烯醇式结构引发聚乙烯表面紫外接枝的研究.doc.doc

综合设计实验 北京师范大学化学学院化学系 金恩泉（0610150015） 指导老师：汪辉亮 教授 交论文日期：2008年12月17日 烯醇式结构引发聚乙烯表面紫外接枝的研究 金恩泉 （北京师范大学化学学院化学系 北京100875） 摘要：为了研究酮式-烯醇式互变异构平衡中，较活泼的烯醇式结构在聚乙烯表面紫外接枝中的引发效率，我们以甲基丙烯酸(MAA)为单体[9]、聚乙烯为基材、以水为溶剂并用丁酮烯醇式为引发剂，进行了紫外接枝实验。并通过测量聚乙烯片单位面积质量的增加量、羰基的吸收值、接触角，得到了当丁酮烯醇式作为引发剂时的引发效果。并发现丁酮烯醇式结构有很好的引发效果。因此，使实际工业化生产中无需加入乙醇，只要调整一下体系的pH，就可以提高聚乙烯表面紫外接枝引发效率带来了可能。 关键字： 接枝，紫外辐射，酮式-烯醇式互变异构，pH值，聚乙烯（PE）表面改性，接触角，羰基系数，紫外辐射。 聚乙烯（polyethylene，PE）是一种性能优良的通用塑料，具有耐低温性、耐化学性、电绝缘性能、耐辐射性、以及抗水性等优点。但同时，聚乙烯不可避免的有着表面能很低[1]、表面光滑、结晶度高等缺点。所以对聚乙烯的表面改性变得极为重要。其中，通过紫外接枝的方法对聚乙烯进行的表面改性效果最好[6]。在这里一般我们使用芳香酮类作为光引发剂，如二苯甲酮（benzophenone，BP）[2]及其衍生物。但芳香酮类引发剂一般不溶于水，所以无法在水体系中进行反应。这给工业生产带来了诸多不便。后来，出现了用溶于水的丙酮做引发剂的方法[10]，解决了这个问题。但酮类有一个缺点，那就是随着碳原子数的增加，酮类的溶解性降低很多。即使是仅多一个碳的丁酮，溶解性也会有很大的差别。丁酮是极不溶于水的。除非加入乙醇，不然很难发生反应。但在工业化生产中，使用大量的乙醇会大大增加成本。能不能有别的方法，即使不加乙醇也能提高紫外接枝引发效率呢？我们想到了让丁酮转化为能溶于水的相应的烯醇式结构。让烯醇式作为紫外接枝的引发剂。因为烯醇式的溶解性明显比酮类要好。在强酸或者强碱都能使酮式-烯醇式互变异构平衡往生成烯醇式的方向移动[3]。因此，我们设计了以下几个体系，通过调体系的酸碱性使酮式转变为溶解性更大，更活泼的烯醇式结构，使其作为光引发剂参加反应。这样，即使在实际工业生产中不加入乙醇这样的有机物，只需加入适量酸或碱，也可以让丁酮等在水体系中进行反应。 一、实验部分 1.原料和试剂： 高密度聚乙烯塑料（HDPE）：粉料,MFI 为0. 85g/ 10min , Mn = 1. 18 ×104 ,结晶度为63. 2 %;北京燕山石化化工一厂生产； 甲基丙烯酸（MAA）：分析纯 天津市傅迪化工有限公司； 丁酮：分析纯 北京化工厂； 丙酮：分析纯 北京化工厂； 浓盐酸：分析纯 北京化工厂； 浓硫酸：分析纯 北京化工厂； 氢氧化钠：分析纯 北京化工厂； 乙醇：分析纯 北京化工厂； 丙酮：分析纯 北京化工厂； 去离子水：北京师范大学造。 2.体系的设计 我们设计了以下五个大体系： 体系1：1mol/lMAA+10%丁酮+80%水+10%乙醇 （ph=2.48） 体系2：1mol/lMAA+10%丁酮+80%水 （ph=2.29） 体系3：1mol/lMAA+10%丁酮+80%水+HCl （ph=1.51，ph=0.51，HCl=4ml） 体系4：1mol/lMAA+10%丁酮+80%水+H2SO4 （ph=1.55，ph=0.51，H2SO4=4ml） 体系5：1mol/lMAA+10%丁酮+80%水+NaOH (ph=11.14, ph=12.98, ph=13.94) 可以看到，在体系3，4，5中我们又把每个大体系分成了三个不同pH的小体系。体系2是用来做体系3，4，5的空白对照组的。体系3和4是酸性体系。但体系3是非强氧化性的强酸体系，而4是强氧化性的强酸体系。体系5是强碱性体系。体系1是较成熟的体系，通过加入乙醇使丁酮在水中的溶解度增加，增加丁酮的光引发效率。我们可以用体系1和体系3，4，5做比较，观察体系3，4，5的引发效率。 3.试验样品的制备和溶液的配置[4] 用硫化机(XQLB 型,25 吨,上海第一橡胶机械厂)在160±5℃下将聚乙烯粒料预热6min，然后在150kg/cm3压力下保压4min，取出后立即置于自来水中淬冷，制成薄片，然后裁切成2cm×3cm的长方形样品，用丙酮索氏抽提24h后至于烘箱（中兴 上海宜川仪表厂 泸 AISET YLD-6000）中干燥至恒重。 并依次配出上述体系1-5.其中配置体系3时，添加不同量的浓盐酸，配成pH分别为1.51，0.51以