[發明專利]一種超高分子量聚乙烯表面光引發可控自由基聚合接枝的方法

有效

• 申請號: 201110287071.0
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102504320A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李志;麥永懿;吳向陽;張煒;趙春保;王新威
• 申請（專利權）人: 上海化工研究院;上海聯樂化工科技有限公司
• 主分類號: C08J7/18
• 分類號: C08J7/18;C08J7/12;C08J7/02
• 代理公司: 上海華工專利事務所 31104
• 代理人: 應云平

技術領域

本發明涉及一種高分子聚合物材料的表面化學改性方法，具體地說，涉及一種超高分子量聚乙烯材料的表面聚合接枝改性的方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一種線型結構的具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料。世界上最早由美國Allied?Chemical公司于1957年實現工業化生產，此后德國Hoechst公司、美國Hercules公司、日本三井石油化學公司等也相繼投入工業化生產。我國于1964年研制成功并投入工業化生產，限于當時條件，產物分子量約150萬左右，隨著工藝技術的進步，目前產品分子量可達100萬～400萬以上。

超高分子量聚乙烯的發展十分迅速，80年代以前，世界平均年增長率為8.5％，進入80年代以后，增長率高達15％～20％。我國的平均年增長率在30％以上。1978年世界消耗量為12,000～12,500噸，而到1990年世界需求量約5萬噸，其中美國占70％。

超高分子量聚乙烯平均分子量約35～800萬，因分子量高而具有其它塑料無可比擬的優異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學腐蝕等性能。而且，超高分子量聚乙烯耐低溫性能優異，在-40℃時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在-269℃下使用。

超高分子量聚乙烯因其具有優異的物理機械性能，使它廣泛應用于機械、運輸、紡織、造紙、礦業、農業、化工及體育運動器械等領域，其中以大型包裝容器和管道的應用最為廣泛。另外，由于超高分子量聚乙烯優異的生理惰性，已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關節等在臨床醫學上獲得使用。

超高分子量聚乙烯分子鏈由簡單的亞甲基(-CH₂-)鏈節組成，使得其表面不僅沒有任何反應活性點，難以與樹脂形成化學鍵結合，而且亞甲基的非極性，使其表面能極低，不易被其它樹脂浸潤，親水性能差。因此，提高超高分子量聚乙烯的界面性能成為復合材料生產過程中需要解決的首要問題，對超高分子量聚乙烯進行表面處理，以提高復合材料的界面結合強度，已成為復合材料科學研究的重要課題之一。

對超高分子量聚乙烯進行表面處理的目的是清除或強化弱邊界層，使惰性表面層活化，這就需要在其非極性的表面引入羧基、羰基、羥基等極性基團。目前，超高分子量聚乙烯的表面改性方法較多，主要的改性方法有：

1、化學刻蝕法，缺點是污染較嚴重，對力學性能影響較大。

2、電暈處理，優點是環保性好，成本低，方法簡單，對力學性能影響較小，但是改性效果容易衰減。

3、低溫等離子體處理，優點是環保性好，改性效果好，方法簡單，但是成本較高，不易實現連續性處理，同時也存在改性效果衰減的問題

4、光接枝改性，目前常用的輻照源是紫外光，其優點是環保性好，成本低，改性效果較好，對力學性能幾乎無影響，改性效果保持長久，但是目前所進行的光接枝改性方法，不易控制，且副反應較多，接枝效率較低，產生均聚物明顯。

5、涂層法，該法是在UHMWPE表面上涂上一層試劑，這種試劑應具有偶聯劑的作用，能提高UHMWPE與其他基體的相容性。

現有技術中，蘇州大學馮璐等人[紡織學報，2008，29(12)：6～8]為提高聚乙烯(PE)纖維表面的親水性，先在常壓下用氦氣輝光放電處理纖維，再接枝丙烯酸。對不同放電處理工作參數下PE纖維表面的接觸角和接枝率變化進行規律性和原理分析。用IR和SEM、EDS分析處理前后PE纖維表面形態變化。實驗結果表明：不同輝光放電處理工作參數下PE纖維表面接枝丙烯酸(AA)后使材料的接觸角和接枝率呈現不同的規律性變化；經等離子體處理后接枝AA，在PE纖維表面成功引入了極性基團，顯著提高了其親水性，但是該方法成本較高。

清華大學陳翠仙等人[膜科學與技術，2006，26(1)：7～10]利用O₃處理超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜，使其表面產生活性點，然后將甲基丙烯酸(MAA)，甲基丙烯酸羥乙酯接枝在膜表面上，用ATR-FTIR、XPS等對O₃活化及接枝前后的UHMWPE微孔膜結構進行了表征，接觸角測試表明接枝后微孔膜具有較好的親水性。