聚乙二醇重氮树脂在聚乙烯膜材料表面的静电自组装及表面亲水改性

摘要

聚乙二醇具有良好的亲水性、不荷电性，因此聚乙二醇以及含有聚乙二醇分子链的聚合物被广泛应用于疏水性物质的表面改性，以提高其亲水、抗污染等性能。静电自组装是近年来发展起来的表面处理新技术，是指带相反电荷的聚电解质在水溶液中相互吸引从而形成超薄膜的技术。本文中，我们首先合成端基阳离子性的聚乙二醇重氮树脂，再通过铬酸氧化法在聚乙烯的表面引入羧基阴离子，用静电自组装的方法在羧化聚乙烯的表面组装上聚乙二醇重氮树脂。再对组装体系辅以紫外光照射，使重氮基团分解，聚乙二醇分子链在聚乙烯表面的连接方式由离子键转变为共价键，提高了连接的稳定性。结合红外、扫描电镜、紫外.可见分光分析以及X射线光电子能谱等分析测试手段研究了聚乙二醇重氮树脂的合成，及其在羧化聚乙烯薄膜和多孔膜表面的静电自组装。并考察了组装改性体系的表面性能和化学结构。主要包括以下几部分内容：
　　 1.通过聚乙二醇单甲醚与异氰酸酯以及对苯二胺的一系列反应合成了聚乙二醇重氮树脂，用化学氧化法在聚乙烯薄膜的表面得到了羧基。采用紫外可见分光分析研究了聚乙二醇重氮树脂的光分解性质，得出其光分解半衰期为32.4s。借助红外分析研究了紫外光照射前后和组装改性前后聚乙烯薄膜表面的官能团变化，分析结果表明亲水化改性后聚乙二醇分子链通过共价键稳定的存在于聚乙烯薄膜的表面。
　　 2.对聚乙二醇重氮树脂在聚乙烯薄膜表面的组装工艺进行研究，得出重氮树脂改性聚乙烯薄膜的最佳工艺为：采用PEG1200重氮树脂作为表面处理剂，聚乙烯薄膜在70℃的铬酸中氧化5min，羧化后薄膜在pH=12的NaOH中预处理。通过XPS分析计算得出此条件下聚乙二醇在聚乙烯薄膜表面的覆盖率为19.9％，组装改性后聚乙烯薄膜表面的水接触角由104.0°降低为51.2°。同时还对聚乙烯薄膜亲水化改性效果的稳定性和持久性进行了研究。研究发现组装改性后的聚乙烯薄膜亲水性具有较好的稳定性，能耐三元极性溶剂的刻蚀：同时还具有持久性，在水中浸泡两月之后亲水性仍然保持。
　　 3.在聚乙二醇重氮树脂对聚乙烯薄膜亲水化改性研究的基础上，实现了对聚乙烯多孔膜的亲水化改性。对聚乙烯多孔膜的羧化条件进行了研究，得出在保持聚乙烯多孔膜结构的基础上最佳引入羧基的条件为：55℃的铬酸中氧化1min。压汞仪分析表明组装改性前后聚乙烯多孔膜的孔隙率和孔径分布变化不大，组装改性未影响聚乙烯多孔膜的本体性能。改性后膜的表面和膜孔内部都具有亲水性，水接触角测试时由于水被吸到膜孔内部从而导致其表面接触角为0°，水通量在压力0.01MPa、乙醇预处理的条件下也由原来的79.10kg/m2h上升为89.63kg/m2h。红外和XPS分析表明聚乙二分子链稳定的存在于聚乙烯多孔膜的表面，计算得出其覆盖率为34.0％。组装改性后的聚乙烯多孔膜具有较好的抗蛋白质污染性，其蛋白质吸附量仅为原始膜的一半，且吸附蛋白质后容易清洗，清洗速率较快，清洗后水通量的恢复率也较高能达到97.6％，而原始膜仅为84.5％。