两亲性分子在聚丙烯表面的包埋及亲水改性研究

2015-03-23毕文栋沈阳建筑大学辽宁沈阳110168

化工管理 2015年34期

毕文栋(沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168)

在科学技术飞速发展的带动下，工业生产以及建筑施工等对于产品质量的要求越来越高，传统的单一材料逐渐无法满足其需求，在这种情况下，聚合物材料开始受到人们的关注。在聚合物材料的处理中，相关学者以聚环氧乙烷等作为改性剂，采用水萃法对聚合物载体的表面进行包埋改性，但是这种方式对于改性剂的相对分子质量依赖性大，若改性剂的相对分析质量较低，会随着溶胀剂流出，影响实际效果。对此，本文提出了一种以两亲性硬脂醇聚氧化乙烯基醚作为改性剂，以干燥退溶胀方式进行包埋改性的方法。

1 实验部分

(1)原料聚丙烯薄膜(PP 薄膜)；两亲性硬脂醇聚氧化乙烯基醚(AEO)，聚氧化乙烯的聚合度为4,8,16 及35,；二甲苯、四氢萘、丙酮等分析纯。

(2)包埋改性将9%的AEO 改性剂融入相应的溶胀剂内，在115℃的改性剂溶液内，将聚丙烯薄膜浸泡15min，进行表面溶胀和包埋改性。然后，取出聚丙烯薄膜，室温环境干燥48h，对其进行表面退溶胀。使用清水洗涤聚丙烯薄膜，取出表面的改性剂，干燥后，就可以得到包埋改性表面。

(3)表征方法利用JSM-5900 电子显微镜对薄膜进行观察，设置场压为15kV，表面预喷金；以NEXUS670 傅里叶变换红外光谱对表面的化学组分进行分析，设置波数范围为400～4000cm-1，分辨率2cm-1；接触角测试选择DSA-100 型接触角测量仪，测试时间为10s，取五次测试平均值作为最终结果。

2 结果与讨论

(1)表面溶胀聚丙烯薄膜为半结晶性聚合物，一般需要在回流温度下，以半极性溶液溶解。想要使其达到表面溶胀，需要降低处理温度或者溶剂化能力。将二甲苯或者四氢萘与环己酮混合，以形成的混合溶剂对聚丙烯薄膜表面进行处理，可以实现表面溶胀。其表面溶胀效果与溶剂有着密切的联系，一般只有适中的溶剂化才能为包埋改性提供相应的场所，溶剂化能力可以采用溶度参数进行半定量化。四氢萘的溶度参数为19.4MPa1/2，与聚丙烯薄膜的17.2 MPa1/2差距适中，因此纯四氢萘就可以取得良好的表面溶胀和改性效果。而二甲苯的溶度参数为18.0MPa1/2，溶剂化能力强，需要与20%的非溶剂环己酮混合后，才能取得较高的效果[1]。

(2)两亲性分析结构以两亲性AEO 作为改性剂，其中的疏水段可以与聚丙烯集合，对AEO 分子进行规定，亲水段则能够提供表面亲水性。在包埋改性过程中，AEO 会随溶胀剂进入溶胀表面，与PP 链处于溶液共混状态。当溶胀剂去除时，与PP不相容的PEO 段也会同时分离，亲水的PEO 链会迁移到PP 薄膜表面，提供亲水性。AEO-4 的PEO 聚合度最小，相分离能力也最弱，无法取得理想的亲水改性效果，而AEO-35 等的相分离能力有所增强，但是由于疏水段较小，同样无法取得理想的亲水改性效果。与之相比，亲疏水适中的AEO-8 改性剂能够取得最佳的亲水改性效果。

(3)表面退溶胀在相关研究中，多以溶剂萃取法去除溶胀剂，但是这种方法仅仅适用于大分子改性剂。对于一些小分子改性剂，可以采用干燥退溶胀的方法，实现相应的包埋改性。以FT-IR 以及接触角法，对真空干燥退溶胀和丙酮萃取退溶胀的表面改性效果进行对比分析，能够证明该方法的可行性和有效性。

(4)表面包埋与涂覆在室温环境下，将PP 载体进入到AEO-8 的80%二甲苯-环己酮混合溶液中，能够在避免表面溶胀的情况下，进行相应的表面涂覆处理。无论是包埋表面还是涂覆表面，在清洗前，其接触角均为0，显示出良好的亲水性。而以水清洗后，包埋表面保持了一定的亲水性，涂覆表面则完全失去了亲水性。这种结果表明，两亲性AEO 对于PP 表面的包埋改性，并非简单的物理吸附作用。在溶胀环节，AEO 会伴随着溶胀剂进入PP 表面溶胀区域，与PP 链共混，而当溶胀剂被除去后，AEO 的PEO 段会与PP 发生相分离，从而赋予其表面亲水性，而硬脂醇段则会与相容的PP 链结合，对AEO 改性剂进行固定[2]。