聚丙烯大分子表面改性劑的合成及其改性效果的研究.pdf

1、聚丙烯是典型的非極性結(jié)晶高分子材料，其表面張力較低，難以被極性液體浸潤(rùn)，因而制品表面對(duì)油墨、著色劑、涂料、膠粘劑等的附著力很差，往往必須對(duì)其表面進(jìn)行預(yù)處理，才能進(jìn)行二次加工。聚丙烯的表面改性可以在制品的表面上引入極性基團(tuán)，使聚合物的染色性、粘結(jié)性等得到改善，擴(kuò)大其使用范圍。同時(shí)，表面功能基團(tuán)的引入，賦予聚合物以全新的性能，有利于實(shí)現(xiàn)材料的功能化和高性能化。 采用大分子表面改性劑與聚合物共混的方式可以改善聚合物的表面性能。具有擇優(yōu)

2、向制品表面擴(kuò)散遷移并形成表面富集的大分子表面改性劑可以在很低的加入量下起到明顯的表面改性效果，又不影響其本體性能。同時(shí)，與低分子量的表面活性劑相比，當(dāng)制品表面受到?jīng)_刷、摩擦等作用時(shí)，這種添加劑較難脫離，具有一定的長(zhǎng)效性。然而，共混表面改性涉及到聚合物多相體系相分離和大分子擴(kuò)散過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等一系列復(fù)雜問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)改性效果與長(zhǎng)效性的平衡，應(yīng)對(duì)添加型大分子表面改性劑的結(jié)構(gòu)、遷移特性及成型條件對(duì)表面富集的影響進(jìn)行深入研究。 本

3、論文選擇強(qiáng)極性的聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸丁酯作為大分子表面改性劑的親水性鏈段，以聚丙烯蠟和聚丁二烯作為聚丙烯的親基體鏈段，通過(guò)馬來(lái)酸酐的“橋聯(lián)”作用，合成了一系列不同結(jié)構(gòu)的大分子表面改性劑。同時(shí)，為了提高聚丁二烯系列改性劑的抗腐蝕性，增加改性劑分子與基體的相容性，本文還通過(guò)對(duì)甲苯磺酰肼的氫化作用，合成了氫化聚丁二烯/聚甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物。所合成的大分子表面改性劑具有兩親性結(jié)構(gòu)，與聚丙烯具有一定的相容性和離析性。與聚

4、丙烯共混后，可以在聚丙烯制品表面產(chǎn)生明顯的表面選擇性富集效果，有效地降低聚丙烯的水接觸角，提高聚丙烯的表面親水性。 采用ATR-FTIR、接觸角測(cè)定和顯微鏡觀察等手段，考察了聚丙烯蠟和聚丁二烯為主鏈的系列改性劑的添加量和分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚丙烯基體表面富集程度的影響。作為對(duì)比，也對(duì)極性均聚物聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸丁酯在聚丙烯表面富集情況和分子量的影響進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)大分子改性劑親基體鏈段的分子量、疏基體鏈段的分子量、接枝

5、率以及親水性基團(tuán)的分布情況都可以影響改性劑在聚丙烯表面的富集。接觸角測(cè)定結(jié)果還表明，改性劑在聚丙烯共混體系中的表面富集除了與改性劑本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，聚合物基體的結(jié)晶異質(zhì)排斥作用也是共混物中改性劑向基體表面遷移擴(kuò)散的推動(dòng)力之一。 材料的加工工藝條件也影響表面改性劑的表面富集性能。在材料加工成型的過(guò)程中，接觸界面的誘導(dǎo)作用與表面富集有密切關(guān)系，高表面能接觸界面可以有效的誘導(dǎo)高表面能組份向制品表面遷移富集。 通過(guò)衰減全反射傅立

6、葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)考察了不同改性劑在聚丙烯基體中的擴(kuò)散情況，研究了溫度、改性劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)改性劑在聚丙烯基體中遷移擴(kuò)散的影響，并計(jì)算出不同改性劑在基體中的遷移擴(kuò)散系數(shù)，得到表面改性劑在基體中的遷移擴(kuò)散行為及其基本規(guī)律。為設(shè)計(jì)、制備高性能的大分子表面改性劑，獲取最佳的表面改性效果提供理論依據(jù)。 為進(jìn)一步了解表面改性劑在基體中的表面富集情況和遷移擴(kuò)散行為，通過(guò)變角ATR對(duì)表面改性劑在基體的表層濃度分布進(jìn)行測(cè)定，考察了

7、不同結(jié)構(gòu)和不同添加量的改性劑在樣品表層的分布情況，發(fā)現(xiàn)具有良好表面富集特性的改性劑在制品表層呈現(xiàn)出明顯的濃度梯度分布。此外，還研究了不同熱處理時(shí)間樣品表層改性劑的分布，表明改性劑的擴(kuò)散過(guò)程是通過(guò)形成濃度梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為ATR法在擴(kuò)散方面的研究提供佐證。 由于大分子表面改性劑與基體不存在化學(xué)鍵，其改性效果的穩(wěn)定性和持久性必須依靠改性劑的親基體鏈段錨固于基體內(nèi)部，才能改善改性的長(zhǎng)效性。因此，本文還考察了改性材料的抗溶劑腐蝕性。與極性

8、均聚物改性劑相比，含有親基體鏈段的大分子表面改性劑耐溶劑浸泡能力明顯增強(qiáng)，極性溶劑可以有效地誘導(dǎo)高表面能組份向制品表面遷移，提高改性劑的表面富集程度。 通過(guò)熱重實(shí)驗(yàn)和紅外測(cè)定研究了表面改性劑對(duì)聚丙烯基體的耐熱性及結(jié)晶性能的影響。發(fā)現(xiàn)表面改性劑的添加量和耐熱性對(duì)改性材料的初始分解溫度和50％失重溫度存在影響，但改性材料的最大分解速率溫度維持不變，在正常添加量的情況下，改性劑對(duì)聚丙烯的熱穩(wěn)定性沒(méi)有太大的影響。紅外測(cè)定結(jié)果表明，改性劑