马来酸酐共聚物衍生物在材料表面亲水改性中的应用

作     者：刘开 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王力

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：马来酸酐共聚物 涤纶无纺布 丙纶无纺布 玻片 亲水 防雾 两性离子大分子碳氟表面活性剂 

摘      要：具有低表面能的疏水表面给材料带来染色、印刷、上漆、生物污染和起雾等多种问题,因此,材料表面的亲水化改性吸引了广泛的关注。本论文基于马来酸酐共聚物及其衍生物进行聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚丙烯(PP)无纺布表面的亲水化改性及玻璃表面的防雾改性研究,主要研究内容如下:(1)采用市售异丁烯-马来酸酐共聚物(PIBMA)和自稳定沉淀聚合制备的苯乙烯-马来酸酐共聚物(PSMA)及其酯化产物PSMA-g-CHOH,分别在有机溶液和水溶液体系中对PET和PP无纺布进行“浸渍-高温交联改性。扫描电子显微镜(SEM)和增重率测试证明在PET和PP无纺布纤维表面形成了聚合物包覆层。采用原子力显微镜(AFM)表征了聚合物包覆层的厚度,1 wt%PSMA碱水解溶液改性的PET和PP无纺布纤维表面的包覆层厚度分别为339和254 nm。通过水接触角和表面润湿测试发现,PSMA碱水解加己二酸二酰肼(ADH)的水溶液体系对PET和PP无纺布表面亲水性的改善效果最佳。当PSMA水溶液质量分数为1%时,PET无纺布的60 s水接触角可以达到0,PP无纺布则为20°。润湿性测试表明,水滴在PET无纺布表面完全润湿只需30 s,PP无纺布则需要257 s。耐久性测试表明,1 wt%PSMA碱水解加ADH水溶液改性PET和PP无纺布的聚合物涂层具有一定的耐久性,在去离子水中浸泡12 h后,PET和PP无纺布表面水接触角分别为26°和68°。热重分析(TGA)表明改性后的PET和PP无纺布的热性能无明显变化。(2)制备了2-氯乙基乙烯基醚-马来酸酐共聚物(PCVEM)和N,N-二甲基-N-全氟己基磺酰基丙二胺(R),通过R在PCVEM上的接枝反应制备了三种R接枝比例的两性离子大分子碳氟表面活性剂PCVEM-0.125R、PCVEM-0.25R和PCVEM-0.5R。其水溶液表面张力在p H为7.5时最低,可达到18 m N/m左右。在此p H下,采用不同浓度的PCVEM-R和聚乙烯亚胺(PEI)水溶液基于层层自组装(LBL)在玻片表面制备了不同层数的涂层。水/油接触角测试结果表明,PCVEM-0.125R/PEI、PCVEM-0.25R/PEI和PCVEM-0.5R/PEI改性的玻片分别能达到28°、38°和46°的水接触角。急速热雾实验表明,PCVEM-0.125R/PEI-1.5-3改性玻片具有最佳防雾效果。自清洁测试中,PCVEM/PEI改性的玻片表面被硅油污染后,难以清除干净,而PCVEM-R/PEI改性后玻片表面具有防污和自清洁性能。抗菌实验表明,PCVEM-R改性后的玻片表面对大肠杆菌(***)和金黄色葡萄球菌(***)都有着98%以上的抗菌率。本论文建立了基于马来酸酐共聚物及衍生物的PET、PP和玻璃表面亲水化改性方法,对克服低表面能疏水表面带来的诸多问题具有重要价值。