[发明专利]一种超高分子量聚乙烯表面光引发可控自由基聚合接枝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子聚合物材料的表面化学改性方法，具体地说，涉及一种超高分子量聚乙烯材料的表面聚合接枝改性的方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。世界上最早由美国Allied Chemical公司于1957年实现工业化生产，此后德国Hoechst公司、美国Hercules公司、日本三井石油化学公司等也相继投入工业化生产。我国于1964年研制成功并投入工业化生产，限于当时条件，产物分子量约150万左右，随着工艺技术的进步，目前产品分子量可达100万～400万以上。

超高分子量聚乙烯的发展十分迅速，80年代以前，世界平均年增长率为8.5％，进入80年代以后，增长率高达15％～20％。我国的平均年增长率在30％以上。1978年世界消耗量为12,000～12,500吨，而到1990年世界需求量约5万吨，其中美国占70％。

超高分子量聚乙烯平均分子量约35～800万，因分子量高而具有其它塑料无可比拟的优异的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能。而且，超高分子量聚乙烯耐低温性能优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269℃下使用。

超高分子量聚乙烯因其具有优异的物理机械性能，使它广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管道的应用最为广泛。另外，由于超高分子量聚乙烯优异的生理惰性，已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上获得使用。

超高分子量聚乙烯分子链由简单的亚甲基(-CH₂-)链节组成，使得其表面不仅没有任何反应活性点，难以与树脂形成化学键结合，而且亚甲基的非极性，使其表面能极低，不易被其它树脂浸润，亲水性能差。因此，提高超高分子量聚乙烯的界面性能成为复合材料生产过程中需要解决的首要问题，对超高分子量聚乙烯进行表面处理，以提高复合材料的界面结合强度，已成为复合材料科学研究的重要课题之一。

对超高分子量聚乙烯进行表面处理的目的是清除或强化弱边界层，使惰性表面层活化，这就需要在其非极性的表面引入羧基、羰基、羟基等极性基团。目前，超高分子量聚乙烯的表面改性方法较多，主要的改性方法有：

1、化学刻蚀法，缺点是污染较严重，对力学性能影响较大。

2、电晕处理，优点是环保性好，成本低，方法简单，对力学性能影响较小，但是改性效果容易衰减。

3、低温等离子体处理，优点是环保性好，改性效果好，方法简单，但是成本较高，不易实现连续性处理，同时也存在改性效果衰减的问题

4、光接枝改性，目前常用的辐照源是紫外光，其优点是环保性好，成本低，改性效果较好，对力学性能几乎无影响，改性效果保持长久，但是目前所进行的光接枝改性方法，不易控制，且副反应较多，接枝效率较低，产生均聚物明显。

5、涂层法，该法是在UHMWPE表面上涂上一层试剂，这种试剂应具有偶联剂的作用，能提高UHMWPE与其他基体的相容性。

现有技术中，苏州大学冯璐等人[纺织学报，2008，29(12)：6～8]为提高聚乙烯(PE)纤维表面的亲水性，先在常压下用氦气辉光放电处理纤维，再接枝丙烯酸。对不同放电处理工作参数下PE纤维表面的接触角和接枝率变化进行规律性和原理分析。用IR和SEM、EDS分析处理前后PE纤维表面形态变化。实验结果表明：不同辉光放电处理工作参数下PE纤维表面接枝丙烯酸(AA)后使材料的接触角和接枝率呈现不同的规律性变化；经等离子体处理后接枝AA，在PE纤维表面成功引入了极性基团，显著提高了其亲水性，但是该方法成本较高。

清华大学陈翠仙等人[膜科学与技术，2006，26(1)：7～10]利用O₃处理超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜，使其表面产生活性点，然后将甲基丙烯酸(MAA)，甲基丙烯酸羟乙酯接枝在膜表面上，用ATR-FTIR、XPS等对O₃活化及接枝前后的UHMWPE微孔膜结构进行了表征，接触角测试表明接枝后微孔膜具有较好的亲水性。