超高分子量聚乙烯微孔膜的亲水改性研究_臭氧活化接枝反应及其表征

文章编号:1007-8924(2006)01-0007-04超高分子量聚乙烯微孔膜的亲水改性研究(Ⅰ)臭氧活化接枝反应及其表征郭红霞王平陈翠仙3李继定(清华大学化工系,北京100084)摘要:利用O3处理超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜,使其表面产生活性点,然后将甲基丙烯酸(MAA),甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)接枝在膜表面上.用ATR-FTIR、XPS等对O3活化及接枝前后的UHMWPE微孔膜结构进行了表征,接触角测试表明接枝后微孔膜具有较好的亲水性.关键词:臭氧处理;UHMWPE微孔膜;接枝;亲水性中图分类号:TQ028.8文献标识码:A超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有优良的力学性能,极好的耐摩擦性能和抗冲击性能,以及良好的生物相容性和化学稳定性[1].因此,制成超高分子量聚乙烯微孔滤膜具有孔隙率高,机械强度大,和优良的耐化学溶剂腐蚀、耐细菌侵蚀性能,在污水处理中长期使用性能稳定、不易降解[2].但由于UHMWPE是非极性材料,表面能低,呈惰性和疏水性,用其作为污水处理材料,存在吸水性差、易带静电、抗污染性能差等缺点,因此有必要对UHMWPE微孔滤膜进行亲水改性[3].接枝共聚是一种可以赋予聚合物表面优越性能而不影响其本体性能的方法.目前应用较多的是γ射线辐射、等离子体引发接枝、紫外和臭氧接枝方法等,将甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸等亲水性单体接枝到聚丙烯(PP)、聚醚砜酮(PES)和低密度聚乙烯(LDPE)薄膜或微孔滤膜上[4-7],这些材料含有叔氢或α氢,易被氧化产生活性点.UHMWPE主链是线型长链的亚甲基,结构对称,而且分子量大,分子链之间的缠结点较多.其改性方法大多先采用等离子体然后紫外辐射,或者直接γ辐射、电子束辐射的方法对UHMWPE纤维或粉末进行改性[8-12],其接枝单体多为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺等.很少利用臭氧技术对UHMWPE材料进行处理,尤其利用臭氧活化接枝改性UHMWPE微孔滤膜还未见报道.臭氧活化接枝技术是利用臭氧的强氧化性,在超高分子量聚乙烯膜表面产生活性基团,然后接枝亲水性单体.本文首先用O3活化处理了UHMWPE微孔膜,然后接枝了MAA、HEMA亲水性单体,对O3活化及接枝前后的UHMWPE微孔膜结构进行了表征,并研究了O3活化及接枝前后微孔膜的亲水性.1实验部分1.1实验材料甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯等用前均减压蒸馏;硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O],分析纯,北京益利精细化学有限公司.UHMWPE多孔膜(Solupor�)由DSMSolutech公司提供,厚度为50μm,密度7.0g/m2,平均孔径0.3μm.1.2UHMWPE微孔膜的表面接枝反应将一定大小的UHMWPE微孔膜放入臭氧活化设备中处理一定时间后,置于聚合管中,加入一定收稿日期:2004-07-02;修改稿收到日期:2004-10-09基金项目:北京市科技合同项目(H030630080220);中国博士后基金(20040350021)作者简介:郭红霞(1969-),女,陕西黄陵人,博士后,讲师,从事膜材料制备及改性的研究.3通讯联系人,E-mail:cxchen@mail.tsinghua.edu.cn第26卷第1期膜科学与技术Vol.26No.12006年2月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYFeb.2006浓度的单体水溶液,通N2,并加入(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O水溶液,封管后置于恒温振荡器中,于一定温度下反应6h,取出膜后在索氏抽提器中用丙酮抽提,并清洗接枝膜.1.3改性膜的表征采用NicoletMagna-IRspectroscopy550(Japan)傅立叶变换红外光谱(FT-IR)仪分别测试O3处理及接枝反应前后超高分子量聚乙烯微孔膜的衰减全反射红外(ATR-FTIR)光谱(ZnSeSmartMulti-BounceHatr附件,45°角),通过OMNIC程序(红外分析仪配套软件)比较接枝反应前后的各吸收峰及其面积的变化.以一定质量m0的膜在不同O3活化条件下接枝后,多次清洗接枝膜,并用丙酮作溶剂在索氏抽提器抽提24h,以去除杂质和均聚物后称重,计算接枝率:η=[(mg-m0)/m0]×100%式中,m0,mg分别为接枝前和抽提后膜的质量.用Perkin-Elmer(USA)X射线光电子能谱(XPS)仪分别测定O3处理及接枝反应前后UHMWPE微孔膜的表面成分,系统压力2×10-8Pa,Al-Mg靶,入射角为45°;以OCA-20(Ger2many)接触角测量仪测试超纯去离子水(电导率<1.0×10-7)在膜表面上的接触角,通过微机摄像记录其接触角值.2结果与讨论2.1UHMWPE微孔膜的ATR-FTIR分析因UHMWPE的