專利名稱：快速光接枝聚烯烴材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速光接枝聚烯烴材料的方法，屬高分子材料改性領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚烯烴材料具有量大、價(jià)廉、成型加工方便的優(yōu)勢(shì)，作為通用高分子材料已得到了廣泛應(yīng)用。但由于其分子結(jié)構(gòu)上無(wú)極性基團(tuán)，表面能低，生物相容性差，與膠粘劑或涂料的粘接強(qiáng)度低，染色性差。為克服這些缺點(diǎn)，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用了多種方法對(duì)其表面改性。目前主要方法有火焰、電暈放電、輝光放電或酸蝕等表面氧化法、表面活性劑法和表面接枝聚合。
上述方法中表面接枝改性是材料表面改性最有效的方法。與其它表面改性方法對(duì)比，表面接枝改性的主要優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)選擇不同的單體對(duì)同一高分子材料進(jìn)行改性而使表面具有截然不同的特性。表面接枝改性的主要方法有表面化學(xué)接枝、光化學(xué)接枝、等離子體接枝和高能輻射接枝。
在諸多高分子材料表面接枝技術(shù)中，紫外光接枝聚合具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)波紫外光(300～400nm)不被高分子吸收，卻能被光引發(fā)劑吸收而引發(fā)反應(yīng)，既可達(dá)到表面改性的目的，又不影響材料本體性能；而且光源成本低，輻照防護(hù)容易、接枝聚合工藝簡(jiǎn)單，有廣闊的應(yīng)用前景。
目前國(guó)內(nèi)外表面光接枝的實(shí)施工藝有三種(1)氣相法將高分子樣品以及單體、光敏劑溶液置于一密閉的容器中，加熱使溶液蒸發(fā)，從而在彌漫著溶劑、單體和引發(fā)劑的氣氛中進(jìn)行表面光接枝。光敏劑可被加熱成蒸汽，也可被預(yù)先涂在樣品表面。此方法的優(yōu)點(diǎn)一是單體和光敏劑以蒸汽狀態(tài)存在，自屏蔽效應(yīng)?。欢菢悠繁砻鎲误w的濃度極低，接枝轉(zhuǎn)化效率高。但反應(yīng)慢，輻射時(shí)間長(zhǎng)，難于大規(guī)模工業(yè)化實(shí)施。(2)液相法將光敏劑、單體和其它助劑混合成均勻溶液，直接將高分子樣品置于溶液中進(jìn)行光接枝聚合。也可將光敏劑預(yù)涂到樣品上，然后再放入反應(yīng)介質(zhì)中。但單體易聚合為均聚物、接枝轉(zhuǎn)化效率低，并難以連續(xù)化實(shí)施。(3)連續(xù)液相法1986年B.Rnby等人采用牽引系統(tǒng)，使高分子薄膜或纖維連續(xù)通過(guò)反應(yīng)溶液(單體、光敏劑溶液)浸泡后，在光照下進(jìn)行接枝聚合，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化操作，但該方法僅局限于薄膜或纖維等可連續(xù)牽引的制品，不適用于粉狀或粒狀的高分子原材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種快速光接枝聚烯烴的方法，其特點(diǎn)是將接枝單體、光引發(fā)劑、溶劑和平均粒徑為50nm～0.5mm聚烯烴粉體，攪拌混合均勻后移入反應(yīng)腔內(nèi)，進(jìn)行光照接枝聚合反應(yīng)，獲得接枝聚烯烴材料。
本發(fā)明的目的有以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說(shuō)明外，均為重量份數(shù)。
快速光接枝聚烯烴材料的方法1、將接枝單體0.5～20份、光引發(fā)劑0.25～8份、溶劑1～40份配置成混合溶液，加入100份平均粒徑為50nm～0.5mm聚烯烴粉體，強(qiáng)烈攪拌混合，使單體和光引發(fā)劑均勻分散后，靜置1～6小時(shí)，備用。
2、將上述混合物移入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度20～120℃下，在功率500～20000W、波長(zhǎng)200～400nm的反應(yīng)腔內(nèi)光照聚合2～120分鐘，獲得接枝聚烯烴材料。
其中聚烯烴材料為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯和/或聚丙烯中的至少一種。
接枝單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、含氫硅油和/或羥甲基丙烯酸酯中的至少一種。
光引發(fā)劑為二苯甲酮、安息香雙甲醚和/或安息香叔丁醚中的至少一種。
溶劑為甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇和/或乙酸乙酯中的至少一種。
接枝反應(yīng)完成后，聚烯烴材料的接枝率為0.3～15.0％，材料與水的接觸角可降低10～85°，親水性能大大增加，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度基本不變，與金屬材料(鋼、鋁等)和極性高分子材料的粘接性能大幅度增加，一般提高了5倍以上。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種非液非氣相光接枝技術(shù)，該技術(shù)具有較高的單體接枝聚合轉(zhuǎn)化率和較短的光照聚合時(shí)間，并能對(duì)聚烯烴粉料進(jìn)行接枝聚合。
2、提高了聚烯烴材料的親水性能、生物相容性能、共混復(fù)合材料的界面性能、粘接性能、染色性能，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1將二苯甲酮0.5克溶于9.5克的丙酮中配制成10％溶液，再加入1克甲基丙烯酸攪拌混合均勻。將100克平均粒徑為189μm的低密度聚乙烯粉料加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的混合器后，徐徐加入上述配置的溶液，強(qiáng)烈攪拌5分鐘后，靜置4～5小時(shí)備用。上述混合物置入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度20～25℃、紫外燈功率1000W、波長(zhǎng)265nm下輻照20分鐘，測(cè)接枝率為0.51％。與未接枝低密度聚乙烯對(duì)比，接枝低密度聚乙烯對(duì)聚乙烯與鋼材的粘接強(qiáng)度大大增強(qiáng)，其粘接試樣的剝離強(qiáng)度由未接枝試樣的3.98N/cm增大至29.56N/cm，提高達(dá)7.6倍。
實(shí)施例2將二苯甲酮2.0克溶于8.0克的丙酮中配制成10％溶液，再加入2.0克丙烯酸攪拌混合均勻。將100克平均粒徑為226μm的線性低密度聚乙烯粉料加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的混合器后，徐徐加入上述配置的溶液，強(qiáng)烈攪拌8分鐘后，放入溫度為80℃的烘箱中處理半小時(shí)，使單體與線性低密度聚乙烯粉料充分浸潤(rùn)后，靜置4-5小時(shí)備用。將上述混合物移入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度50℃、紫外燈功率500W、波長(zhǎng)365nm下分別輻照5、10、15、20和30分鐘，測(cè)得接枝率和粘接性能詳見(jiàn)表1所示。
實(shí)施例3將安息香雙甲醚2克、丙烯酸5克和甲苯20克配制成溶液，加入實(shí)施例1相同的設(shè)備中，與100克粒徑為257μm高密度聚乙烯粉體強(qiáng)烈攪拌10分鐘后，置于105℃烘箱中預(yù)處理1小時(shí)，移入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度70℃、采用Ga-I紫外燈功率500W、波長(zhǎng)365nm下輻照10分鐘，獲得高密度聚乙烯接枝材料。將接枝高密度聚乙烯用作熱熔膠于180℃下涂覆于鋼片表面，然后與高密度聚乙烯片材于180℃下粘接，分別參照GB 7124和GB 2792測(cè)試粘接試樣剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度分別為1.7MPa和高密度聚乙烯本體破裂，即粘接剪切剝離強(qiáng)度高于高密度聚乙烯材料本體強(qiáng)度。
實(shí)施例4將安息香丁醚5克、丙烯酰胺10克和甲苯100克配制成溶液，加入實(shí)施例1相同的設(shè)備中，與100克粒徑為289μm聚丙烯粉體強(qiáng)烈攪拌10分鐘后，置于120℃烘箱中預(yù)處理2小時(shí)，移入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度25℃、采用高壓汞燈紫外燈功率1500W、波長(zhǎng)265nm下輻照5分鐘，測(cè)得接枝率為1.26％。將接枝聚丙烯和未接枝聚丙烯分別經(jīng)190℃模壓成片材，采用502粘接劑粘接，放置過(guò)夜，測(cè)得接枝聚丙烯粘接試樣剝離強(qiáng)度為233.9N/m，未接枝聚丙烯粘接試樣剝離強(qiáng)度僅為5.0N/m，提高了近47倍。
表1光接枝線性低密度聚乙烯及其對(duì)高密度聚乙烯/鋼材的粘接性能*
*反應(yīng)溫度室溫，投料比線性低密度聚乙烯/丙烯酸/二苯甲酮100/2/權(quán)利要求
1.快速光接枝聚烯烴材料的方法，其特征在于(1)將接枝單體0.5～20重量份、光引發(fā)劑0.25～8重量份、溶劑1～40重量份配制成混合溶液，加入100重量份平均粒徑為50nm～0.5mm聚烯烴粉體，強(qiáng)烈攪拌混合，使單體和光引發(fā)劑均勻分散后，靜置1～6小時(shí)，備用，(2)將上述混合物移入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度20～120℃，在功率500～20000W、波長(zhǎng)200～400nm的反應(yīng)腔內(nèi)光照2～120分鐘，獲得接枝聚烯烴材料。
2.按照權(quán)利要求1所述快速光接枝聚烯烴材料的方法，其特征在于聚烯烴材料為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯和/或聚丙烯中的至少一種。
3.按照權(quán)利要求1所述快速光接枝聚烯烴材料的方法，其特征在于接枝單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、含氫硅油和/或羥甲基丙烯酸酯中的至少一種。
4.按照權(quán)利要求1所述快速光接枝聚烯烴材料的方法，其特征在于光引發(fā)劑為二苯甲酮、安息香雙甲醚和/或安息香叔丁醚中的至少一種。
5.按照權(quán)利要求1所述快速光接枝聚烯烴材料的方法，其特征在于溶劑為甲苯、二甲苯、丙酮、乙醇和/或乙酸乙酯中的至少一種。
全文摘要
快速光接枝聚烯烴材料的方法，其特點(diǎn)是將接枝單體、光引發(fā)劑、溶劑和平均粒徑為50nm～0.5mm聚烯烴粉體加入帶有攪拌器、溫度計(jì)的混合器中，攪拌混合均勻后，靜止1～6小時(shí)備用。將上述混合物移入反應(yīng)腔內(nèi)，于溫度20～120℃下，采用功率5～200W/cm、波長(zhǎng)200～400nm的紫外光輻照2～120分鐘，獲得接枝聚烯烴材料。
文檔編號(hào)C08F255/00GK1485354SQ0213383
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月29日
發(fā)明者雷景新, 李啟滿, 高峻 申請(qǐng)人:四川大學(xué)