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自组装技术简单,经济,不需要复杂的设备,可控性强,能满足聚合物材料表面改性的要求,但目前自组装技术尚停留在基础研究阶段。Hubbell利用表面互穿网络法(SPIN)处理聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的表面时,由于聚乙二醇(PEG)与PET的相容性不好,导致亲水化改性的效果不稳定。
本文借鉴自组装的思想方法,结合Hubbel的表面互穿网络法(SPIN),提出了两亲性分子在聚乙烯膜材料表面的包埋及亲水改性技术。结合红外、扫描电镜、X射线光电子能谱、水接触角等分析测试手段研究了以下几部分内容:
一、研究了两亲分子十八醇聚乙二醇醚(AEO)在聚乙烯薄膜表面的包埋与亲水化改性。提出了包埋“一步法”,在其基础上发展了包埋“两步法”。包埋“一步法”,“两步法”均可以有效改善聚乙烯膜的亲水性,但包埋“一步法”中两亲物质包埋随机性大,改性效果差;包埋“两步法”能够实现两亲分子定向包埋,从而提高了两亲性分子在聚乙烯膜表面亲水化改性效率。通过XPS分析计算发现包埋“两步法”改性的聚乙烯薄膜表面AEO的覆盖率达到38.68%,大于“一步法”的31.52%。在包埋“两步法”的基础之上,改进第二步处理工艺,实现了聚乙烯多孔膜,水通量达到25.48kg/h/m2。
二、研究了两亲分子十八醇聚乙二醇醚(AEO)以包埋“两步法”改性聚乙烯薄膜的工艺条件。影响包埋后聚乙烯薄膜表面亲水性的工艺因素包括溶胀剂种类、两亲分子的结构、溶胀时间和包埋时间等。SEM表明,溶胀后膜表面部分非晶区被溶解甚至剥落,溶胀时间过长时,表面缺陷严重。得到了最佳的溶胀时间和最佳的工艺条件是70℃,四氢萘,溶胀时间5h,AEO4水溶液,包埋时间1h,真空干燥退溶胀。通过将两亲分子十八醇聚乙二醇醚投入到Na2CO3、NaOH碱性溶液中,降低两亲性分子浊点,氢键结合的水分子与醚氧原子脱开,使得两亲分子与水的作用力减弱,与聚乙烯膜表面的作用力增强,从而改善两亲分子在聚乙烯膜表面的包埋固定。
三、在包埋“两步法”的基础之上,将疏水段含双键的两亲分子十八烯酸聚乙二醇单酯(OPEG),单体(丙烯酸乙脂,苯乙烯)在聚乙烯薄膜表面包埋后UV照射,在水中浸泡4周后,静态水接触角为66.0°,比AEO包埋改性聚乙烯薄膜低37.8°。说明通过自由基聚合,促使两亲分子与烯类单体相互连接,与载体分子链形成类环索结构从而提高膜表面亲水性的稳定性。