【摘 要】
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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种综合性能优异的高分子材料,广泛地应用于纺织、包装、电子、生物医用材料、分离过滤等领域。然而,PET材料本身疏水性不强,限制了其在自清洁、防污等方向的应用。在基材表面构筑微纳粗糙结构是制备超疏水表面的有效途径,但目前常用的刻蚀法、静电纺丝法、模板法、化学沉积法、涂层法等仍存在工艺复杂、成本高或涂层与基材缺乏共价键结合等问题。与其他方法相比,紫外光接枝聚合具有设备简
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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种综合性能优异的高分子材料,广泛地应用于纺织、包装、电子、生物医用材料、分离过滤等领域。然而,PET材料本身疏水性不强,限制了其在自清洁、防污等方向的应用。在基材表面构筑微纳粗糙结构是制备超疏水表面的有效途径,但目前常用的刻蚀法、静电纺丝法、模板法、化学沉积法、涂层法等仍存在工艺复杂、成本高或涂层与基材缺乏共价键结合等问题。与其他方法相比,紫外光接枝聚合具有设备简单、反应速率快、不损害材料本体性能、能够连续化处理、反应时/空可控等优点,在高分子材料表面改性方面具有独特优势。基于此背景,本文提出利用紫外光引发乳液接枝聚合在PET表面构筑微纳结构以对其疏水改性的策略。主要研究内容及结论如下:1.基于紫外光诱导2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯(FOEMA)乳液接枝聚合实现了对PET膜的表面疏水改性。衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果显示,改性薄膜表面出现了CF2基团的特征峰,氟元素含量达到45.72%,证实了接枝反应的成功进行。探索了光照强度、光照时间、单体浓度、乳化剂浓度及种类等接枝反应条件对接枝密度的影响,发现当单体浓度为40 wt%、乳化剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)浓度为8 wt%时,在光照强度为9000μW/cm~2的紫外光下反应8 min后,改性薄膜表面的接枝密度(GD)为276.12μg/cm~2。扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,通过乳液光接枝聚合方法可在PET膜表面引入微纳米尺度的接枝粒子。原子力显微镜(AFM)表征结果显示当单体浓度为20 wt%、乳化剂CTAB浓度为4 wt%时,在光照强度为9000μW/cm~2的紫外光下反应2 min后,PET表面形成了由尺寸在690 nm-2110 nm之间微纳米粒子构成的接枝层,PET膜表面的粗糙度由改性前的1.77 nm提升到了168 nm。此时改性PET膜表面的水静态接触角(WCA)可达到120.5°,与空白PET膜相比提高了35.1°。2.开发了一种利用紫外光诱导乳液接枝聚合和硅烷偶联反应在PET膜表面引入疏水性微纳粒子结构的新方法。首先通过紫外光引发γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)乳液接枝聚合反应在PET表面构筑了微纳粗糙结构,探索了反应条件对接枝密度的影响,发现当单体浓度为50 wt%、乳化剂浓度为10 wt%时,在光照强度为9000μW/cm~2的紫外光下反应12 min后,接枝密度可达489.17μg/cm~2。SEM表征发现在PET膜表面形成了由粒径约为100 nm的球形粒子堆积而成的接枝层。通过接枝粒子所含甲基硅氧烷结构的水解和进一步与三甲氧基十七氟癸基硅烷的水解-缩合反应,制备出了疏水改性PET膜。ATR-FTIR和XPS表征证实了上述不同阶段反应的成功实施。SEM观察显示水解和偶联反应对表面微纳结构基本无影响。改性PET膜表面的粗糙度可达133 nm,氟元素含量达到60.28%。此外,改性PET膜表面的WCA达到139.2°,相较于空白PET膜提高了53.8°。
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