CN104311751B - 用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面改性技术领域的用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法；所述改性剂为分子量梯度分布的两亲嵌段聚合物，所述制备方法包括如下步骤：称取聚乙二醇衍生物，在溶剂中溶解；称取自由基聚合反应引发剂和甲基丙烯酸月桂酯单体；将上述组分放置于高速混合机中，高速搅拌；之后将产物进行溶解沉淀，烘干，即得所述改性剂；所述聚乙二醇衍生物：溶剂：自由基聚合反应引发剂：甲基丙烯酸月桂酯单体的重量份数比例为10‑50：100‑1000：0.1‑5：10‑50。本方法合成的表面亲水改性剂对树脂进行表面改性，不仅能改善表面亲水性，也可增强基体树脂的柔韧性，可广泛用于聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯和ABS等领域。

Description

用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法
技术领域
本发明属于表面改性技术领域，具体涉及一种用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法。
背景技术
聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚偏氟乙烯(PVDF)等树脂以其优越的性能已经得到了广泛应用，但是其表面极性较小，导致表面亲水性和表面粘结性较差，极大地限制了其应用范围的拓展。因此，对基体聚苯乙烯进行表面改性，已经成为提高其综合性能的重要手段。
传统的表面改性方法，不但需要专用设备，造价昂贵，很难得到完整均一的功能化表面。而采用添加表面改性剂实现表面功能化的方法，不仅简单、实用，应用范围广泛，成本较低，而且可以有效地提高聚苯乙烯的表面性能，并赋予其均匀而完整的功能化表面层，形成丰富的表面梯度结构。
通常采用的小分子表面改性剂的表面改性效果虽然明显，但在使用过程中，容易向溶剂中扩散，不耐冲刷、磨擦、洗涤等，持久性较差，容易在外界环境中流失，严重缩短了产品的使用寿命，而采用大分子表面改性剂则可以有效地克服上述缺陷。
常见的大分子表面改性剂可能造成基材内部相容性不好、机械强度下降的问题，本发明不会造成这些问题。
发明内容
本发明涉及一种用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法，所述改性剂为两亲嵌段聚合物，具体为称取聚乙二醇衍生物在一定量溶剂中溶解，与称取的过氧化物引发剂、丙烯酸月桂酯单体，在可控温高速混合机中高速搅拌。一段时间后将产物进行溶解沉淀，烘干即成。本方法合成的表面亲水改性剂对树脂进行表面改性，不仅能改善表面亲水性，也可增强基体树脂的柔韧性，可广泛用于聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯和ABS等领域。
本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明涉及一种用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法，所述改性剂为分子量梯度分布的两亲嵌段聚合物，所述制备方法包括如下步骤：
称取聚乙二醇衍生物，在溶剂中溶解；
称取自由基聚合反应引发剂和甲基丙烯酸月桂酯单体；
将上述组分放置于高速混合机中，高速搅拌；
之后将产物进行溶解沉淀，烘干，即得所述改性剂；
所述聚乙二醇衍生物：溶剂：自由基聚合反应引发剂：甲基丙烯酸月桂酯单体的重量份数比例为10-50：100-1000：0.1-5：10-50。
优选地，所述聚乙二醇衍生物为单甲基封端聚乙二醇，Mw＝100-100000；或为单烯丙基封端聚乙二醇，Mw＝100-100000；或为丙烯酸酯封端聚乙二醇，Mw＝100-100000。
优选地，所述溶剂为丁酮，甲苯，乙酸乙酯，乙酸正丙酯，乙酸丁酯，NN-二甲基甲酰胺，NN-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，N-甲基吡咯烷酮，磷酸三乙酯，或磷酸三丁酯。
优选地，所述自由基聚合反应引发剂为常规的能引发自由基聚合反应的引发剂。
优选地，所述自由基聚合反应引发剂为过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、偶氮类引发剂、或过硫酸盐。
优选地，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、或偶氮二异庚腈；所述过硫酸盐为过硫酸钾、或过硫酸钠。
优选地，所述高速搅拌时的温度为0℃-100℃。
优选地，所述高速搅拌的时间为0.1-48h。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本表面亲水改性剂能有效改善树脂表面的亲水性能，表面接触角从100°以上下降到90°以下。
(2)本表面改性剂与常见树脂的相容性能良好。
(3)本表面改性剂能改善树脂的机械性能，尤其是韧性。
(4)本表面改性剂不会引入重金属离子，不会造成树脂污染。
(5)本表面改性剂制作方法简单，材料易得。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种用聚偏氟乙烯表面亲水改性剂的设计及其制备方法，该方法包括以下工艺步骤：称取烯丙醇聚氧乙烯醚(聚乙二醇衍生物，分子量2000)10份在200份水中溶解，与称取的过硫酸钾(过氧化物引发剂)0.1份与甲基丙烯酸月桂酯单体10份，在可控温高速混合机中25℃下高速搅拌，48h后将产物进行溶解沉淀，烘干即成。
获得的产物以3％、6％、9％、12％质量比添加入聚偏氟乙烯溶液中，使用溶液相转变法制成薄膜，测得表面接触角从未添加的105°，变为101°、92°、78°、63°，表面亲水性能明显改善，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的改善。使用万能拉伸仪测得断裂伸长率由未添加的40％，增加到58％、75％、93％、109％，韧性得到明显提高，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的改善。
实施例2
本实施例涉及一种用聚氯乙烯表面亲水改性剂的设计及其制备方法，该方法包括以下工艺步骤：称取聚乙二醇甲基丙烯酸酯(聚乙二醇衍生物，分子量10000)20份在100份乙酸正丙酯中溶解，与称取的叔丁基过氧化氢(引发剂)0.5份与甲基丙烯酸月桂酯单体25份，在可控温高速混合机中40℃下高速搅拌，24h后将产物进行溶解沉淀，烘干即成。
获得的产物以3％、6％、9％、12％质量比添加入聚氯乙烯粒料中，使用双螺杆挤出机共混，注塑样条，测得表面接触角从未添加的118°，变为109°、102°、95°、79°，表面亲水性能明显改善，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的改善。使用万能拉伸仪测得断裂伸长率由未添加的80％，增加到108％、135％、153％、179％，韧性得到明显提高，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的作用。
实施例3
本实施例涉及一种用聚苯乙烯表面亲水改性剂的设计及其制备方法，该方法包括以下工艺步骤：称取聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(分子量100)50份在100份乙酸丁酯中溶解，与称取的过氧化物引发剂5份与甲基丙烯酸月桂酯单体50份，在可控温高速混合机中25℃下高速搅拌，48h后将产物进行溶解沉淀，烘干即成。
获得的产物以3％、6％、9％、12％质量比添加入聚苯乙烯粒料中，使用双螺杆挤出机共混，注塑样条，测得表面接触角从未添加的108°，变为101°、92°、85°、74°，表面亲水性能明显改善，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的改善。使用万能拉伸仪测得断裂伸长率由未添加的26％，增加到38％、45％、63％、79％，韧性得到明显提高，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的作用。
实施例4
本实施例涉及一种用聚丙烯表面亲水改性剂的设计及其制备方法，该方法包括以下工艺步骤：称取甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(分子量100000)10份在1000份NN-二甲基甲酰胺中溶解，与称取的过氧化物引发剂4份与甲基丙烯酸月桂酯单体20份，在可控温高速混合机中25℃下高速搅拌，48h后将产物进行溶解沉淀，烘干即成。
获得的产物以3％、6％、9％、12％质量比添加入聚丙烯粒料中，使用双螺杆挤出机共混，注塑样条，测得表面接触角从未添加的115°，变为104°、97°、85°、72°，表面亲水性能明显改善，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的改善。使用万能拉伸仪测得断裂伸长率由未添加的126％，增加到131％、142％、165％、179％，韧性得到明显提高，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的作用。
实施例5
本实施例涉及一种用聚丙烯表面亲水改性剂的设计及其制备方法，该方法包括以下工艺步骤：称取甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(分子量100000)10份在200份NN-二甲基乙酰胺中溶解，与称取的过氧化物引发剂0.1份与甲基丙烯酸月桂酯单体10份，在可控温高速混合机中25℃下高速搅拌，48h后将产物进行溶解沉淀，烘干即成。
获得的产物以3％、6％、9％、12％质量比添加入聚丙烯粒料中，使用双螺杆挤出机共混，注塑样条，测得表面接触角从未添加的115°，变为104°、97°、85°、72°，表面亲水性能明显改善，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的改善。使用万能拉伸仪测得断裂伸长率由未添加的126％，增加到131％、142％、165％、179％，韧性得到明显提高，且由梯度相关性，能说明是该改性剂产生的作用。
可见，本表面亲水改性剂能有效改善树脂表面的亲水性能，表面接触角从100°以上下降到90°以下。本表面改性剂与常见树脂的相容性能良好。本表面改性剂能改善树脂的机械性能，尤其是韧性。本表面改性剂不会引入重金属离子，不会造成树脂污染。本表面改性剂制作方法简单，材料易得。本方法合成的表面亲水改性剂对树脂进行表面改性，不仅能改善表面亲水性，也可增强基体树脂的柔韧性，可广泛用于聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯和ABS等领域。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种用于疏水材料的表面亲水改性剂的制备方法，其特征在于，所述改性剂为无规共聚物，所述制备方法包括如下步骤：
称取聚乙二醇衍生物，在溶剂中溶解；
称取自由基聚合反应引发剂和甲基丙烯酸月桂酯单体；
将上述组分放置于高速混合机中，高速搅拌；
之后将产物进行溶解沉淀，烘干，即得所述改性剂；
所述聚乙二醇衍生物：溶剂：自由基聚合反应引发剂：甲基丙烯酸月桂酯单体的重量份数比例为10-50：100-1000：0.1-5：10-50；
所述聚乙二醇衍生物选自烯丙醇聚氧乙烯醚，聚乙二醇甲基丙烯酸酯，聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇衍生物为单烯丙基封端聚乙二醇，Mw＝100-100000；或为丙烯酸酯封端聚乙二醇，Mw＝100-100000。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丁酮，甲苯，乙酸乙酯，乙酸正丙酯，乙酸丁酯，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，N-甲基吡咯烷酮，磷酸三乙酯，或磷酸三丁酯。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述自由基聚合反应引发剂为常规的能引发自由基聚合反应的引发剂。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述自由基聚合反应引发剂为过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、偶氮类引发剂、或过硫酸盐。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈、或偶氮二异庚腈；所述过硫酸盐为过硫酸钾、或过硫酸钠。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌时的温度为0℃-100℃。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌的时间为0.1-48h。
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