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辐射接枝改性的原理和方法

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:辐射接枝是高分子材料表面改性的一个重要方法,与传统接枝方法相比具有它自身的特点。不同表面接枝改性方法比较如表4-4所示。这是因为采用化学法对固态纤维进行接枝改性时,在其表面很难形成均匀的引发点,而利用电离辐射,特别是能量高、穿透力强的γ辐射,可以在整个纤维中均匀地形成自由基,便于接枝反应的进行。相对于紫外引发接枝,电离辐射可被物质非选择性吸收,因此可应用于任何一对聚合物-单体体系的接枝共聚体系。

辐射接枝改性的原理和方法

辐射接枝是高分子材料表面改性的一个重要方法,与传统接枝方法相比具有它自身的特点。不同表面接枝改性方法比较如表4-4所示。

表4-4 各种接枝方法的比较

(1)相对于化学法接枝,辐射引发的接枝反应更为均匀有效。这是因为采用化学法对固态纤维进行接枝改性时,在其表面很难形成均匀的引发点,而利用电离辐射,特别是能量高、穿透力强的γ辐射,可以在整个纤维中均匀地形成自由基,便于接枝反应的进行。

(2)相对于紫外引发接枝,电离辐射可被物质非选择性吸收,因此可应用于任何一对聚合物-单体体系的接枝共聚体系。

(3)辐射接枝操作简单,室温甚至低温下已可完成。同时,可以通过调整剂量、剂量率、单体浓度等方法来控制反应,从而得到所需的接枝速度、接枝率和接枝深度(表面或本体接枝)。而紫外线等离子体只引发基材表面附近的反应,难以在聚合物内部引发接枝反应。

(4)辐射接枝反应无须外界引入引发剂,所以得到的接枝共聚物绝对纯净。

常用的辐射接枝法按照辐射与接枝程序的不同可分为共辐射接枝法和预辐射接枝法两种。

1.共辐射接枝法(www.xing528.com)

共辐射接枝法也可称作直接辐照或同时辐照接枝,是指将待接枝的聚合物A和乙烯基单体B共存的条件下辐照,易生成均聚物。单体B可以是气态、液态或溶液状态,便于和聚合物基体A保持良好的接触。辐照会在聚合物A和单体S同时产生活性粒子,相邻的两个自由基成键,这时单体发生接枝聚合反应。但是由于所产生的大量自由基的非选择性,不可避免地存在单体B均聚物的生成。共辐射接枝聚合示意图如图4-6所示。

图4-6 共辐射接枝聚合过程示意图

共辐射接枝的优点是操作简便,辐照与接枝过程可以在辐射场内同时进行;聚合物经过辐照产生的自由基可以马上利用,引发接枝反应,能充分利用辐射能源,对聚合物自由基的利用率最高(可达100%),所以共辐射接枝要求剂量较低;另外,单体B对聚合物A有一定的保护作用,尤其对辐射稳定性较差的聚合物,这样可以降低聚合物A的辐照裂解程度。其缺点是体系发生接枝反应的同时,单体B发生均聚反应,当单体浓度较高时,这一现象更为严重,不仅降低了接枝效率,而且生成的均聚物常附着在聚合物基材上,增加了去除均聚物的难度。

2.预辐射接枝法

预辐射接枝法是将聚合物A在有氧或真空条件下辐照,然后在无氧条件下放入单体B中进行接枝聚合。这种方法的特点为辐照与接枝是分步进行的,优点为最大限度地减小了产生均聚物的可能性,并且在无辐照源的地方人们也可以从事一些辐射接枝的研究和生产;缺点是由于产生的自由基存活时间不长,接枝时的自由基利用率降低,对于接枝率和接枝效率都有负面的影响。预辐照接枝机理如图4-7所示。

图4-7 预辐照接枝机理

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