[发明专利]一种聚合物材料表面改性的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物材料表面改性的方法，更具体地，涉及一种利用等离子体引发的接枝聚合的聚合物材料表面改性的方法，该聚合过程为气相接枝过程，还涉及一种在聚合物表面改性过程中使用的装置。

背景技术

等离子体技术已在各类材料表面改性领域有较为广泛的应用，通常分为常压等离子体技术和低压等离子体技术，这两种技术在实际应用中各有其优点：前者可在大气压条件下工作，无需密闭舱室，可实现连续化生产，成本较低；后者因为易于控制、使用工作气体种类广泛、处理模式易于调控、处理效果均匀等特点。但是，两种技术均存在的主要缺陷在于，材料表面经等离子体活化处理后，其效果不够持久，需要通过进一步的接枝反应来巩固处理效果或进一步功能化。

目前，上述接枝反应主要是在通过液相接枝完成，例如：ZL03119326.9公开了一种聚丙烯纤维或织物的染色方法，其包括将聚丙烯纤维或织物放入低温等离子体处理设备的反应腔中进行低温等离子体处理，处理功率20-120W，真空度26.6-133Pa；然后将处理后的纤维或织物浸泡在丙烯酸、丙烯酰胺等溶液中；最后处理后的纤维或织物采用常压沸染法去染色。专利申请CN200410000640.9公开了一种对聚烯烃中空纤维孔膜进行改性处理的方法，其包括将聚烯烃中空纤维膜放入低温等离子反应装置中处理，放电功率10-150W，等离子体气氛采用非聚合性气体；通入活性单体溶液进行接枝聚合反应。

上述材料表面进行等离子体处理后与聚合单体的液相进行接枝反应，难以实现连续化作业，处理后的废液会对环境造成污染。随着我国环保法规的日益严格，等离子体引发气相接枝技术作为两种“干式清洁技术”的有机整合，在节约能源、降低污染物的排放等方面具有极其重要的意义。

WO 98/10116提供了一种薄膜材料的等离子体化学气相沉积超声波雾化喷嘴进给装置，其特征在于，利用超声波雾化喷嘴为化学气相沉积反应舱室提供气化单体，并可控制气化单体的进给量。但上述已有的方法，其气化单体直接受到等离子体的照射，在薄膜表面发生等离子体聚合反应，所生成的聚合物沉积在材料表面，与材料表面的结合强度弱。专利ZL03119326.9公开了一种聚丙烯纤维或织物的染色方法：将丙烯酸、乙烯吡啶或乙烯吡咯烷酮单体通入低温等离子体设备的反应腔中，使丙烯酸、乙烯吡啶或乙烯吡咯烷酮单体气氛起辉对聚丙烯纤维或织物进行低温等离子体处理，处理后的纤维或织物采用常压沸染法进行染色。

现有技术采用等离子体引发技术对聚合物材料表面改性的方法中，存在不能连续化生产、或反应温度不可控、或者聚合物材料表面接枝效果不理想等缺陷，鉴于上述缺陷提出本发明的聚合物材料表面接枝的方法，接枝聚合温度可控、反应时间短、接枝效果理想以及能连续化处理等优点。

发明内容

本发明的一个发明目的是提供一种聚合物材料表面改性的方法，该方法的接枝聚合时温度可控、聚合反应时间短、接枝效果理想以及在工业上能连续化处理等优点。

本发明的另一发明目的是提供一种聚合物材料表面改性的装置，该装置能够实现聚合物材料表面等离子处理与气相接枝处理在同一个装置内分步完成，可以控制气相接枝处理的反应温度，使得聚合物材料表面处理工艺简单而接枝效果好。

为实现本发明的第一个发明目的，一种聚合物材料表面改性的方法，采用如下技术方案：

将聚合物材料先进行表面等离子体处理；然后将处理后的聚合物材料放入已预先升温至50～150℃的气相接枝反应装置，随后通入气态或雾化单体与所述的处理后的聚合物材料表面进行气相接枝反应。

其中，在气相接枝之前，经表面等离子处理后的聚合物材料暴露在空气中放置10～120min。

表面等离子处理后的聚合物材料在空气中放置的目的在于让表面生成大量的自由基与氧气充分反应，以转化成过氧化物的形式被保护起来，在气相接枝反应的温度作用下，聚合物材料表面的过氧化物受热后会重新释放出的自由基，在与气态或雾化单体接触的过程中引发接枝聚合反应。

本发明所述的表面等离子体处理采用现有技术所公开的所有方法，其优选将聚合物材料放入到等离子设备的反应腔中进行表面等离子处理，处理功率50～1000W，反应腔内压强为10～10⁵Pa。

所述的等离子处理中的工作气氛为氩气、氧气、氮气、氢气或甲烷气的一种或其两种以上的混合气体。

所述等离子体发生频率为40KHz或13.56MHz。

等离子处理中的工作气体的流速为100～1000cm³/min

所述的表面等离子处理的时间为1～30min。