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铈（Ⅲ）离子促进紫外光引发氟塑料膜表面接枝改性研究

作　者: 李天民
导　师: 刘莲英
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 紫外光辐照铈离子氟塑料表面接枝
分类号: TQ320.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

含氟塑料由于表面能低,疏油疏水的特性而限制了其在诸多领域应用范围。为了改善它的性能,有必要对其进行表面改性,以提高表面极性。接枝亲水性单体可以提高氟塑料表面浸润性、生物相容性。本文采用紫外光辐照基材,酸性条件下Ce(Ⅲ)的催化下在含氟聚合物薄膜表面接枝聚丙烯酸(PAA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)等单体,涉及到氟塑料基材有聚全氟乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)。对比了紫外光辐照、AA结合紫外光辐照、Ce3+/H+结合紫外光辐照、Ce4+结合紫外光辐照、Ce4+/AA结合紫外光辐照、Ce3+/H+/AA结合紫外光辐照几种引发体系对FEP膜接枝丙烯酸聚合改性的影响。实验表明对亲水性的提高效果高低顺序即水接触角(CA)测量值分别为109.0°、102.0°、110.0°、109.0°、100.2°和66.6°。实验证明了Ce3+/H+可以促进紫外光诱导聚丙烯酸在FEP膜表面的接枝聚合。研究了Ce3+浓度、单体丙烯酸浓度、紫外光光强、辐照时间对丙烯酸在FEP膜表面进行接枝改性的影响。结果表明随着铈离子浓度的增大,改性膜表面接枝率先上升后趋于平缓,接触角下降,单体浓度过高会引起均聚物增加而接枝物量下降,光强越大,接枝率随之增大,接触角逐渐降低,辐照时间越长,接枝程度越完全。小鼠IgG蛋白质吸附实验,显色反应中底物溶液的颜色和紫外-可见光光谱分析可知,改性后的膜表面蛋白质吸附量下降。可以通过覆盖光掩膜控制表面形成特定的图案化,原子力显微镜(AFM)观察改性前后膜的表面,可以发现膜表面粗糙度平均值Ra由空白膜的42.73nm下降到13.51nm。通过此种方法可以实现对PTFE膜等其他含氟基材进行表面接枝PEGMA、PNIPAM、PGMA、PBIS改性,表面亲水性和粘接性能得到改善。研究了在FEP表面接枝了PNIPAM、PHEMA、PEGMA以及PGMA,在PTFE表面引入了PAA、PEGMA和PHEMA,在PVDF膜表面引入了PAA和PBIS,在PVF膜表面引入了PAA和PHEMA,其中大分子聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PHEMA)在PTFE膜表面接枝改性,对X射线光电子能谱(XPS)表征结果中表面元素相对含量变化数据的计算,可以得知脱去的氟原子大概占原有氟原子的29%,对PVF膜进行表面接枝PAA改性,接触角可由88.5°下降到33.5°。验证了Ce3+/H+体系对紫外光引发氟塑料表面改性具有普适性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-23
  1.1 氟塑料的表面改性  13
  1.2 氟塑料表面改性方法  13-17
    1.2.1 化学处理法  14
    1.2.2 等离子体处理方法  14-15
    1.2.3 高能射线辐射法  15-16
    1.2.4 电晕放电和火焰处理法  16
    1.2.5 臭氧处理法  16-17
  1.3 紫外光引发氟塑料表面接枝改性的研究  17-19
    1.3.1 紫外光直接辐照氟塑料表面改性  17-18
    1.3.2 紫外光诱导氟塑料表面接枝聚合改性  18-19
  1.4 铈(Ce~(3+)和Ce~(4+))离子的引发作用  19-21
    1.4.1 Ce~(4+)引发表面接枝聚合反应  19-20
    1.4.2 Ce~(3+)的光氧化作用以及荧光效应  20-21
  1.5 本课题提出的目的、意义和创新点  21-23
第二章紫外光辐照氟塑料表面接枝聚合机理  23-33
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验部分  24-26
    2.2.1 主要原料与设备  24-25
    2.2.2 空白氟塑料膜的紫外光照  25
    2.2.3 紫外光诱导氟塑料膜表面接枝聚丙烯酸(PAA)的研究  25
    2.2.4 Ce~(3+)/H~+和Ce~(4+)体系对紫外光引发FEP膜表面接枝PAA改性的影响  25-26
  2.3 测试与表征  26
  2.4 结果与讨论  26-31
    2.4.1 紫外光辐照空白氟塑料膜  26-28
    2.4.2 紫外光辐照氟塑料膜表面接枝聚丙烯酸(PAA)的表征  28-29
    2.4.3 Ce~(3+)/H~+和Ce~(4+)体系对紫外光引发FEP膜表面接枝PAA改性的影响  29-30
    2.4.4 氟塑料表面粘接强度的表征  30
    2.4.5 接枝机理的提出  30-31
  2.5 本章小结  31-33
第三章 Ce~(3+)/H~+体系促进丙烯酸在FEP膜表面接枝聚合  33-53
  3.1 引言  33
  3.2 实验原料、设备及表征法  33-35
  3.3 Ce~(3+)/H~+体系促进丙烯酸(AA)在聚全氟乙丙(FEP)膜表面接枝聚合  35-51
    3.3.1 实验内容  35-36
    3.3.2 结果与讨论  36-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章氟塑料膜表面接枝其他聚合物  53-69
  4.1 引言  53
  4.2 实验原料、设备及表征方法  53-55
  4.3 FEP膜表面接枝其他聚合物  55-60
    4.3.1 FEP膜表面接枝聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)  55-58
    4.3.2 FEP膜表面接枝PHEMA和PGMA  58-59
    4.3.3 FEP膜表面接枝PNIPAM  59-60
  4.4 紫外光诱导其他含氟基材表面接枝聚合  60-67
    4.4.1 对PTFE膜表面进行接枝改性  61-64
    4.4.2 聚偏氟乙烯PVDF和聚氟乙烯PVF膜表面接枝改性  64-67
  4.5 本章小结  67-69
参考文献  69-75
致谢  75-77
攻读学位期间发表的学术论文及科研成果  77-79
导师简介  79-80
附件  80-81

铈（Ⅲ）离子促进紫外光引发氟塑料膜表面接枝改性研究

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