CN112831080B - 一种表面亲水的聚乙烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料的制备技术领域，特别涉及一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，采用环氧基团接枝的聚乙烯，在一定温度和咪唑的促进作用下，其表面的环氧基团与溶液中的聚乙烯醇的部分羟基产生化学反应，形成聚乙烯表面的大分子与聚乙烯醇大分子之间的牢固的化学键结合，利用聚乙烯醇的亲水性，将聚乙烯表面的疏水性转变为亲水性，接触角检测结果表明，随聚乙烯醇浓度、反应温度和反应时间的增加，亲水性增强，本发明工艺简单，成本低，容易实施，效率高，表面改性后的聚乙烯产品可用于排油污的管道或其它有亲水要求的使用场合。

Description

一种表面亲水的聚乙烯的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料的制备技术领域，特别涉及一种表面亲水的聚乙烯的制备方法。
背景技术
聚乙烯是制作排水管的主要材料，由于普通聚乙烯属亲油疏水的材料，生活中的食用油污水排入聚乙烯排水管易沉积于管壁，随日积月累，油污沉积层不断增加，造成管道堵塞，给日常生活造成很大困扰，主要成分为脂肪酸酯的动物油的影响最大。工业中为减缓油污沉积，常用的解决方法为在管道内表面涂覆低表面能的涂层（如氟硅化物等），产生疏油的效果，但成本高，耐久性差异大，难以用于民用排水管；在聚乙烯材料中添加低表面能物质，由于添加量大，成本高，效果有限而未能进入大批量应用。生活排污聚乙烯管道因油污堵塞的问题一直未能解决，迫切需要开发低成本油污不易沉积的聚乙烯排水管。
亲水的表面可形成水膜，从而阻止油污的沉积，因此将疏水的聚乙烯管表面转变为亲水，可减缓油污的沉积。与此同时，将亲水物质以化学键的方式与表面聚乙烯大分子结合，可提高其表面亲水的耐久性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种表面亲水的聚乙烯的制备方法及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，采用环氧基团接枝的聚乙烯，在一定温度和咪唑的促进作用下，其表面的环氧基团与溶液中的聚乙烯醇的部分羟基产生化学反应，形成聚乙烯表面的大分子与聚乙烯醇大分子之间的牢固的化学键结合，利用聚乙烯醇的亲水性，将聚乙烯表面的疏水性转变为亲水性。
为实现上述目的，本发明提供了一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，用溶液法在聚乙烯材料表面通过化学键接入聚乙烯醇，具体包括如下步骤：
A：制备聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇按浓度重量百分数3～10%加入到热水中；
B：将环氧基团接枝的聚乙烯与步骤A所得的溶液混合，并加入咪唑促进剂，按占聚乙烯醇的重量百分数计，咪唑促进剂的含量为3～10%；
C：将步骤B中所得的混合液反应3分钟以上，得到表面亲水的聚乙烯。
进一步地，步骤B中环氧基团接枝的聚乙烯为环氧基团接枝率大于0.1%的高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或其混合物。
进一步地，步骤B中所述咪唑促进剂指含有两个氮原子的五元环，其中一个氮原子构成仲胺，另一个氮原子构成叔胺类的物质。
进一步地，步骤A中热水的温度为70～100℃。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
由于聚乙烯醇存在大量羟基，因此在聚乙烯表面引入了牢固结合的大量羟基基团，由于羟基的亲水性，使聚乙烯表面由疏水转变为亲水，通过改变聚乙烯醇溶液浓度、咪唑促进剂含量、环氧基团接枝聚乙烯的接枝率和反应温度，可调节其亲水性。本发明工艺简单，成本低，容易实施，效率高，表面改性后的聚乙烯产品可用于排油污的管道或其它有亲水要求的使用场合。
附图说明
图1为本发明接枝于聚乙烯表面的环氧基团在咪唑的作用下开环；
图2为本发明环氧基团接枝聚乙烯与聚乙烯醇的反应。
具体实施方式
本发明通过下面的实施例予以进一步说明，但实施例并不限定本发明的范围。
本发明的原理为：在聚乙烯制品表面，接枝于聚乙烯的环氧基团在一定温度下与咪唑反应开环，示意图如图1所示；开环后的产物与聚乙烯醇的部分羟基反应，脱去水后与环氧基团接枝聚乙烯产生化学结合，示意图如图2所示。
表面特性表征：用注塑法制做试片，对未表面处理和经表面处理的聚乙烯试片用光学接触角测量仪记录水和花生油接触角，在不同位置测量5次，取平均值。
空白组1：对未经表面处理的高密度聚乙烯（牌号为5000S）试片进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
空白组2：对未经表面处理的低密度聚乙烯（牌号为1F7B）试片进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例1：将环氧接枝高密度聚乙烯（接枝率0.5%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置3%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温95℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入10%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应10分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例2：将环氧接枝高密度聚乙烯（接枝率0.5%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置5%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温95℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入8%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应15分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例3：用环氧接枝高密度聚乙烯（接枝率0.5%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置7%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温95℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入5%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应30分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例4：用环氧接枝高密度聚乙烯（接枝率0.5%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置9%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温95℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入5%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应60分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例5：用环氧接枝高密度聚乙烯（接枝率0.5%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置5%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温80℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入8%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应30分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例6：用环氧接枝高密度聚乙烯（接枝率0.5%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置5%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温85℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入8%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应30分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例7：用环氧接枝低密度聚乙烯（接枝率0.6%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置5%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温95℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入8%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应30分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
实施例8：用环氧接枝低密度聚乙烯（接枝率0.6%）经200℃注塑成100mmX100mm的光滑试片，配置7%重量百分比浓度的聚乙烯醇水溶液放入烧杯，保持水温95℃，以占聚乙烯醇的重量百分数计，加入5%的2-乙基4-甲基咪唑（2E4MZ），溶液中放入试片反应30分钟，取出试片。用蒸馏水冲洗并烘箱中80℃干燥1小时，重复3次，进行水和花生油接触角检测，结果见表1。
表1 接触角检测结果
实验组 聚乙烯种类 接枝率（%） 聚乙烯醇浓度（%） 咪唑促进剂含量（%）* 溶液温度（℃） 处理时间（分） 聚乙烯表面与水接触角（℃） 聚乙烯表面与油接触角（℃）
空白组1 高密度聚乙烯 0 0 0 0 0 91.3 20.6
空白组2 低密度聚乙烯 0 0 0 0 0 92.5 20.8
实施例1 环氧接枝高密度聚乙烯 0.5 3 10 95 10 21.0 23.3
实施例2 环氧接枝高密度聚乙烯 0.5 5 8 95 15 15.8 28.0
实施例3 环氧接枝高密度聚乙烯 0.5 7 5 95 30 13.2 29.0
实施例4 环氧接枝高密度聚乙烯 0.5 9 5 95 60 10.6 29.3
实施例5 环氧接枝高密度聚乙烯 0.5 5 8 80 30 18.3 28.3
实施例6 环氧接枝高密度聚乙烯 0.5 5 8 85 30 15.4 28.8
实施例7 环氧接枝低密度聚乙烯 0.6 5 8 95 30 16.7 27.8
实施例8 环氧接枝低密度聚乙烯 0.6 7 5 95 30 14.6 27.9
*：占聚乙烯醇的重量百分数
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，其特征在于，用溶液法在聚乙烯材料表面通过化学键接入聚乙烯醇，具体包括如下步骤：
A：制备聚乙烯醇溶液，将聚乙烯醇按浓度重量百分数3～10%加入到热水中；
B：将环氧基团接枝的聚乙烯与步骤A所得的溶液混合，并加入咪唑促进剂，按占聚乙烯醇的重量百分数计，咪唑促进剂的含量为3～10%；
C：将步骤B中所得的混合液反应3分钟以上，得到表面亲水的聚乙烯。
2.根据权利要求1所述的一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，其特征在于：步骤B中环氧基团接枝的聚乙烯为环氧基团接枝率大于0.1%的高密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或其混合物。
3.根据权利要求1所述的一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，其特征在于：步骤B中所述咪唑促进剂指含有两个氮原子的五元环，其中一个氮原子构成仲胺，另一个氮原子构成叔胺类的物质。
4.根据权利要求1所述的一种表面亲水的聚乙烯的制备方法，其特征在于：步骤A中热水的温度为70～100℃。
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