CN102675546B - PVDF-g-PVP接枝共聚物的制备方法及所得的接枝共聚物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PVDF-g-PVP的制备方法,其包含下述步骤:在无氧条件下,在包含NVP单体和PVDF的均相溶液中,进行NVP单体与PVDF的共辐射接枝反应,即得;所述均相溶液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或多种。本发明还公开了由该方法制得的PVDF-g-PVP。本发明采用均相溶液体系进行共辐射接枝,能够使得NVP更加均匀地接枝到PVDF上,使得接枝链在PVDF基体上的分布更加均匀,改善其原有产品的一些性能,比如原膜产品的亲水性能,作为共混相容剂时的相容性等。
Description
技术领域
本发明具体的涉及一种均相辐射接枝制备PVDF-g-PVP接枝共聚物的方法及其接枝共聚物。
背景技术
PVDF是一种综合性质优良的高分子材料,具有良好的热稳定性以及化学稳定性等,在功能材料方面有极其重要的用途,PVDF以及其衍生物品在水处理、石油化工、食品加工等领域有广泛的应用。
众所周知,PVDF具有较强的疏水性质,这一性质极大的限制了PVDF的应用,比如在膜产品的应用上,这一性质会导致较严重的膜污染问题,通过化学接枝的方法在PVDF化学结构中引入其他功能性基团,以此来改善PVDF材料的极性、生物相容性等,可以大大地拓展其应用领域。NVP均聚物和共聚物(PVP)由于具有良好的溶解性、化学稳定性、低毒性等,在化学、药学和材料等领域有着较为广泛的应用。目前为止,PVDF接枝NVP的常用方法有等离子体改性、臭氧活化以及辐射接枝改性等。辐射接枝改性相对于其他改性方法而言,其无需引发剂,可以在室温甚至低温下进行,且可以在固态,液态,固液状态下进行,反应条件更加的温和,并且可以通过控制单体浓度、吸收剂量、剂量率等,能够更为容易的控制接枝率、接枝链分子量等,另外,γ射线鉴于其强大的穿透能力以及无选择性,适用于绝大多数材料的改性。
而常见的辐射接枝方法一般发生在异相体系中,与异相体系相比,均相溶液辐射接枝至少具有两大优势。在异相体系中,接枝反应通常为扩散控制,往往会导致被接枝基体中只有很少一部分分子带有接枝链,而且在接枝聚合反应中,反应体系的非均匀性还会导致接枝分子链结构的非随机性,甚至会出现接枝链分子量远大于被接枝聚合物分子量的现象。而在均相体系中,高分子链在溶液中充分伸展,能与单体以及溶剂分子均匀混合,使得接枝反应主要为动力学控制,而避免非均相体系中因扩散速度因产生的不利影响,而避免反应产物接枝不均匀的现象。
目前,在均相溶液中对PVDF共辐射接枝NVP的研究还未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在均相溶液中对PVDF接枝NVP的方法以及所得的接枝共聚物,该方法能够保证接枝的均匀性,并且制得的接枝共聚物在常见有机溶剂中具有较好的溶解性。
本发明提供了一种PVDF-g-NVP接枝共聚物的制备方法,其包含下述步骤:在无氧条件下,在包含N-乙烯基吡咯烷酮(简称NVP)单体和聚偏氟乙烯(简称PVDF)的均相溶液中,进行N-乙烯基吡咯烷酮单体与聚偏氟乙烯的共辐射接枝反应,即得;所述均相溶液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮(简称NMP)、二甲基甲酰胺(简称DMF)和二甲基乙酰胺(简称DMAc)中的一种或多种。
其中,所述的PVDF可选用本领域进行改性接枝时采用的各种分子量的PVDF,其重均分子量较佳地为500000~600000。本发明中优选苏威化学公司(Solvay Chemicals Company,Belgium)生产的型号为6020的PVDF。其中,所述的PVDF在辐射前进行预处理:用去离子水对PVDF进行洗涤,并在去离子水中浸泡一周,期间进行换水,再干燥至恒重。
其中,所述的PVDF与NVP单体的重量比较佳地为10∶1-10∶9。
其中,所述的NVP单体在所述均相溶液中的浓度较佳地为1-9wt%。
其中,所述的共辐射接枝的辐射源可采用本领域辐射接枝的常规γ射线辐射源,较佳地为60Co。
其中,所述的共辐射的辐射总剂量较佳地为5-38kGy。所述的共辐射的平均剂量率较佳地为0.65-5.00kGy/h。
其中,所述的共辐射接枝的反应温度为本领域此类反应的常规温度,较佳地为20-30℃。
其中,所述的无氧条件可采用本领域常规的技术手段获得,如在辐射前向反应体系中通氮气15min以除去体系中的氧气。
其中,在共辐射的过程中完成接枝反应。
本发明还提供了一种由上述方法制得的接枝共聚物,即PVDF-g-PVP。
除特殊说明外,本发明涉及的原料和试剂均市售可得。
本发明的积极进步效果在于:
本发明采用均相溶液体系进行共辐射接枝,能够使得NVP更加均匀地接枝到PVDF上,使得接枝链在PVDF基体上的分布更加均匀,改善其原有产品的一些性能,比如原膜产品的亲水性能,作为共混相容剂时的相容性等。
附图说明
图1为实施例1制得的产品的红外谱图。
图2为实施例2制得的产品的红外谱图。
图3为实施例3制得的产品的红外谱图。
图4为实施例4制得的产品的红外谱图。
图5为实施例5制得的产品的红外谱图。
图6为实施例6制得的产品的红外谱图。
图7为实施例7制得的产品的红外谱图。
图8为空白对照实施例的红外谱图。
图9为不同接枝率对水在本发明接枝共聚物表面接触角的影响图。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明,但本发明并不受其限制。
以下各实施例中,PVDF购自苏威化学公司,型号为6020;NVP为分析纯,购自上海百灵威化学技术有限公司。
本发明以NVP为单体,采用红外光谱仪检测接枝效果;利用氟元素分析法测量计算接枝率。
下述实施例中使用的PVDF粉体皆经过下述步骤的预处理:用去离子水对PVDF进行洗涤,并在去离子水中浸泡一周,纯化后的样品于70℃真空干燥箱中干燥至恒重。
实施例1
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到89g NMP溶剂中,加入1g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置于钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为1.76kGy/h,吸收剂量为30KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在80℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为5.9%。
实施例2
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到87g NMP溶剂中,加入3g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为1.76kGy/h,吸收剂量为30KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在80℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为8.5%。
实施例3
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到81g NMP溶剂中,加入7g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为1.76kGy/h,吸收剂量为30KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在80℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为14.2%。
实施例4
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到83g NMP溶剂中,加入7g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为0.65kGy/h,吸收剂量为30KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在80℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为8.2%。
实施例5
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到81g NMP溶剂中,加入9g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为0.83kGy/h,吸收剂量为5KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在70℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为8.7%。
实施例6
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到81g NMP溶剂中,加入9g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为0.83kGy/h,吸收剂量为24KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在70℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为14.9%。
实施例7
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到81g NMP溶剂中,加入9g NVP单体,搅拌24h得均相溶液,通N2,将均相溶液放置钴源下于30℃下进行辐射,剂量率为5kGy/h,吸收剂量为38KGy。
把样品取出进行沉淀洗涤后,在70℃的真空烘箱中干燥至恒重。计算该接枝共聚物的接枝率为14.0%。
空白对照实施例
准确称取10g预处理后的PVDF粉体,溶解到90g NMP溶剂中搅拌24h,通N2 ,将反应物放置钴源下辐射,剂量率为0.83kGy/h,吸收剂量为24KGy,作为预辐射空白。
效果实施例
1、FT-IR测试
将干燥后的待测样品在使用NICOLETAVATAR 370型傅立叶红外光谱仪在ATR模式下测定其透射光谱。扫描范围为4000~400cm-1,分辨率4cm-1,扫描次数32次。
对实施例1-7和空白对照实施例得到的接枝共聚物和空白对照样品进行红外测试,结果分别见图1~图8。
观察接枝改性前PVDF的谱图,即图8,1636cm-1处微弱的吸收峰为C=C伸缩振动峰;1570cm-1、1410cm-1、879cm-1为CH2的变形振动吸收峰;841cm-1处是CH2的变形振动吸收峰和CF2非对称伸缩振动峰,其中1410cm-1处是与CF2相连的CH2的变形振动吸收峰;1182cm-1处附近为CF2伸缩振动峰;1072cm-1处出现的峰是C-F键的特征吸收峰。接枝改性后的PVDF,即PVDF-g-PVP(图1-7),与改性前的谱图相比,其主要差别1657cm-1处出现的新峰,此为接枝链PVP上C=O吸收峰,在1072cm-1、879cm-1、841cm-1处出现的吸收峰都是PVDF的特征吸收,改性后这些吸收峰无明显变化;由图中还可以看出,1657cm-1处峰高与接枝度成正相关关系。
2、表面接触角测试
将未修饰的PVDF,以及实施例1~3的接枝共聚物经纯化、干燥,再溶解在NMP溶液中,在相同的条件下利用相转换法制膜,将制得的膜在70℃下真空干燥,置于表面接触角仪样品台,用微量进样器将水滴滴于膜上,液滴体积为5μl,同时采集图像,计算其接触角,样品的接触角测定值为5次测定的平均值。
Claims (9)
1.一种PVDF-g-PVP接枝共聚物的制备方法,其包含下述步骤:在无氧条件下,在包含N-乙烯基吡咯烷酮单体和聚偏氟乙烯的均相溶液中,进行N-乙烯基吡咯烷酮单体与聚偏氟乙烯的共辐射接枝反应,即得;所述均相溶液的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的聚偏氟乙烯的重均分子量为500000~600000。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述的聚偏氟乙烯为苏威化学公司生产的型号为6020的聚偏氟乙烯。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的聚偏氟乙烯与N-乙烯基吡咯烷酮单体的重量比为10:1-10:9。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的N-乙烯基吡咯烷酮单体在所述均相溶液中的浓度为1-9wt%。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的共辐射接枝的辐射源为γ射线辐射源。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的共辐射接枝的辐射源为60Co。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的共辐射的辐射总剂量为5-38kGy;所述的共辐射的平均剂量率为0.65-5.00kGy/h。
9.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述的共辐射接枝的反应温度为20-30℃。
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