兩親性分子在聚丙烯表面的包埋及親水改性研究

畢文棟(沈陽建筑大學(xué),遼寧 沈陽 110168)

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動下，工業(yè)生產(chǎn)以及建筑施工等對于產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，傳統(tǒng)的單一材料逐漸無法滿足其需求，在這種情況下，聚合物材料開始受到人們的關(guān)注。在聚合物材料的處理中，相關(guān)學(xué)者以聚環(huán)氧乙烷等作為改性劑，采用水萃法對聚合物載體的表面進行包埋改性，但是這種方式對于改性劑的相對分子質(zhì)量依賴性大，若改性劑的相對分析質(zhì)量較低，會隨著溶脹劑流出，影響實際效果。對此，本文提出了一種以兩親性硬脂醇聚氧化乙烯基醚作為改性劑，以干燥退溶脹方式進行包埋改性的方法。

1 實驗部分

(1)原料 聚丙烯薄膜(PP 薄膜)；兩親性硬脂醇聚氧化乙烯基醚(AEO)，聚氧化乙烯的聚合度為4,8,16 及35,；二甲苯、四氫萘、丙酮等分析純。

(2)包埋改性 將9%的AEO 改性劑融入相應(yīng)的溶脹劑內(nèi)，在115℃的改性劑溶液內(nèi)，將聚丙烯薄膜浸泡15min，進行表面溶脹和包埋改性。然后，取出聚丙烯薄膜，室溫環(huán)境干燥48h，對其進行表面退溶脹。使用清水洗滌聚丙烯薄膜，取出表面的改性劑，干燥后，就可以得到包埋改性表面。

(3)表征方法 利用JSM-5900 電子顯微鏡對薄膜進行觀察，設(shè)置場壓為15kV，表面預(yù)噴金；以NEXUS670 傅里葉變換紅外光譜對表面的化學(xué)組分進行分析，設(shè)置波數(shù)范圍為400～4000cm-1，分辨率2cm-1；接觸角測試選擇DSA-100 型接觸角測量儀，測試時間為10s，取五次測試平均值作為最終結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

(1)表面溶脹 聚丙烯薄膜為半結(jié)晶性聚合物，一般需要在回流溫度下，以半極性溶液溶解。想要使其達到表面溶脹，需要降低處理溫度或者溶劑化能力。將二甲苯或者四氫萘與環(huán)己酮混合，以形成的混合溶劑對聚丙烯薄膜表面進行處理，可以實現(xiàn)表面溶脹。其表面溶脹效果與溶劑有著密切的聯(lián)系，一般只有適中的溶劑化才能為包埋改性提供相應(yīng)的場所，溶劑化能力可以采用溶度參數(shù)進行半定量化。四氫萘的溶度參數(shù)為19.4MPa1/2，與聚丙烯薄膜的17.2 MPa1/2差距適中，因此純四氫萘就可以取得良好的表面溶脹和改性效果。而二甲苯的溶度參數(shù)為18.0MPa1/2，溶劑化能力強，需要與20%的非溶劑環(huán)己酮混合后，才能取得較高的效果[1]。

(2)兩親性分析結(jié)構(gòu) 以兩親性AEO 作為改性劑，其中的疏水段可以與聚丙烯集合，對AEO 分子進行規(guī)定，親水段則能夠提供表面親水性。在包埋改性過程中，AEO 會隨溶脹劑進入溶脹表面，與PP 鏈處于溶液共混狀態(tài)。當(dāng)溶脹劑去除時，與PP不相容的PEO 段也會同時分離，親水的PEO 鏈會遷移到PP 薄膜表面，提供親水性。AEO-4 的PEO 聚合度最小，相分離能力也最弱，無法取得理想的親水改性效果，而AEO-35 等的相分離能力有所增強，但是由于疏水段較小，同樣無法取得理想的親水改性效果。與之相比，親疏水適中的AEO-8 改性劑能夠取得最佳的親水改性效果。

(3)表面退溶脹 在相關(guān)研究中，多以溶劑萃取法去除溶脹劑，但是這種方法僅僅適用于大分子改性劑。對于一些小分子改性劑，可以采用干燥退溶脹的方法，實現(xiàn)相應(yīng)的包埋改性。以FT-IR 以及接觸角法，對真空干燥退溶脹和丙酮萃取退溶脹的表面改性效果進行對比分析，能夠證明該方法的可行性和有效性。

(4)表面包埋與涂覆 在室溫環(huán)境下，將PP 載體進入到AEO-8 的80%二甲苯-環(huán)己酮混合溶液中，能夠在避免表面溶脹的情況下，進行相應(yīng)的表面涂覆處理。無論是包埋表面還是涂覆表面，在清洗前，其接觸角均為0，顯示出良好的親水性。而以水清洗后，包埋表面保持了一定的親水性，涂覆表面則完全失去了親水性。這種結(jié)果表明，兩親性AEO 對于PP 表面的包埋改性，并非簡單的物理吸附作用。在溶脹環(huán)節(jié)，AEO 會伴隨著溶脹劑進入PP 表面溶脹區(qū)域，與PP 鏈共混，而當(dāng)溶脹劑被除去后，AEO 的PEO 段會與PP 發(fā)生相分離，從而賦予其表面親水性，而硬脂醇段則會與相容的PP 鏈結(jié)合，對AEO 改性劑進行固定[2]。

3 結(jié)語

綜上所述，本文以兩親性AEO 作為改性劑，通過表面包埋改性的方式，對聚丙烯表面進行了親水改性。實踐證明，在經(jīng)過80%的二甲苯-環(huán)己酮混合溶液進行溶脹處理后，溶脹層位于PP 表面的無定形區(qū)。在聚合度為4,8,16,35 的AEO 改性劑中，AEO-8 的親疏水平衡適中，能夠取得最佳的親水改性效果。

[1]譚小春.兩親性分子在聚丙烯薄膜表面的包埋及親水改性[D].南京工業(yè)大學(xué),2011.

[2]黃玨欣,郭浩飛,黃健,王曉琳.兩親性分子在聚丙烯表面的包埋及親水改性[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)