微波诱导聚丙烯薄膜表面接枝马来酸酐及其粘接性能

作     者：姜纹昕 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯连芳;张才亮

授予年度：2021年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 083201[工学-食品科学] 0702[理学-物理学] 

主      题：聚丙烯 微波辐照 接枝改性 马来酸酐 粘接性能 

摘      要：聚丙烯(PP)具有无毒无味和阻水性能好等优良特性,被广泛用作食品包装薄膜中的阻水层。但是,由于单层PP薄膜的氧气渗透率较高,常需与具有优异阻氧性能的聚酰胺(PA)和乙烯-乙烯醇共聚物等材料制成多层复合薄膜。由于PP是非极性聚合物,表面能低,难以与极性聚合物进行复合粘接,需引入粘接层辅助复合薄膜的制备。目前,马来酸酐(MAH)接枝PP(PP-g-MAH)是最常用的PP基食品包装复合薄膜中的粘接层材料,其主要通过熔融接枝法制备,该过程中PP降解严重,且未反应单体难以除去,这对复合薄膜的粘接性能和食品安全均会造成不利影响。因此,在改善PP粘接性能的同时,如何不影响其本体性能,且能有效去除残余单体,是PP基复合薄膜制备的关键。论文采用微波诱导表面接枝技术,将MAH接枝到PP薄膜表面,在明显改善PP薄膜与PA6薄膜之间粘接性能的同时,可有效解决单体残余和PP降解的问题。论文从MAH接枝改性PP薄膜表面分析方法、不同溶液体系下微波接枝反应过程与机理、改性PP薄膜与PA6薄膜复合粘接特性等方面开展了系统的研究,取得了以下研究结果:1、提出了微波接枝改性PP薄膜的残留单体、表面特性和粘接性能的分析方法。建立了高压萃取-紫外光谱法定量检测改性PP中的残单含量,发现微波接枝改性PP薄膜中的残单含量远低于商用PP-g-MAH,且可通过丙酮浸泡方式快速除去。另外,可采用PP薄膜的表面亲水性、化学组成及其与PA6薄膜间粘接强度的变化定性或定量地分析PP薄膜表面接枝MAH的情况。2、以二甲苯作为表面溶胀剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为微波的吸收介质,探究了 MAH微波接枝PP薄膜的过程与机理。相比于传统的热诱导接枝方式,微波辐照可以促进过氧化物分解,有效缩短反应时间,且不会对PP薄膜本体的力学性能和结晶性能造成影响。对接枝工艺条件进行优化,可知在二甲苯/DMF(2/1)的混合溶剂中,反应时间为30 min、反应温度为85℃、MAH浓度为0.03g/mL、过氧化苯甲酰(BPO)浓度为0.004g/mL等条件下,改性PP薄膜与PA6薄膜的粘接强度最大可达到8.0N/15mm。3、以水作为溶剂,微量二甲苯作为界面剂,对MAH微波接枝PP薄膜过程进行探究,结果表明界面剂的引入可迅速浸润PP表面并使其溶胀,为接枝反应提供更多场所,促进接枝反应发生;将引发剂BPO溶解于界面剂中进行接枝反应,可提高反应效率;引入共单体苯乙烯(St),可增大MAH的接枝量。在二甲苯加入比例为1/40的水溶液中,反应时间为30min、反应温度为80℃、MAH浓度为0.03 g/mL、二甲苯中St浓度为0.04 g/mL、二甲苯中BPO浓度为0.004 g/mL等条件下,改性PP薄膜与PA6薄膜的粘接强度最大可达到13.3N/15mm。相比于二甲苯/DMF混合溶液体系中的微波接枝反应,水溶液体系中所得接枝改性PP薄膜表面无单体残留,且具有更好的粘接性能。