本发明专利技术提供一种聚合物材料表面改性的方法：将聚合物材料先进行表面等离子体处理；然后将处理后的聚合物材料放入已预先升温至５０～１５０℃的气相接枝反应装置，随后通入气态或雾化单体与所述的处理后的聚合物材料表面进行气相接枝反应，进行上述反应的装置包括一等离子体接枝装置，所述的等离子体接枝装置包括聚合物材料表面等离子体处理装置和等离子体处理后的聚合物材料表面气相接枝反应装置，其特征在于，在等离子体接枝装置中设置控温系统。利用该装置以及方法进行的接枝聚合时温度可控、聚合反应时间短、接枝效果理想以及在工业上能连续化处理等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚合物材料表面改性的方法，更具体地，涉及一种利用等离子体 引发的接枝聚合的聚合物材料表面改性的方法，该聚合过程为气相接枝过程，还涉及一种 在聚合物表面改性过程中使用的装置。
技术介绍
等离子体技术已在各类材料表面改性领域有较为广泛的应用，通常分为常压等离 子体技术和低压等离子体技术，这两种技术在实际应用中各有其优点前者可在大气压条 件下工作，无需密闭舱室，可实现连续化生产，成本较低；后者因为易于控制、使用工作气体 种类广泛、处理模式易于调控、处理效果均勻等特点。但是，两种技术均存在的主要缺陷在 于，材料表面经等离子体活化处理后，其效果不够持久，需要通过进一步的接枝反应来巩固 处理效果或进一步功能化。目前，上述接枝反应主要是在通过液相接枝完成，例如ZL03119326.9公开了一 种聚丙烯纤维或织物的染色方法，其包括将聚丙烯纤维或织物放入低温等离子体处理设备 的反应腔中进行低温等离子体处理，处理功率20-120W，真空度26. 6-133Pa ；然后将处理后 的纤维或织物浸泡在丙烯酸、丙烯酰胺等溶液中；最后处理后的纤维或织物采用常压沸染 法去染色。专利申请CN200410000640. 9公开了一种对聚烯烃中空纤维孔膜进行改性处理 的方法，其包括将聚烯烃中空纤维膜放入低温等离子反应装置中处理，放电功率10-150W， 等离子体气氛采用非聚合性气体；通入活性单体溶液进行接枝聚合反应。上述材料表面进行等离子体处理后与聚合单体的液相进行接枝反应，难以实现连 续化作业，处理后的废液会对环境造成污染。随着我国环保法规的日益严格，等离子体引发 气相接枝技术作为两种“干式清洁技术”的有机整合，在节约能源、降低污染物的排放等方 面具有极其重要的意义。W0 98/10116提供了一种薄膜材料的等离子体化学气相沉积超声波雾化喷嘴进给 装置，其特征在于，利用超声波雾化喷嘴为化学气相沉积反应舱室提供气化单体，并可控制 气化单体的进给量。但上述已有的方法，其气化单体直接受到等离子体的照射，在薄膜表面 发生等离子体聚合反应，所生成的聚合物沉积在材料表面，与材料表面的结合强度弱。专利 ZL03119326. 9公开了一种聚丙烯纤维或织物的染色方法将丙烯酸、乙烯吡啶或乙烯吡咯 烷酮单体通入低温等离子体设备的反应腔中，使丙烯酸、乙烯吡啶或乙烯吡咯烷酮单体气 氛起辉对聚丙烯纤维或织物进行低温等离子体处理，处理后的纤维或织物采用常压沸染法 进行染色。现有技术采用等离子体引发技术对聚合物材料表面改性的方法中，存在不能连续 化生产、或反应温度不可控、或者聚合物材料表面接枝效果不理想等缺陷，鉴于上述缺陷提 出本专利技术的聚合物材料表面接枝的方法，接枝聚合温度可控、反应时间短、接枝效果理想以 及能连续化处理等优点。
技术实现思路
本专利技术的一个专利技术目的是提供一种聚合物材料表面改性的方法，该方法的接枝聚 合时温度可控、聚合反应时间短、接枝效果理想以及在工业上能连续化处理等优点。本专利技术的另一专利技术目的是提供一种聚合物材料表面改性的装置，该装置能够实现 聚合物材料表面等离子处理与气相接枝处理在同一个装置内分步完成，可以控制气相接枝 处理的反应温度，使得聚合物材料表面处理工艺简单而接枝效果好。为实现本专利技术的第一个专利技术目的，一种聚合物材料表面改性的方法，采用如下技 术方案将聚合物材料先进行表面等离子体处理；然后将处理后的聚合物材料放入已预先 升温至50 150°C的气相接枝反应装置，随后通入气态或雾化单体与所述的处理后的聚合 物材料表面进行气相接枝反应。其中，在气相接枝之前，经表面等离子处理后的聚合物材料暴露在空气中放置 10 120min。表面等离子处理后的聚合物材料在空气中放置的目的在于让表面生成大量的自 由基与氧气充分反应，以转化成过氧化物的形式被保护起来，在气相接枝反应的温度作用 下，聚合物材料表面的过氧化物受热后会重新释放出的自由基，在与气态或雾化单体接触 的过程中引发接枝聚合反应。本专利技术所述的表面等离子体处理采用现有技术所公开的所有方法，其优选将聚合 物材料放入到等离子设备的反应腔中进行表面等离子处理，处理功率50 1000W，反应腔 内压强为10 IO5Pa0所述的等离子处理中的工作气氛为氩气、氧气、氮气、氢气或甲烷气的一种或其两 种以上的混合气体。所述等离子体发生频率为40KHz或13. 56MHz。等离子处理中的工作气体的流速为100 IOOOcm3Aiin所述的表面等离子处理的时间为1 30min。所述的处理后的聚合物材料放入已预先升温至50 150°C的气相接枝反应装置 中进行气相接枝反应，其反应装置中的温度优选为60 100°C，更优选65 80°C。所述的气相接枝反应是先将反应体系内抽真空至压强为10 IO5Pa之后，再通入 气态或雾化单体，其中反应体系中的压强优选50-1000Pa，其更优选80-500Pa。所述的通入 气态或雾化单体的流量控制在100 2000Cm7min，其优选流量为300-1000cm7min，更优选 400-700cm3/mino由于温度对自由基聚合反应的重要影响，本专利技术所述的表面等离子处理后的聚合 物材料与单体无论是直接气相接枝聚合还是处理后的聚合物材料经转换为过氧化物后间 接引发的气相接枝聚合，所述的气相接枝反应均是在温度为50 150°C的条件进行的，气 化单体不受到等离子体的直接照射，而是与材料表面的自由基(等离子体照射材料表面所 生成的自由基或所生成的自由基暴露于空气中首先转化成过氧化物后再次受热释放出的 自由基)直接接触，在上述温度下受其引发而进行自由基聚合反应，最终通过化学键的牢 固结合，在材料表面接枝上一定量的、带有目标官能团的聚合物。通过温度控制，可在数分 钟内实现理想接枝效果，大大缩短了接枝聚合的反应时间，具有实现聚合物材料的等离子体引发气相接枝连续化处理的工业化前景。在现有技术中例如国际申请W098/10116，其气化单体直接受到等离子体处理的照 射，在材料表面发生等离子体聚合反应，所生成的聚合物沉积在材料表面，与材料表面的结 合强度弱，表面改性效果比较差。在专利申请CN200710035436. 4中公开了等离子体照射材 料表面生成自由基与接枝单体挥发气体在压强为20-40Pa、放电条件下进行一定的时间接 枝处理。但所述方法中的气态单体在放电条件下会发生不同程度的电离，导致最终接枝聚 合物的重复结构单元的化学结构不统一。换句话说，不能通过气态单体的化学结构准确推 测出目标接枝聚合物的结构，实验结果的可控性性差，影响了接枝的效果。气相接枝反应的时间为5-100min，优选5_60min，更优选10_30min。所述的聚合物材料包括聚烯烃、聚酯、聚卤代烃、聚醚等，上述的材质可以为板材、 薄膜、织造布、非织造布、纤维等多种形式。所述的单体为烯烃基化合物或其衍生物，其优选含亲水基团的烯烃基化合物，更 优选丙烯酸、甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙 烯酸、丙烯醛、甲基乙烯基酮、1，2_环氧丁烯。为实现本专利技术的另一个目的，提供一种聚合物材料表面改性的装置，该装置包括 一等离子体接枝装置，所述的等离子体接枝装置包括聚合物材料表面等离子体处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物材料表面改性的方法，采用如下方法：将聚合物材料先进行表面等离子体处理；然后将处理后的聚合物材料放入已预先升温至５０～１５０℃的气相接枝反应装置，随后通入气态或雾化单体与所述的处理后的聚合物材料表面进行气相接枝反应。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任婉婷，李鑫，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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