[发明专利]使用过酸的聚合物表面氧化

说明书

技术领域

本发明涉及氧化聚合物表面特别是聚丙烯以使其更亲水的方法。

背景技术

目前使用很多技术来氧化聚合物表面，这些技术中的大多数在使用时是昂贵的。通常，聚合物表面如聚丙烯或聚乙烯的氧化包括气相氧化，如电晕放电、火焰(flame)、远程空气等离子体(remote air plasma)、臭氧或UV/臭氧联合处理。为了获得对此现有技术状态的了解，将读者导向西安大略大学(University of Western Ontario)表面科学系(Surface Science division)报告的工作(参见例如M.Strobel et al.,“A Comparison of Gas-Phase Methods of Modifying Polymer Surfaces,”J.Adhesion Sci.Technol. 9(1995)365)。此外，Dr.M.J.Walzak已撰文阐明了臭氧和UV处理中的方法(参见例如J.Polym.Sci.A 37(1999)2489和Appl.Surf.Sci.144-145(1999)627)。在商业上，3M使用这些气相氧化方法来处理聚合物表面，改变其分子表面化学组成，使得附着力增加。

这些气相氧化方法本身是非常消耗能源的，需要巨大的电或热输入以处理整个聚合物材料。此外，这种处理所需的设备是昂贵的。在2010年，等离子体处理需要每公吨约$60的投资成本以及每公吨约$100的操作成本。

可将表面活性剂用于降低疏水性聚合物的表面能，但这只是临时措施。随时间推移以及与水接触，表面活性剂会离开聚合物表面，使其恢复到本身的疏水状态。

已成功使用来赋予亲水性的另一个方法是使用共聚物如BASF的Irgasurf^TM HL 560添加剂，该方法描述于PCT国际公开号WO0242530。但是，此方法在成本上比过氧化氢高出一个量级，且具有在整个本体聚合物上而非特定于表面上提供分子氧的固有缺点。

美国专利号US 5004523教导了一种用单过氧硫酸(monoperoxysulfuric acid)的水溶液对木质纤维素材料去木质化的方法。

美国专利号US 5246543教导了一种对木质纤维素材料去木质化并漂白的方法。

美国专利号US 5621118教导了一种对容易亲核氧化的基质进行氧化的方法。

美国专利号US 6090297教导了一种用卡罗酸(Caro’s acid)处理贵金属尾矿料浆的方法。

美国专利号US 6878289教导了一种净化水系统的方法和用于所述方法的单过硫酸氢钾组合物。

欧洲专利申请号1339899教导了一种制造可湿润性聚烯烃纤维和纤维织物的方法。

卡罗酸或过氧单硫酸(H₂SO₅)早已用于一些工业，最主要的是用于氰化物破坏和纸浆漂白。但是卡罗酸作为氧化剂用于聚合物表面处理是未知的。

当前，聚合物表面的永久化学氧化或改性需要昂贵的方法，如上面讨论的对于分子结构的气相改性(等离子体处理、臭氧和UV照射、电晕放电、火焰电离)。所有这些方法都是昂贵的。改变疏水性聚合物表面的亲水性的经济方法会使业界受益。

发明概述

本发明涉及一种用于氧化聚合物表面以使其亲水并更易润湿的方法。特别是，所述方法包括使疏水性聚合物表面与过酸在使表面更亲水的有效条件下反应。虽然强氧化剂可以容易地使有机聚合物的表面碳化或变色，但本发明人发现，当严格控制工艺条件时，可使聚合物更亲水而没有这些问题。具体而言，用过酸如卡罗酸对聚合物表面进行处理需要审慎选择氧化温度、酸浓度和过氧化物含量，以获得提供期望水平的亲水性，而不会导致碳化或在其它方面损害聚合物的反应速率。

附图说明

图1是显示如何测量液滴接触角的示意图。

图2显示了水滴的接触角在不同的表面上如何变化。

图3显示了水滴在聚丙烯上的照片。

图4是显示从过滤器中排放液体的照片。

图5绘制了在具有和不具有表面活性剂的情况下，润湿的过滤器相对于时间的滤水速率。