陳顯輝，郭世平，王 濤

?

聚乙烯薄膜接枝改性的研究

陳顯輝，郭世平，王 濤

（沈陽化工大學(xué)， 遼寧 沈陽 110142）

借助超聲波促進接枝反應(yīng)的原理，以二甲苯作為助劑，將接枝單體丙烯酸（AAC）和引發(fā)劑與低密度聚乙烯薄膜（LDPE）進行接枝反應(yīng)，對影響接枝的因素進行了研究。主要通過改變引發(fā)劑類型，引發(fā)劑用量，接枝時間和預(yù)浸泡溫度來提高聚乙烯薄膜的接枝率。經(jīng)紅外光譜表征，證明丙烯酸（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）是產(chǎn)量最大的塑料品種，約占塑料總產(chǎn)量的三分之一，因其性能優(yōu)良、價格低廉，易于加工成型而被用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。人們對其本體材料性能做了大量的研究，由于PE是非極性材料，分子結(jié)構(gòu)上無極性基團，表面能較低，表面呈現(xiàn)疏水性和惰性，使PE不易與其他材料相復(fù)合，導(dǎo)致其印刷性、粘接性以及與其他極性聚合物的相容性差，為擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，這需要對PE進行改性。目前用于PE改性的方法有填充、共混、接枝等，其中接枝改性是尤為重視的方法之一[1,2]。

接枝是在引發(fā)劑的影響下，高聚物與具有較高反應(yīng)活性的碳碳雙鍵單體發(fā)生反應(yīng)，引發(fā)劑將具有碳碳雙鍵的單體牽引到高聚物的表面，使其以化學(xué)鍵的形式與高聚物相連。該方法易于操作，工藝簡單，反應(yīng)條件溫和[3-8]。

本實驗采用自由基接枝，借助超聲波促進接枝反應(yīng)的原理，通過化學(xué)反應(yīng)在PE薄膜表面產(chǎn)生自由基，然后引入丙烯酸（AAC），使其以化學(xué)鍵與PE薄膜表面鍵合。

1 實驗部分

1.1 主要原料

LDPE薄膜（60 μm）、丙酮、無水甲醇、 過氧化二苯甲酰(BPO) 、乙醇、偶氮二異丁腈(AIBN)、過硫酸銨、丙烯酸（AAC），國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要設(shè)備

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；旋片式真空泵，中國臨海市譚式真空設(shè)備有限公司；分析天平、電熱恒溫水浴鍋，上海精密科學(xué)儀器有限公司；數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；精密增力電動攪拌器、智能數(shù)字恒溫控制器、玻璃恒溫水浴鍋，南京桑力電子設(shè)備廠。

1.3 實驗過程

將預(yù)處理過的PE薄膜浸入由精制后的引發(fā)劑，丙烯酸，二甲苯，去離子水配制成一定量的溶液中，在不同溫度下超聲波加熱一定時間。再將薄膜浸入去離子水中， 50 ℃條件下清洗24 h，然后真空干燥。將干燥后的薄膜浸入丙烯酸，去離子水配制成一定量接枝液中，在60 ℃下加熱一定時間進行接枝反應(yīng)。反應(yīng)后將丙烯酸-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。

面部表情對于拉丁舞表演者來說是一個重要的藝術(shù)表現(xiàn)手段，豐富的面部表情不僅可以豐富舞蹈的情感表現(xiàn)，還可讓觀眾進入到舞蹈的情緒中，進而被感染、被帶動，觀眾可以根據(jù)舞者的情緒變化感受舞蹈。

1.4 接枝率的測定

將接枝前后的薄膜真空干燥后，分別放于分析天平上，稱重。

= (1-0)/0×100%

式中，w0、1分別為接枝前和接枝后薄膜的質(zhì)量。

由表2可得，公因子特征值分別為11.803、4.294、3.708、2.130、1.896，對特征值進行歸一化處理，其權(quán)重分別為0.495、0.180、0.156、0.089、0.080．此外，通過5個公因子的因子得分，構(gòu)建一個綜合評價函數(shù)模型(W)：

1.5 紅外光譜分析

采用NEXUS470紅外光譜儀表征,掃描范圍：400~4 000 cm-1。

2 結(jié)論分析

2.1 AAC接枝PE薄膜

圖1中丙烯酸-聚乙烯（AAC-g-PE）薄膜紅外光譜圖，相比較PE薄膜紅外光譜圖，在1 760 cm-1處出現(xiàn)明顯的C=O吸收峰，表明丙烯酸已成功接枝到PE薄膜上。

圖1 純PE薄膜(a)和AAC-g-PE薄膜(b)紅外光譜圖

2.2 引發(fā)劑種類的影響

選用三種引發(fā)劑在60 ℃下進行接枝反應(yīng)，過氧化類引發(fā)劑BPO效果最好（圖2）。無機過氧化類引發(fā)劑過硫酸銨和偶氮類引發(fā)劑ABIN，在60°C時快速與單體丙烯酸發(fā)生均聚反應(yīng)出現(xiàn)白色乳狀液狀均聚物，難以有效提高丙烯酸的接枝率。過氧化類引發(fā)劑BPO作為引發(fā)劑有利于PE薄膜表面產(chǎn)生自由基，從而增加接枝反應(yīng)的活性中心，在60 ℃時其反應(yīng)速率比較平穩(wěn)并沒有迅速發(fā)生均聚反應(yīng)，丙烯酸的接枝率上升。

圖2 引發(fā)劑的種類對接枝率的影響

2.3 引發(fā)劑（BPO）用量的影響

當(dāng)BPO與PE薄膜的重量比達到12時，丙烯酸的接枝率最高（圖3）。隨著引發(fā)劑（BPO）的濃度增加，丙烯酸的接枝率增加，但引發(fā)劑濃度過大不會提高丙烯酸的接枝率，過量的引發(fā)劑會加快單體的均聚反應(yīng)，會使溶液體系粘度加大，阻礙接枝，進而使丙烯酸的接枝率下降。

圖3 引發(fā)劑的用量對接枝率的影響

2.4 預(yù)浸泡溫度的影響

選用BPO和助劑二甲苯在不同溫度下預(yù)浸泡PE薄膜來提高接枝率。二甲苯和BPO互溶，使PE薄膜溶脹，從而使引發(fā)劑和接枝單體丙烯酸浸入PE薄膜促進接枝反應(yīng)。隨著預(yù)浸泡溫度的升高，溶脹效果越好，在60 ℃時，丙烯酸的接枝率最高，超過此溫度則會使薄膜融化（圖4）。

圖4 預(yù)浸泡溫度對接枝率的影響

2.5 接枝時間的影響

圖5表示，在頻率70 Hz的超聲波下，PE薄膜與摩爾體積濃度1%的接枝單體丙烯酸溶液，接枝不同的時間，接枝率的大小。接枝時間的長短決定丙烯酸的接枝率的大小。單體的接枝反應(yīng)和均聚反應(yīng)同時發(fā)生，均聚反應(yīng)的發(fā)生使溶液黏度增大，分子擴散難度增加，導(dǎo)致接枝反應(yīng)難以發(fā)生，且反應(yīng)生成的均聚物黏附在薄膜表面，隨著時間的增長，自由基被氧化和均聚物包圍，失去活性使接枝不能繼續(xù)進行。

圖5 接枝時間對接枝率的影響

3 結(jié) 論

（1） PE薄膜與丙烯酸接枝反應(yīng)的最佳條件是：引發(fā)劑選用BPO，反應(yīng)溫度60 ℃，反應(yīng)時間3 h，引發(fā)劑用量是PE膜重量的12倍。

（2）在超聲波的促進下，聚乙烯薄膜能與丙烯酸發(fā)生接枝反應(yīng)，使聚乙烯薄膜改性。

參考文獻：

［1］徐僖，蔡燎原. 聚烯烴的改性方法和成型基礎(chǔ)理論的研究進展[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，1995，7(2)：1-6．

［2］ 錢軍民，李旭祥. 聚乙烯表面改性研究進展[J]. 化工新型材料，2000，28（10）：24-27．

［3］ 陳楓. 聚丙烯在功能纖維領(lǐng)域中的發(fā)展[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用. 2002，15（3）：62-64．

［4］ 鄔潤德，童筱莉，楊正龍. 龍懸浮溶脹法合成接枝聚丙烯[J]. 中國塑料. 2002,16（8）：62-68．

［5］ 林志勇，顏文禮，黃勝陽. 丙烯酸固相接枝聚丙烯研究[J]. 華僑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）, 1997，18（1）：35-38．

［6］ 杜秀英，陸耕，符若文,等. 聚丙烯基弱酸型陽離子交換纖維力學(xué)性能[J]. 合成纖維工業(yè)，1999，22（4）：14-17．

［7］ 杜慷慨，許慶清. 丙烯酸懸浮接枝聚丙烯纖維及性能的研究[J]. 中國塑料. 2005，19（7）：45-48．

［8］ 梁基照，張玉坤，沈鵬等. 紫外接枝丙烯酸對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

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

王濤，女，講師。E-mail：wangtaocj@hotmail.com。