反氣相色譜法表征高聚物性質(zhì)的研究.pdf

1、目前高分子材料已在材料領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天、民用生活等各個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)有機(jī)高分子材料與金屬材料一樣，其表面性能在決定其最終用途中起著至關(guān)重要的作用，如制品的光澤、抗靜電性、對(duì)油漆/印刷油墨的黏附性、防沾污性、生物相容性、與其他材料的相容性及粘接性等，均與材料的表面性能直接相關(guān)。聚合物因表面能低、化學(xué)惰性大、表面污染及存在弱邊界層等原因往往難以潤(rùn)濕和粘合。因此，常常需要對(duì)高聚

2、物表面進(jìn)行處理以改變表面化學(xué)組成，增加表面能，改變結(jié)晶形態(tài)，以達(dá)到改善上述性能的目的。在高分子復(fù)合材料設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵就是根據(jù)材料性能的要求，正確的設(shè)計(jì)界面并據(jù)此選擇對(duì)增強(qiáng)材料的表面改性和復(fù)合的工藝，因此，了解增強(qiáng)材料的表面性能，諸如表面能，表面官能團(tuán)的種類和濃度，表面的反應(yīng)性就顯得十分重要。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和信息，可以評(píng)價(jià)材料表面改性的效果，預(yù)測(cè)增強(qiáng)材料與其基體間界面的相互作用。 反氣相色譜技術(shù)自上世紀(jì)七十年代以來(lái)在研究固體表面性

3、質(zhì)方面日益受到重視，它所采用的氣相色譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)便，而且可得到的數(shù)據(jù)量大，成為研究固體物質(zhì)表面物理化學(xué)性質(zhì)的一種很有用的技術(shù)。本文采用反氣相色譜技術(shù)對(duì)幾種高分子材料改性前后的表面性質(zhì)進(jìn)行了表征，比較了改性前后材料表面能、表面酸堿性等的變化，以期對(duì)表面改性效果有簡(jiǎn)便和可靠的預(yù)測(cè)。論文主要內(nèi)容如下： 利用辣根過(guò)氧化物酶(HRP)/H2O2催化O-甲氧基酚體系，以丙烯酰胺(AM)和丙烯酸(AA)為接枝單體對(duì)高密度聚乙烯顆粒進(jìn)

4、行表面改性。通過(guò)測(cè)定不同探針分子的保留體積，計(jì)算了吸附熱力學(xué)函數(shù)。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)接枝處理的聚乙烯顆粒與未處理聚乙烯顆粒相比，表面能的色散分量有了較大的提高，正構(gòu)烷烴在處理過(guò)的聚乙烯顆粒表面的吸附自由能增大。極性探針在改性前后的作用有明顯的差別，處理后的聚乙烯顆粒表面的酸性參數(shù)(KA)和堿性參數(shù)(KB)發(fā)生了明顯變化，AM接枝改性的聚乙烯表面堿性參數(shù)(KB)增大10倍，AA接枝改性的聚乙烯表面堿性參數(shù)(KB)增大20倍，表明接枝處理后顆粒

5、表面的酸堿性有明顯的提高，因而能有效地改善與基體樹脂的粘合性能。 高性能纖維由于其優(yōu)異性能，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航天、航海等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于其分子對(duì)稱性高、定向程度和結(jié)晶程度高，活性基團(tuán)少，使其與基體樹脂的粘結(jié)極不理想。因此，對(duì)其進(jìn)行表面改性就成為提高其增強(qiáng)復(fù)合材料性能的重要途徑。我們利用65％的濃硝酸溶液對(duì)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維、Kevlar纖維和PBO纖維表面進(jìn)行了酸處理，測(cè)定了改性前后各纖維表面的熱力

6、學(xué)吸附函數(shù)，結(jié)果表明，改性后纖維表面的表面能色散分量有了很大的提高，正構(gòu)烷烴在改性后纖維表面的吸附自由能顯著增大，極性探針分子與改性后纖維和未改性纖維的相互作用發(fā)生了明顯變化。處理后纖維表面的酸堿常數(shù)發(fā)生了變化，UHMWPE纖維表面的酸性和堿性常數(shù)都增大了約4倍，而Kevlar和PBO纖維在處理后其表面的堿性常數(shù)約增大了2倍，其表面的酸性常數(shù)都略有下降，這表明酸處理增強(qiáng)了纖維表面的酸堿性，有利于提高纖維與樹脂基體的粘合。 氰酸酯

7、樹脂(簡(jiǎn)稱CE)以其優(yōu)異的電絕緣性能，極低的吸濕率、較高的耐熱性、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性、良好的力學(xué)性能等，倍受人們的青睞，在電子、航空航天、絕緣清漆，涂料、膠粘劑、光學(xué)儀器、醫(yī)療器材等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于CE單體聚合后的交聯(lián)密度大，加上分子中三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，結(jié)晶度高，造成CE的固化物較脆，對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，仍不能滿足要求。為此，人們提出了許多改性的途徑。我們使用甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸乙酯(BT)共聚物對(duì)氰酸酯進(jìn)行了