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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

李天民  
【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。


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