等离子引发的衰减链转移接枝聚合动力学研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sheme2002
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一般认为等离子体引发聚合属自由基机理,但是等离子体引发聚合又有着经典自由基聚合机理所不能解释的现象,如水中的聚合速率显著高于有机溶剂中的聚合速率,这种强烈的溶剂效应与等离子体产生的活性种结构有关。但由于等离子体气氛中活性粒子的成分及能量水平的复杂性,其活性种结构尚未有定论。衰减链转移(DT)可控/活性自由基聚合体系多由普通引发剂分解产生的自由基引发,其链转移剂、催化剂和聚合动力学等方面已得到广泛的研究。对于等离子体引发聚合这种“非典型”的自由基过程,将等离子体引发与DT聚合结合,将给进一步理解等离子体引发的活性种及聚合机理提供一个新的平台和机会。  以丙烯酸(AA)为单体,水(H2O)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,碘仿(CHI3)为链转移剂,聚丙烯(PP)薄膜为载体,研究了溶剂对等离子体引发及其DT接枝聚合动力学的影响。H2O中等离子体引发聚合速率是DMF中的7.92倍,表现出非常明显的溶剂效应,加入碘仿后,这个比值降低到了1.23倍,溶剂效应不明显。对于等离子体引发的DT聚合,碘仿起到降低聚合速率的作用,这是因为碘仿与等离子体活性种结合生成了休眠种的缘故。其聚合呈一级动力学关系,分子量随转化率的增加而线性增加,同时分子量分布(PDI)随之降低,符合DT可控/活性自由基聚合机理。由分子量及PDI的结果,等离子体引发的DT聚合在DMF介质中的可控性优于水介质。由于非均相聚合体系,等离子体引发的DT接枝聚合速率仅为溶液聚合速率的0.46%~0.49%。改性表面的接枝量随转化率的提高线性增加,与表面水接触角(WCA)、全反射傅叶红外光谱(FT-IR)结果相一致。  在以上研究体系的基础上,将等离子体处理的PP薄膜暴露在空气中,使PP薄膜表面的等离子体自由基转化为经典自由基(过氧基团),研究了溶剂对过氧化物引发及其DT接枝聚合动力学的影响。碘仿对过氧化物引发聚合速率有抑制作用,其DT聚合呈一级动力学关系,分子量随转化率线性增加,同时分子量分布呈下降趋势,符合DT可控/活性自由基聚合机理。在过氧化物引发及其DT接枝聚合中,溶剂效应均不明显,表现出与等离子体自由基引发聚合不同的性质。与等离子体引发DT聚合相比,过氧化物引发DT聚合的聚合速率提高了3.6~12.1倍,其中DMF的加速作用比水更为显著。这可能是由于在等离子体引发DT聚合中,等离子体自由基未完全被DT链转移剂CHI3完全控制的缘故。由于非均相聚合体系,过氧化物引发的DT接枝聚合速率仅为溶液聚合速率的0.23%~0.64%。改性表面的接枝量随转化率的提高线性增加,符合表面WCA、FT-IR结果。  以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,DMF为溶剂,CHI3为链转移剂,研究了聚合温度对等离子体引发及其DT接枝聚合MMA动力学的影响。在等离子体引发DT接枝聚合中,聚合温度为70℃时总聚合速率是50℃时总聚合速率的7.94倍。等离子体引发DT聚合活化能为30.5 KJ/mol。改性表面的接枝量随聚合温度的提高而增加,FT-IR证实了改性表面接枝上了聚合物、WCA和扫描电子显微镜(SEM)测试结果与表面接枝量结果相符,表明随聚合温度的提高,改性表面接枝的聚合物量越来越多。
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