聚乙烯(PE)是一种性能优良的通用塑料，具有优良的耐低温性，VIP专享VIP免费

实验十四聚乙烯表面紫外接枝改性及表征（~30学时）一、实验目的和要求1．掌握紫外光引发聚合物表面接枝的原理和实验方法。2．学习表面接触角的测定方法。3．学习红外光谱的定量分析方法。4．学习用热失重分析方法表征聚合物的热性能。5．学习粘接性能测试方法。6．培养从事科学研究所需的基本素质和技能。7．培养安全意识。注意紫外设备的安全操作。二、实验原理1．概述聚乙烯(polyethylene,PE)是一种性能优良的通用塑料，具有优良的耐低温性、耐化学性、电绝缘性能、耐辐射性、以及良好的抗水性等。聚乙烯薄膜、片材及各种注塑成型制品被广泛应用于各行各业中。但是在许多情况下，这些制品还需经过粘接、电镀、涂饰、印刷等二次加工。然而，聚乙烯仅由碳氢原子组成，没有极性元素存在，是非极性高分子材料表面能很低，不容易和其它化学物质发生反应。它与其它材料间只有很弱的范德华力，不可能形成强的氢键或酸-碱作用。此外聚乙烯表面光滑，结晶度高，在室温下不能被任何溶剂溶解。这些特性决定了聚乙烯是非常难于粘接的材料，在其表面进行印刷、涂饰等加工都非常困难。由于其表面的憎水性，聚乙烯不能被用作替代人体器官的高分子材料。为了克服聚乙烯的这些缺点，扩大它的应用范围，因此需要对聚乙烯表面进行改性，赋予其一些新的性能，如吸水性、可粘接性、生物相容性等。[1-5]表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能。目前采用的聚合物表面改性方法主要包括：表面涂覆法、表面氧化法（火焰氧化法、电晕放电法、等离子体法、酸处理、溴化法等），表面接枝法（化学引发接枝法、等离子体法、紫外光接枝法，以及高能辐射接枝法等）。由于表面氧化法形成的氧化层不稳定，时间长了后会发生重排被包埋在聚合物内部而失去效果。所以更多被采用的办法是表面接枝法。紫外光接枝法由于接枝可严格限定在聚合物表面而不损害本体性能、简便易用、设备成本低、易于连续化生产等优点而成为近年来发展最快的表面改性技术。[6,7]2．紫外接枝聚合反应原理[6-9]紫外接枝聚合反应是由紫外光引发的表面接枝聚合（又叫表面光接枝），它遵循自由基聚合机理。一个接枝聚合反应体系一般由聚合物基材、单体、光引发剂、溶剂组成。单体一般为含碳-碳不饱和双键的化合物。光引发剂一般为芳香酮类，如二苯甲酮(benzophenone，BP)及其衍生物。生成表面接枝聚合物的首要条件是生成表面引发中心—聚合物表面自由基，依据产生方式的不同，可分为多种方法。这里只介绍其中最常用的一种。由于大多数聚合物不吸收波长为200-400nm的紫外光，而该波段的紫外光却能被光引发剂（如芳香酮类）吸收而激发。芳香酮在吸收紫外光后被激发到单线态S，然后迅速系间窜跃到三线态T。处在三线态的芳香酮能从聚合物表面(为氢给予体)夺取氢而被还原成半频哪醇自由基，同时也生成了一个聚合物表面自由基：聚合物表面自由基可以引发单体的聚合，生成接枝聚合物链。该方法的优点有：(1)光还原反应可以定量进行，一个BP分子可以夺取一个H产生一个表面自由基，容易控制；(2)表面自由基的活性远远高于半频哪醇自由基，因此接枝效率高；(3)因为引发反应起自于光敏剂和C—H键的反应，故该方法可适用于所有有机材料的表面接枝。3．实施方法聚合物表面紫外方法常用的有气相法、液相法和连续液相法，最常用的为液相法。液相法就是把光引发剂、单体或其他助剂配在一起制成溶液，直接将聚合物样品置于溶液中进行光接枝聚合，也可以先将光引发剂涂到样品上，再放入溶剂中。杨万泰和BengtRånby于二十世纪90年代开发了光层压法（Photolamination）[9-12]，又称为本体表面光接枝法“BulkSurfacePhotografting”。他们的方法是直接在如Figure1所示的两个聚合物基材之间加入含有单体（Monomer）和光引发剂（Photoinitiator）的溶液，同时溶液中加入少量的多官能团单体作为交联剂，然后放在紫外灯下照射一定时间。在这个过程中，单体被接枝聚合到聚合物基材表面，而且可以在两片聚合物基材之间形成很强的粘接作用。这一方法也可以用于研究单体的接枝活性和引发剂的引发效率等。Figure1Crosssectionofbulksurfacephotograftingd...