铈（Ⅲ）离子促进紫外光引发氟塑料膜表面接枝改性研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氟塑料的表面改性
• 1.2 氟塑料表面改性方法
• 1.2.1 化学处理法
• 1.2.2 等离子体处理方法
• 1.2.3 高能射线辐射法
• 1.2.4 电晕放电和火焰处理法
• 1.2.5 臭氧处理法
• 1.3 紫外光引发氟塑料表面接枝改性的研究
• 1.3.1 紫外光直接辐照氟塑料表面改性
• 1.3.2 紫外光诱导氟塑料表面接枝聚合改性
• 3+和Ce⁴⁺)离子的引发作用'>1.4 铈(Ce³⁺和Ce⁴⁺)离子的引发作用
• 4+引发表面接枝聚合反应'>1.4.1 Ce⁴⁺引发表面接枝聚合反应
• 3+的光氧化作用以及荧光效应'>1.4.2 Ce³⁺的光氧化作用以及荧光效应
• 1.5 本课题提出的目的、意义和创新点
• 第二章 紫外光辐照氟塑料表面接枝聚合机理
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料与设备
• 2.2.2 空白氟塑料膜的紫外光照
• 2.2.3 紫外光诱导氟塑料膜表面接枝聚丙烯酸（PAA）的研究
• 3+/H⁺和Ce⁴⁺体系对紫外光引发FEP膜表面接枝PAA改性的影响'>2.2.4 Ce³⁺/H⁺和Ce⁴⁺体系对紫外光引发FEP膜表面接枝PAA改性的影响
• 2.3 测试与表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 紫外光辐照空白氟塑料膜
• 2.4.2 紫外光辐照氟塑料膜表面接枝聚丙烯酸（PAA）的表征
• 3+/H⁺和Ce⁴⁺体系对紫外光引发FEP膜表面接枝PAA改性的影响'>2.4.3 Ce³⁺/H⁺和Ce⁴⁺体系对紫外光引发FEP膜表面接枝PAA改性的影响
• 2.4.4 氟塑料表面粘接强度的表征
• 2.4.5 接枝机理的提出
• 2.5 本章小结
• 3+/H⁺体系促进丙烯酸在FEP膜表面接枝聚合'>第三章 Ce³⁺/H⁺体系促进丙烯酸在FEP膜表面接枝聚合
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料、设备及表征法
• 3+/H⁺体系促进丙烯酸（AA）在聚全氟乙丙（FEP）膜表面接枝聚合'>3.3 Ce³⁺/H⁺体系促进丙烯酸（AA）在聚全氟乙丙（FEP）膜表面接枝聚合
• 3.3.1 实验内容
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 氟塑料膜表面接枝其他聚合物
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料、设备及表征方法
• 4.3 FEP膜表面接枝其他聚合物
• 4.3.1 FEP膜表面接枝聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）
• 4.3.2 FEP膜表面接枝PHEMA和PGMA
• 4.3.3 FEP膜表面接枝PNIPAM
• 4.4 紫外光诱导其他含氟基材表面接枝聚合
• 4.4.1 对PTFE膜表面进行接枝改性
• 4.4.2 聚偏氟乙烯PVDF和聚氟乙烯PVF膜表面接枝改性
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果
• 导师简介
• 附件