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等离子体处理聚合物后会在其表面和周围气氛中产生自由基等活性种,表面引发接枝聚合的同时,气氛中的活性种也引发了溶液中单体的聚合。等离子体引发的接枝聚合中,其聚合机理一般认为是遵循自由基聚合。但是等离子体引发聚合中存在溶剂效应、单体选择性等一些自由基机理无法解释的特殊现象。反向原子转移自由基聚合(RATRP)是一种常见的可控/“活性”活性自由基聚合,能得到分子量可控及分子量分布窄的聚合物。本课题将两者相结合,用等离子体处理来代替RATRP中的普通引发剂,研究了等离子体引发的RATRP的可行性;与等离子体直接引发接枝聚合及表面过氧化物引发的RATRP接枝聚合作对比,进一步深入了解等离子体引发接枝聚合这种“非典型”的自由基聚合过程;将此方法用于聚丙烯多孔膜的表面改性,赋予材料表面一定的功能。 以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,CuCl2/2,2-联二吡啶(bpy)为催化剂(摩尔比CuCl2∶bpy=1∶2),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过溶液中PMMA的聚合动力学、分子量及其分子量分布来验证等离子体引发RATRP的可行性。结果表明聚合呈一级动力学,分子量随着转化率的增加而线性增加,分子量分布为1.31~1.86,实现了等离子体引发甲基丙烯酸甲酯(MMA)的RATRP;红外分析和水接触角测试表明,以PMMA-g-HDPE为大分子引发剂,实现了甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的正向ATRP,接枝链末端具有活性,可以引发嵌段聚合;溶液中PMMA的1H-NMR结果证明聚合物链端基有Cl原子;接枝率、水接触角、傅叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等测试和表征显示,随着接枝聚合时间的延长,薄膜表面接枝量逐渐增加,通过控制接枝聚合时间,可以调节薄膜表面接枝链分子量和链长。 研究了催化剂浓度对等离子体引发的RATRP的影响。结果表明:等离子体直接引发的接枝聚合84h后存在加速现象,当催化剂浓度从0增加至0.0004mol/L时,总体和液相的聚合速率分别降低了85.91%、85.92%,催化剂用量对总体和液相的聚合速率影响显著,降低了聚合速率;液相中的聚合速率远大于薄膜表面的聚合速率,催化剂浓度对接枝聚合速率的影响不及总体和液相,通过改变催化剂的用量或者改变反应时间可调节分子量的大小,控制表面接枝链的链长。 研究了等离子体活性种/表面过氧化物引发的RATRP接枝聚合。结果表明表面过氧化物引发的RATRP中溶液里的聚合速率是等离子体引发的4.23倍;表面过氧化物引发的RATRP接枝聚合速率高出等离子体引发的46.88%,表面过氧化物引发更有利于薄膜表面的接枝聚合。 在等离子体引发的RATRP的基础上,以脉冲等离子体处理PP多孔膜,引发甲基丙烯酸甲酯的RATRP接枝聚合,对PP多孔膜作了表面改性。红外和SEM分析表明改性多孔膜表面成功接枝甲基丙烯酸甲酯,接枝量随着聚合时间的延长逐渐增加;压汞分析表明随着接枝聚合时间的延长,表面接枝链分子量逐渐增加,覆盖在膜孔周围,导致多孔膜膜孔尺寸减小;接枝改性多孔膜的水通量随着接枝量呈先上升后下降的趋势,改性膜在72h前具有良好的渗透性,72h后渗透性下降。通过调节RATRP接枝聚合时间,可实现多孔膜孔径控制。