CN102617758B - 一种利用紫外光聚合在电场下制备取向高分子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用紫外光聚合在电场下制备取向高分子的方法。该方法包括以下三个方向：(1)将光聚合单体与引发剂按一定配比混合后在紫外光照射下聚合；(2)将两种光聚合单体与引发剂按一定配比混合后通过共聚合反应在紫外光下聚合；(3)将光聚合单体与溶剂互溶，配合引发剂按一定配比在紫外光下聚合。将配制好的光聚合体系置于1v/mm至2kv/mm的电场强度下5min至2h后，用5～80mW/cm2的紫外光照射1～50min，得到取向高分子。本发明方法易于控制，步骤简单，后处理操作简单，对环境无污染。

Description

一种利用紫外光聚合在电场下制备取向高分子的方法
技术领域
本发明涉及用紫外光聚合的方法在电场下制备取向高分子的方法研究。
背景技术
随着光固化产品在不同领域越来越多的商业应用，如涂料、油墨、微电子和齿科修复材料，光固化技术越来越受到人们的关注。光固化技术在有引发剂存在的条件下通过紫外光照射迅速将液态多官能度单体和低聚物转化成固态聚合物。固化物的性能可受多种因素的影响，例如光引发剂的结构和种类、单体结构、聚合温度、光强、重力场、磁场、电场等。
就电场对光聚合体系的影响来说，许多研究者研究了电场对PEO以及SWNTs的排列取向。C.Park，R.E.Robertson在直流电场下获得了沿着电场方向的PEO的排列取向。Cheol.Park等人在交流电场下获得了SWNTs的排列。Meghana V.kakade等人在电纺丝的接收极加上反向的直流电场，从而获得了PEO纤维的排列及其纤维内部PEO聚合物链的取向。
以上这些研究都只针对电场下聚合物的排列取向进行了研究，没有更深入地研究光聚合体系在电场下的动力学以及微观形态学。
发明内容
本发明的目的旨在用光聚合方法在电场下制备一系列取向高分子。该研究方法易于控制，步骤简单，后处理操作简单，对环境无污染。
本发明所提供的制备的取向高分子的光聚合样品的制备方法，包括以下方向：
(1)将光聚合单体与引发剂按一定配比混合后在紫外光照射下聚合；
(2)将两种光聚合单体与引发剂按一定配比混合后通过共聚合反应在紫外光下聚合；
(3)将光聚合单体与溶剂互溶，配合引发剂按一定配比在紫外光下聚合；
将上述聚合体系置于1v/mm至2kv/mm的电场强度下1min至2h，用5～80mW/cm2的紫外光照射反应1～50min，得到取向高分子。
上述方向(1)、(2)和(3)中的光聚合单体包括：丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸钾、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基苯磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸异葵酯、2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二甲基丙烯酸酯、二缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三官能团丙烯酸酯、(3)丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、(3)乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二季戊四醇五/六丙烯酸酯等。
上述方向(1)、(2)和(3)中所述的引发剂分别为1173(2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮)、184(1-羟基-环己基-苯基甲酮)、2959(1-[4-(2-羟基羟乙基)-苯基]-2-甲基-1-丙烷)、TPO(2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦)、907(2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基丙基-1-酮)、369(2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苄基)丁酮)、651(安息香双甲醚)、819(苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦)。
上述方向(3)中所述的溶剂包括水、苯、酯类、不同类醇类等。
上述方向方向(1)、(2)和(3)中所述的一定配比是指聚合体系引发剂用量不同，引发剂用量为0.05wt％～5.0wt％(相对于单体质量的质量分数)。
附图说明
图1为实施例1中高分子扫描电子显微镜断面图且电场方向为由上至下，图2为实施例1中高分子高分辨透射电子显微镜的傅里叶变换图。
图3为实施例3中高分子扫描电子显微镜断面图且电场方向为由上至下。图4为实施例4中高分子扫描电子显微镜断面图且电场方向为由左至右。
图5为实施例5中高分子扫描电子显微镜断面图且电场方向为由左至右。
实施例2，6，7，9中高分子的扫描电子显微镜断面图与图1中高分子扫描电子显微镜断面图类似，实施例8高分子的扫描电子显微镜断面图与图5中高分子扫描电子显微镜断面图相似，实施例10高分子的扫描电子显微镜断面图与图3中高分子扫描电子显微镜断面图类似，故不累述。实施例2～10中高分子高分辨透射电子显微镜的傅里叶变换图与实施例1中高分子高分辨透射电子显微镜的傅里叶变换图相似，故不累述。
具体实施方式
实施例1
取0.02g光引发剂1173，加入到2.00g的HEA中去，配成引发剂与单体的质量比为1∶100的光聚合体系，室温超声振荡2min，使体系分散均匀。用1mL针管将体系注入导电玻璃模具中，加上100V的电压5min，用30mW/cm2的紫外光对聚合体系照射5min，期间一直加电压，聚合后的样品在丙酮中浸泡48h，处理后将样品制样在扫描电子显微镜及高分辨透射电子显微镜下可观察到取向结构，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例2
取0.002g光引发剂184，加入到2.00g的HEA，配成八组引发剂与单体的质量比为1∶1000的光聚合体系，编号(1)～(7)，室温超声振荡10min，使体系混合均匀。用1mL针管将体系注入导电玻璃模具中。将编号(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)的聚合体系加上200V的电压，电场作用时间分别为5min、15min、30min、45min、60min、90min、120min，用光强为60mW/cm2的紫外光对聚合体系照射10min。将(1)～(7)号聚合后样品都放入丙酮中浸泡48h，除去样品表面未反应的单体，制样，用扫描电子显微镜及高分辨透射电镜可观察到样品的取向结构，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例3
取0.200g光引发剂819，加入到4.00g的PEG(600)DA(聚乙二醇二丙烯酸酯)，配成引发剂与单体的质量比为1∶20的光聚合体系，室温超声振荡15min，使体系分散均匀。用1mL针管将体系注入导电玻璃模具中，加上1000V的电压30min，用光强为45mW/cm2的紫外光对体系进行照射1min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例4
取0.04g光引发剂1173，加入到4.00gMMA(甲基丙烯酸甲酯)中去，配成引发剂与单体的质量比为1∶100的光聚合体系。用1mL针管将体系注入导电玻璃模具中，加上2000V的电压60min，用光强为50mW/cm2的紫外光照射30min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例5
取光引发剂369、651、907和2959。称量0.03g光引发剂，然后加入3.0g的DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)，配成引发剂与单体的质量比为1∶100的光聚合体系，室温超声振荡20min，使体系分散均匀。用1mL针管将体系注入导电玻璃模具中，加上500V的电压90min，用光强为65mW/cm2的紫外光对体系进行紫外光照射20min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例6
取少量光引发剂1173，根据引发剂与单体的质量比分别为1/2000、1/1000、1/200、1/100和1/20的比例加入HEA，配制成上述五种不同引发剂用量的光聚合体系，室温超声振荡25min，使体系分散均匀。用1mL针管将聚合体系注入导电玻璃模具中，加上1500V电压15min，用光强为25mW/cm2的紫外光照射15min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例7
按质量比1∶9的比例取两种光聚合单体TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)和HEA(丙烯酸羟乙酯)，再按光引发剂与共聚单体的质量比为1∶200的比例加入光引发剂TPO，将配制好的聚合体系室温超声振荡40min，使体系分散均匀。用1mL针管将聚合体系注入导电玻璃模具中，加上800V电压45min，用光强为60mW/cm2的紫外光照射5min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例8
按质量比1∶9的比例取两种光聚合单体TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)和DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)，再按光引发剂与共聚单体的质量比为1∶100的比例加入光引发剂1173，室温超声振荡35min，使体系分散均匀。用1mL针管将聚合体系注入导电玻璃模具中，加上600V电压20min，用光强为55mW/cm2的紫外光照射5min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例9
取一定量光聚合单体HEA(丙烯酸羟乙酯)，分别按丙酮与单体的质量比为1/10、1/5、3/10、2/5、1/2、3/5、7/10、4/5和9/10加入丙酮，再按引发剂与单体的质量比为1∶100的比例加入光引发剂1173，配置成不同溶剂用量的光聚合体系，室温超声振荡30min，使体系分散均匀。用1mL针管将聚合体系注入模具中，加上1200V电压75min，用光强为70mW/cm2的紫外光照射20min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。
实施例10
按质量比1∶9的比例取两种光聚合单体TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)和PEG(600)DA(聚乙二醇(600)二丙烯酸酯)，再按光引发剂与共聚单体的质量比为1∶100的比例加入光引发剂1173，室温超声振荡35min，使体系分散均匀。用1mL针管将聚合体系注入导电玻璃模具中，加上600V电压30min，用光强为5mW/cm2的紫外光照射10min，得到取向高分子，可用于光学、电子器件和显示器件等领域。

Claims (1)

1.一种利用紫外光聚合在电场下制备取向高分子的方法，其特征包括三个方向：
（1）将光聚合单体与引发剂混合后在紫外光照射下聚合；
（2）将两种光聚合单体与引发剂混合后通过共聚合反应在紫外光下聚合；
（3）将光聚合单体与溶剂互溶，配合引发剂在紫外光下聚合；
（4）将上述聚合体系置于1v/mm至2kv/mm的电场强度下1min至2h，用5~80mW/cm2的紫外光照射反应1~50min，得到取向高分子；
方向（1）、（2）和（3）中所述的光聚合单体包括：丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酸钾、甲基丙烯酸钾、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基苯磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸异葵酯、2（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇（200）二丙烯酸酯、聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇（400）二丙烯酸酯、聚乙二醇（400）二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇（600）二丙烯酸酯、聚乙二醇（600）二甲基丙烯酸酯、二缩三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三官能团丙烯酸酯、（3）丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、（3）乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯或二季戊四醇五/六丙烯酸酯；
方向（1）、（2）和（3）中所述的引发剂分别为1173（2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮）、 184（1-羟基-环己基-苯基甲酮）、2959（1-[4-(2-羟基羟乙基)-苯基]-2-甲基-1-丙烷）、TPO（2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦）、907（2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基丙基-1-酮）、369（2-苄基-2-二甲基氨基-1-（4-吗啉苄基）丁酮）、651（安息香双甲醚）或819（苯基双（2，4，6-三甲基苯甲酰基）氧化膦）；
方向（3）中所述的溶剂包括水、苯、酯类或不同类醇类；方向（1）、（2）和（3）中所述的引发剂用量为相对于单体质量的0.05wt%~5.0wt%。
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