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1、·60·高 分 子 通 报1999年3月知识介绍表面光接枝原理、方法及应用前景杨万泰 尹梅贞 邓建元 杜久明(北京化工大学材料科学与工程学院,北京,100029) 提要 介绍了表面光接枝的原理、方法和应用前景。表面光接枝主要是用芳酮引发有机材料产生表面自由基,从而引发单体聚合生成表面接枝链。实施方法有气相法、液相法和连续液相法。表面光接枝应用领域广泛,可用于聚合材料的表面改性以及表面功能化。关键词 表面光接枝,有机材料,表面改性,表面功能化引言目前高分子材料已在材料领域发挥着重要的作用,进入80年代,由于高分子材料表面能太低,已不
2、能满足人们的使用要求,故科学家们开始研究探索聚合物材料的表面改性。表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下,赋于其表面新的性能。目前主要应用方法有表面涂覆法、用火焰、电晕放电、酸处理等手段的表面氧化法、表面活性剂法、等离子体法、高能辐射、紫外辐射以及其它方法引发的表面接枝聚合等。在这些方法中,以紫外光引发的表面接枝聚合(表面光接枝)具有两个突出的特点:(1)紫外光比高能辐射对材料的穿透力差,故接枝聚合可严格地限定在材料的表面或亚表面进行,不会损坏材料的本体性能;(2)紫外辐射的光源及设备成本低,易于连续化操作,故近年来发展较快,极具工业应
3、用前景。[1]表面光接枝的研究始于1957年的Oster等人(美国)的报道,近年来西欧等国的研究报道愈来愈多,其应用领域也已从最初的简单表面改性发展到表面高性能化、表面功能化、接枝成型方法。等高新技术领域。国内目前这方面的研究还很少,基本上属于空白。笔者在瑞典B.Rānby教授的研究室从事近3年的表面光接枝领域的研究。这里笔者拟结合自己在国内外的研究工作经历和结果,在简单介绍表面光接枝原理和实施方法之后,分析和预测该高技术在各个领域的用途。杨万泰 男,41岁,教授,博导。19821 表面光接枝的化学原理毕业于清华大学化工系高分子化工生成表面
4、接枝聚合物的首要条件是生成表面专业,1985年3月在北京化工大学引发中心——表面自由基,依据产生方式的不同,高分子系取得硕士学位后留校工可分为作,1996年4月在瑞典皇家理工学3种方法。院取得工学博士学位。目前正在从111 含光敏基聚合物辐照分解法事的研究方向:可控性表面接枝聚对于一些含光敏基(如羰基),特别是侧链含合的理论及应用,阴离子和自由基活性聚合,高分子材光敏基的聚合物,当UV光照射其表面时,会发料的表面改性。拥有3项发明专利,发表论文30多篇。 第1期高 分 子 通 报·61·生NorrishI型反应,产生表面自由基:O+
5、õCR(1) ·hMCO+·R(2)CORõ这些自由基能引发乙烯基单体聚合,可同时生成接枝共聚物和均聚物, ·+nM(3)或 ûCO(接枝共聚物)·OõCR或R·+nM(4)(均聚物)112 自由基链转移法安息香类引发剂在UV照射下发生均裂,产生两种自由基:OOCH3OOCH3hMCCCõ+õC(5)OCH3OCH3(I)在单体浓度很低的条件下,两个自由基均会向聚合物表面或大分子链转移,产生表面自由基,引发烯类单体聚合而生成表面接枝链,R·++RH(6)õH+nM(7)õ该体系缺点是小分子自由基,如(I)能引发均聚合,故表面接枝链和均聚
6、链能同时生成。在特定条件下,如单体浓度很低,表面自由基浓度很大时,也是一种有效的表面接枝体系。113 氢提取反应法芳香酮及衍生物在吸收紫外光后被激发到单线态S,然后迅速系间窜跃到三线态T,当有聚合物表面(为氢给予体)时,该羰基夺取氢而被还原成羟基,同时也生成了一个表面自由基:OOHhM+C+C(8)õõH(BP)+nM(9)õ该体系优点:(1)光还原反应可以定量进行,一个BP分子可以夺取一个H产生一表面自由基,容易控制;(2)表面自由基的活性远远高于半频哪醇自由基,因此接枝效率高;(3)因为引发反应起自于光敏剂和C—H键的反应,故该方法可适
7、用于所有有机材料的表面接枝。·62·高 分 子 通 报1999年3月2 实施方法211 气相法聚合物样品、单体、光敏剂被置于一密闭的容器中,加热使溶液蒸发,从而在迷漫着溶剂、单体[2]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。该体系优点有两个:一是由于单体和光敏剂以蒸气状态存在,自屏蔽效应小,二是样品表面的单体浓度极低,故接枝效率高。缺点是反应慢,辐射时间长。212 液相法把光敏剂、单体或其他助剂配在一起制成溶液,直接将聚合物样品置于溶液中进行光接枝聚合,也可以先将光敏剂涂到样品上,再放入溶剂
8、中。1977年,日本Tazuke等人发明了一种特殊的液[3]相表面接枝方法,较好地解决了溶液的自屏蔽问题,缺点是均聚物难以避免,难以实现连续化作业。213 连续液相法。[4]该连
