專利名稱：一種促進紫外光誘導(dǎo)氟塑料表面親水改性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型紫外光引發(fā)氟塑料表面接枝改性的方法，用于提高氟塑料表面性能，涉及一種聚合物材料表面接枝聚合改性技術(shù)。
背景技術(shù)：
含氟塑料，如聚全氟乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)等，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、自潤滑性、電絕緣性、不燃性、耐大氣老化性和高低溫適應(yīng)性以及較高的機械強度等，是綜合性能優(yōu)異的工程塑料，廣泛用于航空航天、石油化工、機械、電子電器、建筑和紡織等諸多領(lǐng)域。但是，含氟塑料的潤濕性和粘結(jié)性較差，其極強的非極性、疏水性大大限制了其在表面與界面領(lǐng)域的應(yīng)用。為此研究者們開發(fā)了許多氟塑料表面親水改性方法，如化學(xué)處理、高能射線預(yù)輻射及接枝聚合、等離子體表面處理及接枝聚合，以及紫外光輻照接枝聚合等技術(shù)。氟塑料表面親水性提高后，其表面生物相容性會大大提高，從而可拓寬氟塑料的應(yīng)用范圍。理想的表面改性方法應(yīng)使改性反應(yīng)或接枝聚合僅發(fā)生在基材最外表層，對表面和基體結(jié)構(gòu)的損傷最小，且改性效果持久。上述各種氟塑料表面改性方法中，紫外光輻照引發(fā)氟塑料表面接枝聚合具有以下特點(1) 一般紫外光對基材的穿透力較差，可將接枝改性限制在基材表層和亞表層(深度50 IOOnm)，不影響氟塑料本體的熱穩(wěn)定性、結(jié)晶性以及分子量等，不易對膜表面產(chǎn)生蝕刻，改性方法比較溫和；( 接枝聚合后改性膜表面親水性較穩(wěn)定，一般表面水接觸角不隨時間大幅回升；C3)設(shè)備要求及處理成本低，易于實現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，極具工業(yè)應(yīng)用前景。紫外光輻照引發(fā)氟塑料表面親水性單體接枝聚合改性的關(guān)鍵是如何在氟塑料表面產(chǎn)生自由基。由于C-F鍵鍵能較大，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等通用高分子材料表面光接枝聚合中常用的奪氫型光引發(fā)劑如二苯甲酮等不易將其活化而產(chǎn)生表面自由基引發(fā)接枝聚合。Z. J. Yu (Langmuir,2002,18 :10221-10230)等用氬等離子體預(yù)處理FEP膜、引入表面活性基團后，再經(jīng)紫外光輻照引發(fā)了丙烯腈表面接枝聚合。韋亞兵等(高分子材料科學(xué)與工程，1995，11(6) 45)采用波長大于320nm的紫外光在氮氣氛圍中預(yù)輻照PTFE薄膜，增加了 PTFE膜的表面活性，繼而實現(xiàn)了 PTFE膜表面的氣相丙烯酸光接枝聚合。上述這些紫外光引發(fā)氟塑料表面接枝改性方法中，一般都需采用預(yù)輻照或預(yù)處理步驟。韋亞兵等僅利用波長大于320nm的紫外光活化PTFE薄膜，不利于膜表面接枝率的提高和表面親水性能的大幅改善。利用真空紫外光(波長< 170nm)輻照引發(fā)氟塑料表面接枝改性則需要增加特 1 !(J. X. Chen, D. Tracya, S. Zheng, Polymer Degradation and Stability, 2003, 79 :399-404)，同時也容易造成基材降解，破壞基材性能。本發(fā)明考慮氟塑料膜對紫外光的吸收情況，采用常用廣譜光源(UV波長范圍 200-400nm)、在空氣氛圍中輻照氟塑料膜，引發(fā)水溶性單體在膜表面進行接枝聚合；同時， 利用三價鈰離子的光氧化性能以及四價鈰離子(Ce4+)的強氧化性促進水溶性單體的接枝聚合，以實現(xiàn)氟塑料表面的親水改性。
權(quán)利要求
1.一種促進紫外光誘導(dǎo)氟塑料表面親水改性的方法，其特征在于，步驟如下1)配制氟塑料表面改性用反應(yīng)液將光催化劑-三價鈰鹽CeCl3· 7H20和鹽酸水溶液、 水溶性單體混合，配成氟塑料表面接枝改性用反應(yīng)液；其中CeCl3的濃度為0. 01-0. 16mol/ L;鹽酸水溶液pH值為0-1 ；所用水溶性單體是丙烯酸類、丙烯酰胺類單體或丙烯酸酯類單體的一種或多種；所用水溶性單體在反應(yīng)液中的濃度為0. 05 2. 4mol/L ；反應(yīng)液所用溶劑為水或者為水和有機溶劑的混合物；所用有機溶劑為與水混溶的醇類有機溶劑，所用醇類有機溶劑與水的體積比范圍為2:1-5:1;2)使用微量注射器將上述配置好的反應(yīng)液注入并均勻分布到兩片氟塑料膜表面之間， 形成三明治結(jié)構(gòu)；3)將上述三明治結(jié)構(gòu)氟塑料薄膜放置于紫外燈下輻照，調(diào)節(jié)光強范圍為50 150W/ m2，輻照時間為2 35min，然后取出，分離薄膜，將薄膜放入索氏提取器中用水抽提至少M 小時、水沖洗后室溫自然晾干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的促進紫外光誘導(dǎo)氟塑料表面親水改性的方法，其特征在于， 其中所用水溶性單體是丙烯酸AA，甲基丙烯酸MA，丙烯酰胺AM，N, N-亞甲基雙丙烯酰胺 BIS,甲基丙烯酸羥乙酯HEMA，聚乙二醇甲基丙烯酸酯PEGMA，甲基丙烯酸縮水甘油酯GMA的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的促進紫外光誘導(dǎo)氟塑料表面親水改性的方法，其特征在于 上述所用氟塑料膜是聚全氟乙丙烯FEP、聚四氟乙烯PTFE，聚偏氟乙烯PVDF或者聚氟乙烯 PVF，厚度為 30-50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的促進紫外光誘導(dǎo)氟塑料表面親水改性的方法，其特征在于 當(dāng)使用4. 5X4. 5cm方形膜片氟塑料薄膜進行光接枝改性時，兩片氟塑料薄膜之間注入的反應(yīng)液用量為150 250 μ 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種促進紫外光誘導(dǎo)含氟塑料薄膜表面改性的方法屬于聚合物材料表面接枝聚合改性技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明使用CeCl3的鹽酸水溶液作為光催化體系，在紫外光輻照下，引發(fā)多種不飽和功能單體在含氟塑料表面接枝聚合反應(yīng)，從而達到改善含氟聚合物表面性能的目的。本發(fā)明適用于多種含氟聚合物薄膜的表面改性，可提高含氟塑料表面親水性、生物相容性以及與其他材料的粘接強度。
文檔編號C08L27/12GK102199307SQ20111008999
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者劉蓮英, 李天民, 楊萬泰 申請人:北京化工大學(xué)