文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
PET的辐射接枝及诱导自增容增韧改性研究
姓名:平翔
申请学位级别:博士
专业:高分子化学与物理
指导教师:葛学武;汪谟贞
2011-04-30
摘要
摘要
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)由于具有较高的机械强度、突出的耐化学性、
耐热性和优良的电性能,而广泛应用于薄膜、纺织纤维、包装材料和生物材料
等众多领域。但由于其表面惰性和缺口冲击强度差的缺点限制了它在一些领域
的应用。γ-射线辐射诱导接枝共聚合反应作为一种新型的聚合物材料接枝改性
方法已成功应用于一些功能性材料的研发与生产。因此,本论文把γ-射线辐射
诱导接枝聚合法应用于 PET 材料的接枝改性中,改善了其表面性能,并提出了
PET 辐射诱导自增容的概念,采用辐射接枝的方法制备了 PET 的共混增容剂,
构筑新型的 PET 增韧体系,并取得了以下研究成果:
1. 利用γ-射线辐射诱导接枝聚合反应,实现了丙烯酸羟乙酯(HEA)和甲
基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体在 PET 薄膜上的接枝聚合。相对于其它方法,
如等离子体辐射和紫外辐射接枝法等,这种方法简单易行,且所得到的接枝率
较高。当 PET 膜表面接枝 HEA 单体后,PET 膜的接触角从原始的 °下降到
°,提高了其表面亲水性。对于 GMA 单体,其在 PET 膜表面的最高接枝率
可达 418%。高活性环氧基团的引入,为 PET 材料的进一步功能化打下了基础。
2. 从利用辐射接枝聚合反应合成 PET 自增容剂的目的出发,研究了丙烯酸
正丁酯(BA)单一单体和丙烯酸正丁酯与苯乙烯(St)混合单体在 PET 薄膜上
的辐射诱导接枝反应及其热力学性质。(1)对于 BA 单体的辐射接枝聚合,由
于其辐射化学产额较高,反应在醇类溶剂和外加阻聚剂的条件下进行。实验证
明,以甲醇为溶剂,阻聚剂 FeSO4 浓度为 wt%,BA 浓度为 25 wt%,剂量率
为 kGy/h,吸收剂量为 35 kGy 时,接枝率达到最大值 %。由于柔性 PBA
侧链和 PET 主链间微相分离的发生,PET-g-PBA 接枝共聚物膜中的 PET 和 PBA
的玻璃化转变温度与各自均聚物的玻璃化转变温度近乎相同。因为 PET-g-PBA
接枝共聚物中含有 PET 和 PBA 两种高分子链结构,有望作为 PET 与弹性体(如
丙烯酸酯橡胶)共混物的自增容剂,以提高 PET 复合材料的冲击韧性;(2)对
于 BA 和 St 混合单体的辐射接枝聚合,研究了接枝共单体组成、吸收剂量对接
枝率和接枝共聚物组成的影响。实验证明,在 BA/St 摩尔比为 4/1 时,剂量率
为 kGy/h,吸收剂量为 35 kGy 时,总接枝率为 %,其中 PBA 和 PS 各
自的接枝率分别为 %和 %。由于柔性接枝共聚物侧链与 PET 大分子主
链间有较好的相容性,PET 的 Tg 随着接枝分子链化学组成的不同而有不同程度
的降低。由于接枝共聚物的组成及柔韧性可以通过接枝条件的控制来进行调整,
所制备的 PET-g-P(BA-co-St)接枝共聚物有望作为 PET 辐射接枝改性增容剂来构
I
摘要
筑新型的 PET 增韧体系。
3. 丙烯酸在 PET 薄膜上的辐射接枝及纳米银抗菌杂化膜的制备。首先通过
γ-射线辐射诱导接枝聚合反应制备了 PET-g-PAA 共聚物薄膜,然后利用物理吸
附和化学还原的方法将银纳米粒子成功地负载在 PET-g-PAA 薄膜表面。热失重
分析表明负载的银纳米粒子的量在 20-36 wt%之间,可以通过控制 PAA 在 PET
薄膜上的接枝率来调整。抗菌实验结果表明,PET-g-PAA/Ag 杂化膜在一小时内
达到对大肠杆菌(E. coli) 100%的杀菌效率,并且具有高效的稳定性。此方法提
供了一种简便制备具有高效抗菌性能的 PET 材料的新途径。
4. 研究了 PET 辐射接枝共聚物(PET-g-PAA)对增韧 PET/弹性体(ST2000)
复合材料性能的影响。将通过辐射接枝聚合制备的 PET-g-PAA 以一定比例加入
到 PET 与弹性体增韧剂 ST-2000 的共混体系中,利用熔融加工时的接枝反应,
提高了不相容两相的界面相容性。通过对复合材料冲击断面的 SEM 观察发现,
其界面的微观结构出现了微纤状的塑性变形突起,且断面粗糙,由脆性断裂转
变为韧性断裂。当加入 6 wt%的 PET-g-PAA 时,PET 复合材料缺口冲击韧性由
之前的 kJ/m2 提高到了 kJ