[發明專利]一種聚合物材料表面改性的方法及其裝置

有效

• 申請號: 200910079920.6
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101831079A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 任婉婷;李鑫
• 申請（專利權）人: 中國紡織科學研究院
• 主分類號: C08J7/16
• 分類號: C08J7/16
• 代理公司: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 王明霞

技術領域

本發明涉及一種聚合物材料表面改性的方法，更具體地，涉及一種利用等離子體引發的接枝聚合的聚合物材料表面改性的方法，該聚合過程為氣相接枝過程，還涉及一種在聚合物表面改性過程中使用的裝置。

背景技術

等離子體技術已在各類材料表面改性領域有較為廣泛的應用，通常分為常壓等離子體技術和低壓等離子體技術，這兩種技術在實際應用中各有其優點：前者可在大氣壓條件下工作，無需密閉艙室，可實現連續化生產，成本較低；后者因為易于控制、使用工作氣體種類廣泛、處理模式易于調控、處理效果均勻等特點。但是，兩種技術均存在的主要缺陷在于，材料表面經等離子體活化處理后，其效果不夠持久，需要通過進一步的接枝反應來鞏固處理效果或進一步功能化。

目前，上述接枝反應主要是在通過液相接枝完成，例如：ZL03119326.9公開了一種聚丙烯纖維或織物的染色方法，其包括將聚丙烯纖維或織物放入低溫等離子體處理設備的反應腔中進行低溫等離子體處理，處理功率20-120W，真空度26.6-133Pa；然后將處理后的纖維或織物浸泡在丙烯酸、丙烯酰胺等溶液中；最后處理后的纖維或織物采用常壓沸染法去染色。專利申請CN200410000640.9公開了一種對聚烯烴中空纖維孔膜進行改性處理的方法，其包括將聚烯烴中空纖維膜放入低溫等離子反應裝置中處理，放電功率10-150W，等離子體氣氛采用非聚合性氣體；通入活性單體溶液進行接枝聚合反應。

上述材料表面進行等離子體處理后與聚合單體的液相進行接枝反應，難以實現連續化作業，處理后的廢液會對環境造成污染。隨著我國環保法規的日益嚴格，等離子體引發氣相接枝技術作為兩種“干式清潔技術”的有機整合，在節約能源、降低污染物的排放等方面具有極其重要的意義。

WO?98/10116提供了一種薄膜材料的等離子體化學氣相沉積超聲波霧化噴嘴進給裝置，其特征在于，利用超聲波霧化噴嘴為化學氣相沉積反應艙室提供氣化單體，并可控制氣化單體的進給量。但上述已有的方法，其氣化單體直接受到等離子體的照射，在薄膜表面發生等離子體聚合反應，所生成的聚合物沉積在材料表面，與材料表面的結合強度弱。專利ZL03119326.9公開了一種聚丙烯纖維或織物的染色方法：將丙烯酸、乙烯吡啶或乙烯吡咯烷酮單體通入低溫等離子體設備的反應腔中，使丙烯酸、乙烯吡啶或乙烯吡咯烷酮單體氣氛起輝對聚丙烯纖維或織物進行低溫等離子體處理，處理后的纖維或織物采用常壓沸染法進行染色。

現有技術采用等離子體引發技術對聚合物材料表面改性的方法中，存在不能連續化生產、或反應溫度不可控、或者聚合物材料表面接枝效果不理想等缺陷，鑒于上述缺陷提出本發明的聚合物材料表面接枝的方法，接枝聚合溫度可控、反應時間短、接枝效果理想以及能連續化處理等優點。

發明內容

本發明的一個發明目的是提供一種聚合物材料表面改性的方法，該方法的接枝聚合時溫度可控、聚合反應時間短、接枝效果理想以及在工業上能連續化處理等優點。

本發明的另一發明目的是提供一種聚合物材料表面改性的裝置，該裝置能夠實現聚合物材料表面等離子處理與氣相接枝處理在同一個裝置內分步完成，可以控制氣相接枝處理的反應溫度，使得聚合物材料表面處理工藝簡單而接枝效果好。

為實現本發明的第一個發明目的，一種聚合物材料表面改性的方法，采用如下技術方案：

將聚合物材料先進行表面等離子體處理；然后將處理后的聚合物材料放入已預先升溫至50～150℃的氣相接枝反應裝置，隨后通入氣態或霧化單體與所述的處理后的聚合物材料表面進行氣相接枝反應。

其中，在氣相接枝之前，經表面等離子處理后的聚合物材料暴露在空氣中放置10～120min。

表面等離子處理后的聚合物材料在空氣中放置的目的在于讓表面生成大量的自由基與氧氣充分反應，以轉化成過氧化物的形式被保護起來，在氣相接枝反應的溫度作用下，聚合物材料表面的過氧化物受熱后會重新釋放出的自由基，在與氣態或霧化單體接觸的過程中引發接枝聚合反應。

本發明所述的表面等離子體處理采用現有技術所公開的所有方法，其優選將聚合物材料放入到等離子設備的反應腔中進行表面等離子處理，處理功率50～1000W，反應腔內壓強為10～10⁵Pa。

所述的等離子處理中的工作氣氛為氬氣、氧氣、氮氣、氫氣或甲烷氣的一種或其兩種以上的混合氣體。

所述等離子體發生頻率為40KHz或13.56MHz。

等離子處理中的工作氣體的流速為100～1000cm³/min

所述的表面等離子處理的時間為1～30min。