丙烯材料进行表面改性，提高其表面能、表面极性或亲水性具有重要的意义和广泛的应用前景。为了提高聚乙烯或聚丙烯的表面极性或亲水性，现有的表面改性方法主要有化学氧化、等离子体处理、电晕放电处理、表面接枝处理等。化学氧化、等离子体处理、电晕放电处理等方法可有效地在聚乙烯或聚丙烯表面引入小分子的极性基团，但这些极性基团不稳定，改性表面性能具有时效性，在空气氧化或分子链的热运动作用下，表面极性容易丧失。表面接枝方法可以在聚乙烯或聚丙烯表面引入高分子量的极性聚合物，改性表面具有良好的持久性，但表面接枝方法的工艺复杂，对制件的体积、形状要求高，经济性也不具有优势。对于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃载体，黄健等提出了基于两亲分子改性剂的表面包埋改性方法，包括“一步法”和“两步法”两种改性工艺。在“一步法”包埋改性工艺中（CN200610161542.2；CN200610161541.8），聚烯烃的表面改性在溶有两亲分子改性剂的溶胀剂中一次完成；在“两步法”包埋改性工艺中（CN200910032055.X），聚烯烃载体先置入溶胀剂中进行表面溶胀，然后置入溶有两亲分子改性剂的水溶液中进行表面包埋改性。与“一步法”相比，“两步法”包埋改性工艺可实现两亲性分子在溶胀表面的定向插入包埋，其疏水端倾向于植入溶胀表面，其亲水端则暴露在改性表面外侧，因此表面改性效果更好。然而，表面包埋改性方法也存在着一些问题。一方面，由于表面包埋改性方法以低分子量的两亲分子为改性剂，在长期浸水环境下，改性表面植入的两亲性分子有被水浸出的倾向，引起改性表面极性、亲水性能的衰减。黄健等在其“一步法”包埋改性工艺的基础上（CN200610161541.8），采用疏水端含双键的两亲分子为改性剂，并对改性表面辅以紫外辐照，可改善包埋改性表面性能的稳定性。另一方面，对于半结晶性的聚乙烯、聚丙烯载体，溶胀剂的溶剂化作用主要发生在其表面的无定形区。然而在十氢萘、二甲苯等良溶剂的溶剂化作用下，聚乙烯、聚丙烯表面溶胀时其无定形分子链亦有溶解、流失的倾向，造成表面溶胀度低、溶胀层厚度减小，不利于两亲性分子的表面植入，影响表面改性效果。以上表面包埋改性方法的处理工艺简单、不需复杂的设备，可实现对聚乙烯、聚丙烯等表面的亲水改性，其浸渍工艺特别适合于多孔分离膜、纤维等产品形式的复杂或多孔隙表面的处理。但研究发现，通过改进表面处理工艺，还可以进一步提高表面改性效果及改性表面性能的稳定性与持久性。
技术实现思路
本专利技术针对现有的“两步法”表面包埋改性工艺中存在的问题，即表面溶胀过程中聚乙烯或聚丙烯无定形链的溶解、流失现象，以及长期浸水环境下表面包埋的两亲性分子被水浸出的倾向，提出了新的解决方案。基于表面包埋改性的“两步法”工艺，通过向溶胀表面引入自由基聚合的引发剂，同时采用疏水端含双键的两亲分子为改性剂，进一步提高了表面改性效果及改性表面性能的稳定性与持久性。本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于表面包埋改性的“两步法”工艺，先将聚乙烯或聚丙烯材料浸入到含自由基聚合引发剂的有机溶剂的溶液中进行表面溶胀，然后将聚乙烯或聚丙烯材料浸入疏水端含双键的两亲分子改性剂的水溶液中进行表面改性。该技术方案在表面溶胀的同时在溶胀表面中引入引发剂，引发剂分解产生的自由基或其衍生的过氧自由基可引起溶胀表面轻度交联，从而抑制表面溶胀过程中无定形链的溶解、流失倾向，从而提高表面溶胀度及两亲分子在改性表面的植入密度；采用疏水端含双键的两亲分子为改性剂，在引发剂分解产生的自由基或其衍生的过氧自由基的作用下，改性表面包埋的两亲分子可与聚乙烯、聚丙烯分子链发生共价键连接，从而提高改性表面极性及亲水性能的稳定性。其处理方法所述的两亲分子为油酸聚乙二醇酯。本专利技术的聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法，其进一步的技术方案是该方法包括以下步骤：1）以有机溶剂配制含3wt%自由基聚合引发剂的溶液；2）将聚乙烯或聚丙烯材料浸入到步骤1）的溶液中，在60～75℃温度下处理1～7小时；3）将经步骤2）表面溶胀的聚乙烯或聚丙烯材料浸入到含1～6wt％两亲分子的水溶液中，在60～75℃温度下处理5分钟～1小时；4）用真空干燥的方法对聚乙烯或聚丙烯进行表面退溶胀处理，然后以水清洗聚乙烯或聚丙烯表面,除去表面物理吸附的两亲分子。上述的聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法中，所述的油酸聚乙二醇酯中聚乙二醇的聚合度为4～10；上述的聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法中，所述的有机溶剂为不溶于水的十氢萘、四氢萘、四氯化碳、矿物油或二甲苯；上述的聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法中，所述的自由基聚合引发剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈。本专利技术具有以下有益效果：1）基于“两步法”的表面包埋改性工艺，利用溶胀表面对两亲分子疏水端的亲和作用及水对两亲分子亲水端的取向作用，可实现两亲分子在溶胀表面的定向植入包埋，即两亲分子疏水端包埋在改性表面内部，起到固定作用，同时两亲分子亲水端暴露在改性表面外侧，提供表面亲水性。2）在溶胀表面中引入了引发剂，引发剂分解产生的自由基或其衍生的过氧自由基可引起溶胀表面轻度交联，从而抑制表面溶胀过程中聚乙烯或聚丙烯无定形链的溶解、流失倾向，从而提高表面溶胀度及两亲分子在改性表面的植入密度，进一步提高了表面改性效果。3）采用疏水端含双键的两亲分子为改性剂，在引发剂分解产生的自由基或其衍生的过氧自由基的作用下，改性表面包埋的两亲分子可与聚乙烯、聚丙烯分子链发生共价键连接，从而提高改性表面极性及亲水性能的稳定性。4）本专利技术的处理方法和工艺简单，无需复杂的设备，改性效果明显、稳定，适合于工业规模的表面处理，特别适合于基于聚乙烯、聚丙烯材料的多孔分离膜、纤维等具有复杂或多孔隙表面产品的工业规模表面处理。具体实施方式以下通过实施例进一步说明本专利技术：实施例11）以四氢萘配制含3wt%过氧化二苯甲酰的溶液；2）将聚乙烯材料浸入到步骤1）的溶液中，在75℃温度下处理6小时；3）将经步骤2）表面溶胀的聚乙烯材料浸入到含6wt％油酸聚乙二醇酯（聚乙二醇聚合度为4）的水溶液中，在70℃温度下处理1小时；4）用真空干燥的方法对聚乙烯进行表面退溶胀处理，然后以水清洗聚乙烯表面,除去表面物理吸附的油酸聚乙二醇酯。干燥后以悬滴法测试改性聚乙烯表面的水接触角值，结果见下表1；5）将改性后的聚乙烯浸入水中，每日换水，5周后取出样品并干燥，以悬滴法测试改性聚乙烯表面的水接触角值，结果见下表1。实施例21）以十氢萘配制含3wt%过氧化二苯甲酰的溶液；2）将聚乙烯材料浸入到步骤1）的溶液中，在6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法，其特征在于该方法是以疏水端含双键的两亲分子为改性剂，对表面溶胀的聚乙烯或聚丙烯材料进行表面改性，所述的改性方法是先将聚乙烯或聚丙烯材料浸入到含自由基聚合引发剂的有机溶剂的溶液中进行表面溶胀，然后将聚乙烯或聚丙烯材料浸入含两亲分子改性剂的水溶液中进行表面改性，其中所述的两亲分子为油酸聚乙二醇酯。

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法，其特征在于该方法是以疏水端含双键的两亲分子为改性剂，对表面溶胀的聚乙烯或聚丙烯材料进行表面改性，所述的改性方法是先将聚乙烯或聚丙烯材料浸入到含自由基聚合引发剂的有机溶剂的溶液中进行表面溶胀，然后将聚乙烯或聚丙烯材料浸入含两亲分子改性剂的水溶液中进行表面改性，其中所述的两亲分子为油酸聚乙二醇酯。2.根据权利要求1所述的聚乙烯、聚丙烯材料表面持久的亲水改性方法,其特征在于包括以下步骤：1）以有机溶剂配制含3wt%自由基聚合引发剂的溶液；2）将聚乙烯或聚丙烯材料浸入到步骤1）的溶液中，在60～75℃温度下处理1～7小时；3）将经步骤2）表面溶胀的聚乙烯或聚丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，卢强，江国栋，常孟，王晓林，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32