聚乙烯表面紫外聚乙烯表面紫外接枝改性及表征接枝改性及表征汇报人：刘人：刘晓萃萃同同组人：焦云人：焦云鹏指指导老老师：汪：汪辉亮亮20192019年年4 4月月3030日日 实验意义实验意义聚乙聚乙烯优：性能：性能优良，良，应用广泛缺：非极性材料，表面能低，不易反缺：非极性材料，表面能低，不易反应，，结 晶度高，在室温下不被溶解，晶度高，在室温下不被溶解，难于于粘接紫外光接枝法由于接枝可紫外光接枝法由于接枝可严格限定在聚合格限定在聚合物表面而不物表面而不损害本体性能、害本体性能、简便易用、便易用、设备成本低、易于成本低、易于连续化生化生产等等优点而点而成成为近年来近年来发展最快的表面改性技展最快的表面改性技术 实验目标实验目标 本本实验以甲基丙以甲基丙烯酸酸(MAA)(MAA)为接枝接枝单体，体，在高密聚乙在高密聚乙烯〔〔HDPEHDPE〕表面〕表面进行紫外光接枝行紫外光接枝 旨在旨在讨论脂肪脂肪酮在自引在自引发反反应中的溶中的溶剂和和引引发剂双重角色，并双重角色，并细致研究丙致研究丙酮和丁和丁酮的的水、乙醇混合溶液的不同体系下，接枝程度水、乙醇混合溶液的不同体系下，接枝程度的差异及成因。
的差异及成因 主要试剂主要试剂 高密聚乙高密聚乙烯(HDPE)(HDPE)薄片：自行用高密聚乙薄片：自行用高密聚乙烯粒料粒料制制备 甲基丙甲基丙烯酸酸(MAA)(MAA)、丙、丙酮、丁、丁酮、乙醇均、乙醇均为分析分析纯，，实验前未前未进一步一步纯化 水：紫外光接枝水：紫外光接枝实验所用的水所用的水为一次蒸一次蒸馏水；接水；接触角触角实验所使用的是二次水所使用的是二次水 主要仪器主要仪器n高高压汞灯紫外汞灯紫外辐照装置：照装置：RWRW——UVAC201UVAC201——20bsd20bsd——1 1；；n傅立叶傅立叶红外光外光谱仪：：AVATAR360AVATAR360，美国，美国NicoletNicolet公司制造；公司制造；n差示差示扫描量描量热分析分析仪 (DSC) (DSC)：：DTA404PCDTA404PC；；n电子万能子万能试验机：机：CSS-2202CSS-2202型，型，长春制造；春制造；n接触角接触角测定定仪：：JYG-360JYG-360型；型；n分析天平〔分析天平〔0.0001g0.0001g）、真空干燥箱、平板硫化机真空干燥箱、平板硫化机。
实验方法实验方法n液相接枝液相接枝实验————Percent-graftingPercent-graftingn红外光外光谱半定量分析半定量分析————CICIn差示差示扫描量描量热法法(DSC)(DSC)————XcXc（（% %））n黏黏结强度度测试————紫外紫外层压法法n接触角的接触角的测定定————接触角接触角θ θ 结果与讨论结果与讨论1.1.脂肪脂肪酮的自引的自引发反反应中接枝率的比中接枝率的比较 三种体系：（以体三种体系：（以体积分数表示）分数表示）10%10%丁丁酮/80%/80%水水/10%/10%乙醇；乙醇；10%10%丁丁酮/60%/60%水水/30%/30%乙醇；乙醇；10%10%丙丙酮/80%/80%水水/10%/10%乙醇 单体：甲基丙体：甲基丙烯酸酸(MAA) (MAA) 物物质量量浓度度为2mol/L2mol/L。
丁酮丁酮同一体系，百分接枝率同一体系，百分接枝率随随辐照照时间的增加而逐的增加而逐渐增大，幅度不同增大，幅度不同缘由：由：辐照照时间越越长，，所提供的所提供的辐照能量就越多，照能量就越多，这可以使更多的丁可以使更多的丁酮分子分子被激被激发至三至三线态，有利于，有利于夺氢过程 丁酮丁酮比比较百分接枝率随水占百分接枝率随水占体体积分数的增大而分数的增大而增加水扮演重要角色水扮演重要角色缘由：丁由：丁酮在水中在水中的溶解行的溶解行为丁酮中的中的羰基可以于水基可以于水形成形成氢键，是，是结构构稳定，因此，水含定，因此，水含量越大，百分接枝量越大，百分接枝率越高 丙酮丙酮百分接枝率也是随百分接枝率也是随辐照照时间的增加而逐的增加而逐渐增大，幅度不同增大，幅度不同说明明对于脂肪于脂肪酮这类既是溶既是溶剂又是引又是引发剂的体系，由于的体系，由于结构相构相近，作用机理相似近，作用机理相似 丙酮和丁酮接枝效率比较丙酮和丁酮接枝效率比较丁丁酮的百分接枝率要大的百分接枝率要大于丙于丙酮缘由：乙醇的存在，使由：乙醇的存在，使丙丙酮失去了溶解度上的失去了溶解度上的优势，丁，丁酮的的结构有利构有利于三于三线态的的稳定，定，夺氢时，能更好的分散，能更好的分散电荷，荷，因而接枝率大些。
因而接枝率大些 2. 2. 红外光外光谱n10%10%丁丁酮/80%/80%水水/10%/10%乙醇乙醇n样品两面接枝程度的差异，品两面接枝程度的差异，对实验结果影响不果影响不大n内内标：随着接枝程度的增大，：随着接枝程度的增大，样品品变得模糊，得模糊，不透明，吸光度不透明，吸光度变化很大n基基线校正：用来保校正：用来保证结果的正确果的正确n部分部分样品品谱图的峰的峰顶出出现锯齿状，接枝程度大，状，接枝程度大，吸光度吸光度强，超出，超出测量范量范围，，红外光外光谱定量分析定量分析只适用接枝量只适用接枝量较低的低的样品 2. 2. 红外光外光谱1705cm-11705cm-1左右的左右的羰基吸收峰基吸收峰吸光度随吸光度随辐照照时间变化化图908cm-1908cm-1左右的左右的=CH2=CH2吸收峰吸吸收峰吸光度随光度随辐照照时间变化化图 2. 2. 红外光外光谱羰基指数基指数(CI)(CI)随随辐照照时间的增加而增加，的增加而增加，随随辐照照时间的增加，的增加，接枝程度增大接枝程度增大与之前与之前结果相一致果相一致傅立叶傅立叶红外光外光谱分析分析不不仅是一种很好的是一种很好的鉴定物定物质的定性方法，的定性方法，也可以用做定量分析。
也可以用做定量分析 3 3．差示．差示扫描量描量热法〔法〔DSCDSC））未未结晶的晶的ΔHΔH为363.3 J/g363.3 J/g，，接枝后的接枝后的ΔH ΔH 为298.4 J/g298.4 J/g，，结论：接枝后，：接枝后，样品的品的结晶晶度降低 4 4．黏．黏结强度度测试样品品辐照照时间超超过30s30s时，本身被拉断本身被拉断对于黏于黏结强度小于聚度小于聚乙乙烯的本体的本体强度的度的样品，有多个品，有多个应力峰；力峰；对于黏于黏结强度大于聚度大于聚乙乙烯的本体的本体强度的度的样品，通常只有一个最品，通常只有一个最大峰，大峰，对应的的为最大最大应力 4 4．黏．黏结强度度测试规律律1.1.对于黏于黏结强度不大于聚乙度不大于聚乙烯本体本体强度的度的层压样品，黏品，黏结强度随度随辐照照时间的增加而迅速增大；的增加而迅速增大；2.2.对于黏于黏结强度大于聚乙度大于聚乙烯本体本体强度的度的样品，从品，从30s30s～～60s60s，黏，黏结强度度可以近似看成水平的，也就是黏可以近似看成水平的，也就是黏结强度度变化不大；化不大；3.3.对于于9090、、120s120s两两组样品，黏品，黏结强度反而小于度反而小于30s30s～～60s60s的的样品，品，对于于这一一现象，不能从理象，不能从理论高度予以解高度予以解释，自，自认为可能与可能与仪器的精密度有器的精密度有关，或者在关，或者在实验过程中程中产生生误差，差，不具有参考价不具有参考价值。
4 4．黏．黏结强度度测试黏黏结原因原因 LDPE LDPE片材表面接枝丙片材表面接枝丙烯酸等吸水酸等吸水性性单体后体后产生了自粘接性能生了自粘接性能辐照照时，，产生生热量使量使样品温度在接枝的品温度在接枝的丙丙烯酸醋酸醋类聚合物的玻璃化温度聚合物的玻璃化温度Tg Tg ( (在室温以上，在室温以上，LDPELDPE熔化温度以下熔化温度以下) )以上，使得两个接枝表面上的接枝以上，使得两个接枝表面上的接枝链能能够运运动而互相而互相扩散并散并缠结在一在一起当温度回复到接枝聚合物的起当温度回复到接枝聚合物的TgTg温度以下温度以下时，接枝聚合物，接枝聚合物链的活的活动性大大降低，因而高分子材料之性大大降低，因而高分子材料之间就具有了很好的粘接效果就具有了很好的粘接效果 5 5．接触角．接触角θθ测量量接触角接触角θθ随紫外接枝随紫外接枝辐照照时间的增加而明的增加而明显减小未接枝未接枝时，，样品的接触角最大，品的接触角最大，为85.2585.25°°，，这是因是因为聚乙聚乙烯的的表面表面张力很小，力很小，对水几乎是不水几乎是不润湿的接枝上一些极性吸水性接枝上一些极性吸水性单体〔体〔在本在本实验中中为MAAMAA〕后，表面〕后，表面张力增大，接触角减小，并且接力增大，接触角减小，并且接触角触角θθ随接枝程度的逐随接枝程度的逐渐增大增大而逐而逐渐减小。
减小这是因是因为表面接表面接枝枝时聚乙聚乙烯表面极性得到改善，表面极性得到改善，亲水性增水性增强 5 5．接触角．接触角θθ测量量随水滴与随水滴与样品接触品接触时间的的延延长，接触角，接触角θθ呈呈现逐逐渐不同程度下降不同程度下降研究已研究已经证实，滴在聚合，滴在聚合物表面的液滴与聚合物接物表面的液滴与聚合物接触触时间对接触角的接触角的测定定值影响很大影响很大, , 在液滴与聚合在液滴与聚合物表面接触的几分物表面接触的几分钟内接内接触角迅速降低触角迅速降低, , 到一定到一定时间后接触角后接触角θθ不再随不再随时间变化达到定化达到定值, , 即平衡接即平衡接触角触角 对于不同聚合物接触角的变化规律各不相同，接触角时间依赖性的成因目前还有争论 在这些理论中，比较赞同的观点是由于随接触时间的延长，液滴〔二次水〕在聚乙烯表面铺展开来，水对接枝层的浸润作用引起了接触角的变化 同时，聚合物表面在与水的接触过程中, 为使界面能最低而在聚合物表面发生重构，使接触角降低这一观点也很有道理5 5．接触角．接触角θθ测量量 6 6．关于接枝原理．关于接枝原理 6 6．关于接枝原理．关于接枝原理n在脂肪在脂肪酮的自引的自引发接枝反接枝反应中，自由基并不重要。
中，自由基并不重要n重要的是在紫外光重要的是在紫外光辐照下，被激照下，被激发的三的三线态的的酮n三三线态不不仅要有足要有足够的能量来从聚乙的能量来从聚乙烯表面把表面把氢原原子子夺走，走，还要有要有较长的寿命来保的寿命来保证夺氢过程的程的顺利利进行n水由于可以和水由于可以和酮形成形成氢键，使三，使三线态的通具有更高的通具有更高的能量，使的能量，使夺氢过程能程能够进行的更行的更顺利 结论结论n1.1.丙丙酮或丁或丁酮，与水和乙醇混合，都可以引，与水和乙醇混合，都可以引发单体体MAAMAA在在HDPEHDPE表面的接枝，不同体系，接枝效率不同；表面的接枝，不同体系，接枝效率不同；对于丁于丁酮，如比例一致，水占比例越大，接枝程度越好；，如比例一致，水占比例越大，接枝程度越好；对于于比例相同的丙比例相同的丙酮和丁和丁酮，丁，丁酮接枝效果更好接枝效果更好n2.2.红外光外光谱可以用于半定量分析接枝程度，可以用于半定量分析接枝程度，实验结果与果与用百分接枝率表征一致，用百分接枝率表征一致，n3.3.接枝聚乙接枝聚乙烯样品的品的结晶度一般随接枝量的增加而降低晶度一般随接枝量的增加而降低n4.4.接枝可以增大聚乙接枝可以增大聚乙烯的黏的黏结强度，利用紫外度，利用紫外层压法，法，辐照超照超过30s30s，，样品黏品黏结强度大于度大于样品本体品本体强度。
度n5.5.接触角接触角θθ随接枝量的增加而减小，随与随接枝量的增加而减小，随与样品的接触品的接触时间的延的延长而减小 致谢致谢n感谢汪辉亮老师的细心指导！感谢汪辉亮老师的细心指导！n感谢几位师兄的耐心帮助！感谢几位师兄的耐心帮助！n感谢焦云鹏的完美合作与容忍！感谢焦云鹏的完美合作与容忍！n感谢其他组同学的谦让与配合！感谢其他组同学的谦让与配合！ 。