聚合物表面光接枝改性及应用.doc

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1、《应用聚合物光化学》课程论文题目聚合物表面光接枝改性及应用学院化学与分子工程学院专业无机化学姓名王凤蕊学号Y教师赵敏2015年1月14日聚合物表面光接枝改性及应用摘要：聚合物表面改性是提高聚合物制品性能,拓展其应用范围的重要手段;而光化学改性是其中广泛应用的方法之一。综述了光接枝改性聚合物表面的研究进展,包括光接枝聚合机理、改性方法、影响因素等,并对其应用前景及研究方向进行了介绍。关键字：聚合物，光接枝，表面改性高分子材料由于其特有的透明性、质轻、易加工、成本低廉等性能一经发现便受到广泛关注,目前已在电子电工、生物医用、信息存储、纳米、能源、催化、环境保

2、护、建筑、高强度先进复合材料等领域得到应用[1]。但是,高分子材料大多具有表面能低和表面化学惰性的缺点,在实际使用中普遍表现出难印刷、难染色、产生静电、生物相容性差、粘接性能差等问题[2]。为了改善表面性能,拓展高分子材料的应用范围,需要对聚合物表面进行改性。聚合物表面改性通常涉及改变其制品的表面化学组成,这样可以在不改变制品形状和本体性能的条件下,赋予其表面某些全新的性质,如亲水性、粘接性、生物相容性或生物惰性等。表面改性是指在不改变材料及其制品本体性能的前提下,赋予其表面新的性能,如亲水性、抗静电性、染色性、耐老化性、生物相容性等[3]。目前主要的方

3、法有火焰处理、酸蚀处理、表面活性剂处理、臭氧化处理、电晕放电处理以及等离子体处理、高能辐射处理、紫外光表面接枝以及其他方法引发的表面接枝聚合等。表面光接枝是利用紫外光引发单体在膜表面进行接枝聚合,具有以下优点[4,5]：紫外光对材料的穿透力不是很强,接枝聚合可限定在材料的表面或亚表面进行,容易控制接枝层的厚度和反应深度,不会损坏材料的本体性能;可以控制反应只在单侧进行,因而适于制备两侧性能不同的材料;紫外辐射的光源及设备成本较低、易于连续化操作、反应速率快,极具工业应用前景。1光接枝改性原理表面光接枝技术中最关键的一点是生成表面引发中心，这直接关系到整个

4、接枝反应过程，根据产生表面引发中心的方式，可将表面光接枝反应机理分为四大类。自由基转移法、氢消除反应法、聚合物UV辐照分解法、过氧基热裂解法[6]。1.1自由基链转移[7]大多数热引发剂也是良好的光敏引发剂，如过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈等。在紫外光照射下引发剂分解生成自由基，然后引发聚合物产生表面自由基，进而与单体发生接枝反应。而非热型引发剂，如安息香类光敏剂受到紫外光照激发，发生均裂，产生两种自由基，然后夺取聚合物链上的氢，生成大分子自由基。其反应式如图1所示：图1自由基链接枝反应当单体浓度很低时，两个自由基均会向聚合物表面或大分子链移动，产生表面自

5、由基，引发烯类单体聚合进而生成表面接枝链。但该体系并不完美，缺点是小分子自由基如Ⅰ能够引发均聚合，所以反应发生时能同时产生表面接枝链和均聚链。1.2氢消除反应法芳香酮类化合物是适用于这类反应机理的典型光引发剂。在UV光照下,芳香酮化合物被激发到单线态(s*),之后又系间窜跃,迅速达到稳定的三线态结构(T*)。在这期间如果有氢供体存在,则芳香酮类化合物上的拨基则会夺取有机化合物上的氢变为轻基,并且同时产生烷基自由基。如果氢供体为聚合物基材,则光敏剂夺取的则是表面上的氢,产生表面自由基,加入单体,在合适的条件下,表面自由基引发单体聚合,生成接枝聚合物。以最简

6、单的BP(二苯甲酮)为例如(图2):图2BP引发接枝反应原理该体系的优点是:(l)一个二苯甲酮分子夺取一个氢,产生一个表面自由基,易于定量,从而易于控制(2)该反应过程中表面自由基引发聚合的速率远远大于半频那醇自由基引发速率,“一BPOH',半啪哪醇自由基往往用于末端偶合而不是引发单体均聚,故接枝效率较高。(3)因为光敏剂的夺氢原理,只要是含有活泼氢的聚合物均可以产生自由基,因此几乎所有的聚合物都可以称为氢供体,进行表面光接枝改性。1.3聚合物UV辐照分解法某些含有光敏基团如羰基过氧化基等的聚合物受到紫外光（UV）照射时发生Norrish型反应。其中No

7、rrishⅠ型反应会产生表面自由基和游离自由基这些自由基可以引发单体聚合其中表面自由基引发光接枝反应游离自由基引发均聚反应如图3所示：NorrishⅠ型反应，产生表面自由基：图3聚合物光敏基的分解（2）以上自由基引发乙烯基单体聚合，可同时产生接枝共聚物和均聚物（见图4）：图4接枝共聚物和均聚物的聚合反应2光接枝改性的方法2.1　气相接枝法气相接枝法是将聚合物样品、单体、光敏剂置于一密闭的容器中,加热使溶剂蒸发,从而在弥漫着溶剂、单体和引发剂的气氛中进行表面光接枝,光敏剂可以被加热成蒸气,也可被预先涂在样品的表面[8]。该体系由于单体和光敏剂以蒸气状态存在

8、,自屏蔽效应小,并且因为样品表面的单体浓度极低,故接枝效率高,形成的均聚物较少,