準(zhǔn)分子激光引發(fā)PET材料表面接枝提高表面親水性.pdf

1、聚合物的表面改性一直是聚合物科學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，它對(duì)聚合物的工業(yè)應(yīng)用也有著重要意義。PET材料以其優(yōu)良的性能已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的聚合物品種之一。然而它的表面性能有時(shí)不能滿(mǎn)足人們的要求，影響了其使用性能，因此需要進(jìn)行表面改性。激光技術(shù)是一項(xiàng)比較新興的高技術(shù)，它在聚合物表面加工上的應(yīng)用還是近些年才開(kāi)始的。本文采用XeCl準(zhǔn)分子激光作為改性手段，采用適當(dāng)單體對(duì)PET材料進(jìn)行表面接枝改性，旨在提高PET材料的表面親水性及其他相關(guān)性能，改善它的使

2、用性能。 本文首先綜述了準(zhǔn)分子激光對(duì)聚合物表面處理的由來(lái)、發(fā)展及研究現(xiàn)狀，介紹了激光照射引起聚合物表面形態(tài)、化學(xué)結(jié)構(gòu)及表面性能的變化，對(duì)以往的研究結(jié)果進(jìn)行綜合，歸納性提出激光照射聚合物表面引起燒蝕性光降解(APD)的作用機(jī)理和激光照射作用在聚合物表面產(chǎn)生周期性起伏結(jié)構(gòu)(LIPSS)的幾種機(jī)理，提供了本文研究的理論背景。 本文設(shè)計(jì)了幾種不同的激光照射接枝改性的具體實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)測(cè)定PET薄膜表面的水滴接觸角和PET織物的水

3、滴滲透時(shí)間，確證了各種接枝方法的有效性。在所設(shè)計(jì)的方法中，其中四種均可有效提高材料表面親水性，并確定以液相照射接枝一步法作為本課題研究的主要處理方法。通過(guò)對(duì)照射處理前后的試樣精確稱(chēng)重，發(fā)現(xiàn)激光照射燒蝕作用對(duì)PET樣品重量變化的影響不可忽略，因此提出了一種新的適用于激光照射接枝處理方法的接枝率計(jì)算公式。測(cè)定了僅經(jīng)激光照射和激光照射并接枝的PET薄膜的表面水潤(rùn)滑性，發(fā)現(xiàn)在“富水”和“不富水”的環(huán)境中，僅照射薄膜和照射并接枝薄膜的水潤(rùn)滑性完全

4、不同。 文章又系統(tǒng)深入地研究了激光照射和照射接枝后PET材料的表面形態(tài)、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成，以及表面熱力學(xué)性能等的變化，從多個(gè)角度闡述了照射和照射接枝后材料表面親水性增強(qiáng)的原因和機(jī)理。通過(guò)SEM觀察，表面張力測(cè)定，ATR紅外光譜、XPS和DSC的測(cè)定得到，僅照射和照射接枝PET薄膜表面粗糙度較未處理薄膜增大，表面形態(tài)也不相同；激光照射后材料表面產(chǎn)生極性基團(tuán)，照射并接枝的表面極性基團(tuán)更多，引起材料表面張力的極性分量大幅提高；照射和

5、接枝后材料表面發(fā)生酯鍵斷裂，無(wú)定形區(qū)含量增大，接枝表面還可能形成醚鍵；接枝表面XPS圖譜中的N峰證實(shí)了接枝單體丙烯酰胺的存在，據(jù)此推算了PET表層分子中單體分子所占比例；僅照射和照射并接枝的PET材料的熔融焓和百分結(jié)晶度依次降低。 采用XPS試樣角度變化法測(cè)定接枝PET薄膜表層各元素在深度上的含量分布，結(jié)果表明在照射接枝過(guò)程中接枝單體在PET表面熔體中向表層內(nèi)部擴(kuò)散。 激光照射引發(fā)PET表面接枝聚合反應(yīng)的影響因素比較多。

6、文章對(duì)各影響因素的作用及其原理作了討論和分析。這些影響因素的作用分別為：1)小分子單體的表面改性效果好，確定以丙烯酰胺為親水性改性單體；2)較高的單體溶液濃度有利于接枝反應(yīng)；3)激光能量密度增大，薄膜表面親水性先顯著增強(qiáng)，后又減弱；激光脈沖次數(shù)越多，改性后表面親水性越強(qiáng)；4)光敏劑BP對(duì)PET表面接枝聚合反應(yīng)有阻礙作用；5)適當(dāng)濃度的均聚物抑制劑六水合硫酸鐵(Ⅱ)銨能減少單體均聚物的生成，促進(jìn)接枝聚合；6)單體溶液的溶劑也影響接枝聚合的

7、反應(yīng)進(jìn)程，不同溶劑的影響作用原理不同，含較活潑氫的乙醇能促進(jìn)接枝反應(yīng)；7)溶液pH值影響單體聚合速率，pH值較低有利于接枝反應(yīng)。 從單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，自由基的產(chǎn)生方式，以及阻聚劑的作用原理等方面分析和判斷，認(rèn)為激光照射引發(fā)接枝聚合是自由基聚合反應(yīng)過(guò)程，而且自由基有多個(gè)來(lái)源，使得反應(yīng)體系比較復(fù)雜。依據(jù)本文研究發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，對(duì)激光照射引發(fā)接枝的反應(yīng)過(guò)程以及照射接枝時(shí)PET材料表面所產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化作了系統(tǒng)地闡述。 文章

8、用生物染色劑著色的方法輔助證明了接枝表面上酰胺基的存在。又研究了激光照射和照射接枝后PET織物的染色性能，結(jié)果表明接枝織物的分散染料和陽(yáng)離子染料染色性能均顯著提高。分散染料染色性提高的主要原因是纖維表面粗糙度的增大和無(wú)定形區(qū)含量的增加；陽(yáng)離子染料染色性提高的原因除了表面粗糙度和無(wú)定形區(qū)含量的影響外，染料陽(yáng)離子與纖維表面極性基團(tuán)間的靜電引力也能提高染色性，而親水性極性基團(tuán)在表面引起的水膜促進(jìn)染料分子的溶解、吸附和擴(kuò)散，也有助于上染。分散染

9、料和陽(yáng)離子染料染色性能的改善都具有很大的實(shí)用意義。直接染料分子體積大，向纖維內(nèi)部擴(kuò)散困難，染料陰離子與纖維表面極性基團(tuán)間有靜電斥力，因而處理后織物的染色性能無(wú)顯著提高。 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有以下幾方面： 1)針對(duì)激光照射處理的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了4種有效的激光照射接枝改性方法，對(duì)織物和薄膜樣品都適用； 2)發(fā)現(xiàn)激光照射燒蝕作用對(duì)試樣重量變化的影響不可忽略，提出了一種新的適用于激光處理的接枝率計(jì)算公式； 3)對(duì)激光