聚乙烯薄膜接枝改性的研究

陈显辉，郭世平，王 涛



聚乙烯薄膜接枝改性的研究

陈显辉，郭世平，王 涛

（沈阳化工大学， 辽宁 沈阳 110142）

借助超声波促进接枝反应的原理，以二甲苯作为助剂，将接枝单体丙烯酸（AAC）和引发剂与低密度聚乙烯薄膜（LDPE）进行接枝反应，对影响接枝的因素进行了研究。主要通过改变引发剂类型，引发剂用量，接枝时间和预浸泡温度来提高聚乙烯薄膜的接枝率。经红外光谱表征，证明丙烯酸（AAC）成功接枝到聚乙烯薄膜上。

聚乙烯薄膜；丙烯酸；接枝

聚乙烯（PE）是产量最大的塑料品种，约占塑料总产量的三分之一，因其性能优良、价格低廉，易于加工成型而被用于国民经济的各个领域。人们对其本体材料性能做了大量的研究，由于PE是非极性材料，分子结构上无极性基团，表面能较低，表面呈现疏水性和惰性，使PE不易与其他材料相复合，导致其印刷性、粘接性以及与其他极性聚合物的相容性差，为扩大其应用领域，这需要对PE进行改性。目前用于PE改性的方法有填充、共混、接枝等，其中接枝改性是尤为重视的方法之一[1,2]。

接枝是在引发剂的影响下，高聚物与具有较高反应活性的碳碳双键单体发生反应，引发剂将具有碳碳双键的单体牵引到高聚物的表面，使其以化学键的形式与高聚物相连。该方法易于操作，工艺简单，反应条件温和[3-8]。

本实验采用自由基接枝，借助超声波促进接枝反应的原理，通过化学反应在PE薄膜表面产生自由基，然后引入丙烯酸（AAC），使其以化学键与PE薄膜表面键合。

1 实验部分

1.1 主要原料

LDPE薄膜（60 µm）、丙酮、无水甲醇、 过氧化二苯甲酰(BPO) 、乙醇、偶氮二异丁腈(AIBN)、过硫酸铵、丙烯酸（AAC），国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要设备

电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；旋片式真空泵，中国临海市谭式真空设备有限公司；分析天平、电热恒温水浴锅，上海精密科学仪器有限公司；数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；精密增力电动搅拌器、智能数字恒温控制器、玻璃恒温水浴锅，南京桑力电子设备厂。

1.3 实验过程

将预处理过的PE薄膜浸入由精制后的引发剂，丙烯酸，二甲苯，去离子水配制成一定量的溶液中，在不同温度下超声波加热一定时间。再将薄膜浸入去离子水中， 50 ℃条件下清洗24 h，然后真空干燥。将干燥后的薄膜浸入丙烯酸，去离子水配制成一定量接枝液中，在60 ℃下加热一定时间进行接枝反应。反应后将丙烯酸-聚乙烯薄膜（AAC-g-PE）在50 ℃下水浴24 h，并放入真空干燥箱中干燥。

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1.4 接枝率的测定

将接枝前后的薄膜真空干燥后，分别放于分析天平上，称重。

= (1-0)/0×100%

式中，w0、1分别为接枝前和接枝后薄膜的质量。

由表2可得，公因子特征值分别为11.803、4.294、3.708、2.130、1.896，对特征值进行归一化处理，其权重分别为0.495、0.180、0.156、0.089、0.080．此外，通过5个公因子的因子得分，构建一个综合评价函数模型(W)：

1.5 红外光谱分析

采用NEXUS470红外光谱仪表征,扫描范围：400~4 000 cm-1。

2 结论分析

2.1 AAC接枝PE薄膜

图1中丙烯酸-聚乙烯（AAC-g-PE）薄膜红外光谱图，相比较PE薄膜红外光谱图，在1 760 cm-1处出现明显的C=O吸收峰，表明丙烯酸已成功接枝到PE薄膜上。

图1 纯PE薄膜(a)和AAC-g-PE薄膜(b)红外光谱图

2.2 引发剂种类的影响

选用三种引发剂在60 ℃下进行接枝反应，过氧化类引发剂BPO效果最好（图2）。无机过氧化类引发剂过硫酸铵和偶氮类引发剂ABIN，在60°C时快速与单体丙烯酸发生均聚反应出现白色乳状液状均聚物，难以有效提高丙烯酸的接枝率。过氧化类引发剂BPO作为引发剂有利于PE薄膜表面产生自由基，从而增加接枝反应的活性中心，在60 ℃时其反应速率比较平稳并没有迅速发生均聚反应，丙烯酸的接枝率上升。

图2 引发剂的种类对接枝率的影响

2.3 引发剂（BPO）用量的影响

当BPO与PE薄膜的重量比达到12时，丙烯酸的接枝率最高（图3）。随着引发剂（BPO）的浓度增加，丙烯酸的接枝率增加，但引发剂浓度过大不会提高丙烯酸的接枝率，过量的引发剂会加快单体的均聚反应，会使溶液体系粘度加大，阻碍接枝，进而使丙烯酸的接枝率下降。

图3 引发剂的用量对接枝率的影响

2.4 预浸泡温度的影响

选用BPO和助剂二甲苯在不同温度下预浸泡PE薄膜来提高接枝率。二甲苯和BPO互溶，使PE薄膜溶胀，从而使引发剂和接枝单体丙烯酸浸入PE薄膜促进接枝反应。随着预浸泡温度的升高，溶胀效果越好，在60 ℃时，丙烯酸的接枝率最高，超过此温度则会使薄膜融化（图4）。

图4 预浸泡温度对接枝率的影响

2.5 接枝时间的影响

图5表示，在频率70 Hz的超声波下，PE薄膜与摩尔体积浓度1%的接枝单体丙烯酸溶液，接枝不同的时间，接枝率的大小。接枝时间的长短决定丙烯酸的接枝率的大小。单体的接枝反应和均聚反应同时发生，均聚反应的发生使溶液黏度增大，分子扩散难度增加，导致接枝反应难以发生，且反应生成的均聚物黏附在薄膜表面，随着时间的增长，自由基被氧化和均聚物包围，失去活性使接枝不能继续进行。

图5 接枝时间对接枝率的影响

3 结 论

（1） PE薄膜与丙烯酸接枝反应的最佳条件是：引发剂选用BPO，反应温度60 ℃，反应时间3 h，引发剂用量是PE膜重量的12倍。

（2）在超声波的促进下，聚乙烯薄膜能与丙烯酸发生接枝反应，使聚乙烯薄膜改性。

参考文献：

［1］徐僖，蔡燎原. 聚烯烃的改性方法和成型基础理论的研究进展[J]. 现代塑料加工应用，1995，7(2)：1-6．

［2］ 钱军民，李旭祥. 聚乙烯表面改性研究进展[J]. 化工新型材料，2000，28（10）：24-27．

［3］ 陈枫. 聚丙烯在功能纤维领域中的发展[J]. 现代塑料加工应用. 2002，15（3）：62-64．

［4］ 邬润德，童筱莉，杨正龙. 龙悬浮溶胀法合成接枝聚丙烯[J]. 中国塑料. 2002,16（8）：62-68．

［5］ 林志勇，颜文礼，黄胜阳. 丙烯酸固相接枝聚丙烯研究[J]. 华侨大学学报（自然科学版）, 1997，18（1）：35-38．

［6］ 杜秀英，陆耕，符若文,等. 聚丙烯基弱酸型阳离子交换纤维力学性能[J]. 合成纤维工业，1999，22（4）：14-17．

［7］ 杜慷慨，许庆清. 丙烯酸悬浮接枝聚丙烯纤维及性能的研究[J]. 中国塑料. 2005，19（7）：45-48．

［8］ 梁基照，张玉坤，沈鹏等. 紫外接枝丙烯酸对PVDF膜表面改性的研究[J]. 塑料科技. 2013，41（6）：30-33．

Study on Grafting Modification of Polyethylene Film

，，

(Shenyang University of Chemical Technology, Liaoning Shenyang 110142, China)

With the aid of the principle that ultrasonic wave can promote the grafting reaction, the grafting reaction was carried out with the grafting monomer acrylic acid (AAC), the initiator and low density polyethylene film (LDPE).The influence factors of grafting reaction were studied. The type of initiator, amount of initiator, grafting time and pre-soaking temperature were changed to improve the grafting rate. Infrared spectroscopic characterization demonstrated that the acrylic acid (AAC) was successfully grafted onto the PE film.

polyethylene film ; acrylic acid; grafting

TQ 325

A

1671-0460（2016）09-2070-03

2016-03-31

陈显辉（1995-），男，四川省彭州市人。E-mail：sccxh0616@163.com。

王涛，女，讲师。E-mail：wangtaocj@hotmail.com。