一种聚合物表面改性方法技术

本发明专利技术一种聚合物表面改性方法涉及对聚合物表面进行改性处理以提高表面亲水性的方法。对含Ｃ－Ｈ键的有机聚合物的膜、片、纤维或制品的表面，用过硫酸盐水溶液浸渍或涂敷在聚合物表面或过硫酸盐水溶液夹在聚合物和透紫外光材料之间形成三明治型结构，对覆盖过硫酸盐水溶液的聚合物表面进行紫外光照射。透紫外光材料为石英片或透紫外光的聚合物。聚合物材料可以是聚合物单一材料、层状或在底基材料（非金属或金属）上的有机涂层。可以在短时间内有效的提高聚合物表面亲水性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含C-H键聚合物表面改性方法，特别是在紫外光作用下用过硫酸盐水溶液对聚合物表面进行处理，以提高聚合物表面亲水性。
技术介绍
20世纪80年代以来，人们发现有机高分子材料的表面性能对其最终用途起着至关重要的作用。有机高分子材料的表面自由能太低，由此导致难印刷、难粘接、难染色、难被水极性溶剂润湿。因此，有机高分子材料在许多应用领域诸如工业包装膜、复合膜、食品包装膜、复合材料和服装行业用有机纤维、塑料及橡胶制品领域、特种材料领域、生物材料领域等的使用受到一定影响。在实际应用中根据最终用途的不同，要求有机聚合物材料表面具有一定的亲水性。常用水与材料表面形成的接触角表示表面亲水性，接触角越小，亲水性越好。对于可完全润湿的表面，其水接触角数值一般在20°以下；对于中间程度或低程度润湿性表面，其接触角数值在20°到90°之间。已经研究提出的各种表面处理方法可以实现不同的应用要求。目前实用意义较大地方法包括CrO3/H2SO4、K2Cr2O7/H2SO4、KClO3/H2SO4、KMnO4/H2SO4、过硫酸盐水溶液等氧化剂处理的湿法氧化体系，等离子体、电晕、火焰、光氧化、臭氧化等处理的干法氧化体系，表面接枝(光引发、γ辐射及电子束引发、等离子体引发等)，基于表面有机化学反应的单步及多步官能化等方法。目前工业上主要采用电晕法处理及结合部分已经实用化的等离子体处理，存在的主要缺点包括电晕法处理对聚合物表面的改性程度有限，且对表面有较大程度的损伤，设备投资费用及操作成本较高，工艺条件复杂不易控制等。等离子体处理虽然可以达到较好的改性程度，但需要昂贵的加工设备和真空条件，操作费用高，难于进行连续的表面处理，改性后的表面易发生性能退化等。为此，还发展了一系列采用化学试剂对表面进行氧化处理及后续的化学反应以向表面引入极性基团，如采用强氧化试剂CrO3/H2SO4、K2Cr2O7/H2SO4等在加热的条件下氧化聚合物表面，采用有机多官能胺化合物处理氧化后的表面，采用紫外光、γ辐射及电子束、等离子体等引发表面接枝聚合。但这些方法也存在较明显的缺点如强氧化剂热氧化处理速度慢、改性效果差，强氧化剂、γ辐射及电子束和等离子体对表面有强刻蚀作用，强氧化剂和接枝聚合普遍采用的有机溶剂和有机单体对环境有较大的污染。过硫酸盐水溶液是一种较温和的氧化试剂，用于对含C-H键的有机聚合物表面改性，同时刻蚀作用较小，以水为溶剂对环境影响较小。许惠林和张开在“过硫酸铵水溶液对聚乙烯表面作用的研究”(高分子通讯，1984，2101-108)一文中报道了采用热的过硫酸铵水溶液(6w.t.％)处理PE表面。将小片LDPE浸泡在恒温的过硫酸铵水溶液中。在70℃下分别对HDPE和LDPE处理达6小时，HDPE的接触角由99°降至61°，LDPE的接触角由102°降至83°。反应时间较长，改性效果不好。Bamford和K.G.AI-Lamee在“Studies in polymer surfacefunctionalization and grafting for biomedical and other applications”(Polymer，35(1994)，132844-2852)一文中报道了在热作用下，采用过硫酸钾水溶液处理聚合物表面，使其引入反应性基团，进一步引发接枝聚合。在过硫酸钾水溶液体系中，羟基自由基同硫酸离子基共同与聚合物表面反应，从而在表面引入了羟基和硫酸基团。但他们的注意力集中于向表面引入羟基自由基并进一步引发接枝聚合上。由于采用热引发方式，过硫酸盐水溶液处理聚合物表面的时间较长，要达到较好的接枝效果需要过硫酸钾预处理2小时。为增强过硫酸盐对聚合物表面的改性效果，很早就有人报道了采用Ag+催化过流酸铵的氧化反应，但效果并不理想，其改性表面的接触角较未催化的改性表面并未有明显降低。Gareth等在“Sonochemically-Assisted Modification of Polyethylene Surfaces”(Macromolecules，1996，29，5664-5770)曾经报道了一种采用超声波谐振催化的过硫酸盐水溶液处理聚合物表面的方法，但改性效果也不理想。如采用33g/dm3浓度的K2S2O8水溶液在35℃下处理5小时，PE表面对水的接触角由处理前98.6°降至82°，延长处理时间至24小时也只降至60°左右。同样浓度、温度及处理时间(5小时)，在溶液充氮时用(NH4)2S2O8水显然该方法由于处理时间长、效果差而不易被实际应用。
技术实现思路
本专利技术是在紫外光作用下用过硫酸盐水溶液对聚合物表面进行改性处理的新方法，达到在短时间内有效的改善表面亲水性的目的。本专利技术的技术方案是对含C-H键的有机聚合物的膜、片、纤维或制品的表面，用过硫酸盐水溶液浸渍或涂敷在聚合物表面或过硫酸盐水溶液夹在聚合物和透紫外光材料之间形成三明治型结构，对覆盖过硫酸盐水溶液的聚合物表面进行紫外光照射进行表面处理。本专利技术的方法改性的聚合物材料为乙烯基或取代乙烯基单体的聚合物、缩合聚合物、开环聚合物、天然高分子、聚烯烃与其它聚合物或橡胶的共混或共聚料、聚酰胺、卤化聚合物，芳族聚合物、芳族聚合物与其它聚合物的共混或共聚物或聚脂。例如低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、异丁烯异构化聚合物(TPX)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、尼龙6(Nylon6)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PSt)、丁苯橡胶(SBR)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)。本专利技术所用的透紫外光材料为石英片或透紫外光的聚合物，透紫外光的聚合物为聚烯烃、聚烯烃与其它聚合物或橡胶的共混或共聚料、聚酰胺、卤化聚合物，芳族聚合物、芳族聚合物与其它聚合物的共混或共聚物。透紫外光的聚合物，例如低密度聚乙烯(LDPE)、流涎法成膜聚丙烯(CPP)、双向拉伸聚丙烯(BOPP)、高密度聚乙烯(HDPE)、尼龙6(Nylon6)、聚氟乙烯(PVF)或异丁烯异构化聚合物(TPX)。本专利技术用的过硫酸盐水溶液为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵的水溶液，浓度为1％～30％(重量)。在过硫酸盐水溶液中还可以加入表面活性剂，过硫酸盐与表面活性剂的重量比为90～18∶1。本专利技术紫外光照射采用紫外灯，用低压、中压、高压汞灯或其它发射紫外光波段的设备。例如用高压汞灯辐照装置，功率1000w，λ＝254nm处的光强为65±5w/m2，照射时间为5秒～15分钟。适用本专利技术方法对表面改性的聚合物材料可以是片材、薄膜、纤维及其它的形状，应保证紫外光能照射到聚合物表面上的同时在聚合物表面可以有效的形成含有过硫酸盐溶液的薄层。聚合物材料可以是聚合物单一材料、层状或在底基材料(非金属或金属)上的有机涂层。本专利技术在聚合物表面处理使用的过硫酸盐水溶液，如过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵的水溶液，过硫酸盐在溶剂水中可以部分或全部产生过硫酸根，这种过硫酸根的产生方式可以是无机盐的电离、中和、复分解等一切可能的产生方式，还可能通过有机物的某些反应生成过硫酸根，还包括在反应前或反应过程中以物理方式添加可产生过硫酸根的物质。过硫酸根的作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物表面改性方法，对含Ｃ－Ｈ键的有机聚合物的膜、片、纤维或制品的表面，用过硫酸盐水溶液浸渍或涂敷在聚合物表面或过硫酸盐水溶液夹在聚合物和透紫外光材料之间形成三明治型结构，对覆盖过硫酸盐水溶液的聚合物表面进行紫外光照射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨万泰，杨鹏，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]