聚丙烯的光接枝聚合表面改性

光接枝聚合具有突出的特点，既能获得不同于本体性能的表面特性，又可保持本体性能。紫外光因其较低的工业成本以及选择性使得紫外光接枝受到重视。选择性是指众多聚烯烃材料不吸收长波紫外光(300-400nm)，因此在引发剂引发反应时不会影响本体性能。紫外光应用于聚合物表面改性最早可追溯到1883年，当纤维素暴露于紫外光和可见光时，能观察到发生了化学变化。其应用领域也已从最初的简单表面改性发展到表面高性能化、表面功能化、接枝成型方法等高新技术领域，显示了这种方法在聚合物表面改性方面的重要性和广阔应用前景。

1、化学原理

生成表面接枝聚合物的首要条件是生成表面引发中心--表面自由基，表面自由基引发单体接枝聚合生成表面接枝物。比如芳香酮及衍生物在吸收紫外光后被激发到单线态S，然后迅速窜跃到三线态T，当有聚合物表面为氢给予体时，该羰基夺取氢而被还原成烃基，同时也生成了一个表面自由基，表面自由基引发单体聚合生成表面接枝聚合物。

该体系的优点：①光还原反应可以定量进行，一个BP分子可以夺取一个H产生一个表面自由基，容易控制；②表面自由基的活性较高，因此接枝率高；③因为引发反应起自于光敏剂和C-H键的反应，故该方法可适用于所有有机材料的表面接枝。

2、接枝方法

利用紫外光把单体接枝到聚合物表面的方法可分为液相接枝和气相接枝两类。

(1)气相法。聚合物和反应溶液放在充有惰性气体的密闭容器中，加热使溶液蒸发，从而在弥漫着溶剂、单体和引发剂的气氛中进行光反应。该体系的优点：a.单体和光敏剂以蒸汽形式存在，自屏蔽效应小；b.样品表面的单体浓度极低，故接枝效率高。缺点是反应慢，辐射时间长。

(2)液相法。把光敏剂、单体或其他助剂配在一起制成溶液，直接将聚合物样品置于溶液中进行光接枝聚合，也可将光敏剂涂到样品上，再放入溶液中。

3、应用

(1)薄膜的表面改性

对食品包装而言，除了表面或里层印刷、粘结、热封等必须考虑和解决的问题外，对氧、水汽和香味的阻隔性是最为主要的指标。PE和PP对水汽的阻隔性优良，但对氧的阻隔性差； PET、NYLON对氧有较高的隔离性，但对水较差；PVDC对氧、水均具有良好的阻隔性，但成膜性及单独成膜强度差，成本高；PVOH(聚乙烯醇)是最好的隔氧性薄膜，但因其溶解于水而难通过蒸煮消毒这一关。理想的性能组合可由表面光接枝法实现。一种路线是把具有特殊阻隔性能的聚合物接枝到价廉的PE和PP膜上；二是利用光接枝层技术制备复合膜，例如将PVOH夹于PP和PE膜之间，可制成即隔氧又隔水的高档食品包装膜。

此外，食品或水果保鲜包装中的一种产品是防雾化、防结露保鲜袋。利用表面光接枝可制得内表面完全亲水和吸水，而外表面疏水的保鲜袋来满足这种用途。

复合膜是塑料薄膜的一种发展趋势。复合膜是指通过特殊方法把具有不同材质的薄膜层合在一起的多层膜。但该制造工艺所面临的难题是塑料薄膜的惰性表面难以粘合，而光接枝法可以从根本上解决该问题。光接枝固化技术可用于制备复合膜，主要原理是首先把待固化反应液涂于两层待层合的薄膜之间并压紧、压匀。在紫外光照射下，涂层中的光敏剂将首先与两薄膜的表面氢作用产生大量自由基；这些表面自由基随后引发反应液的聚合并固化。该固化技术的优点：a.因基膜与固化胶粘剂间以化学键相连，故产生无界面粘合，大大提高了剥离强度；b.将传统的先改性后复合的两步法合并成一步工艺，可大大降低生产投资；c.由于两基体薄膜是以表面接枝固化的原理而粘合的，只要薄膜表面含C-H键即可被层合，而对极性相配无要求。

(2)纤维表面改性

有机纤维的主要市场是复合材料和服装行业。在复合材料制备中，增强纤维与基体材料的界面性能往往是最主要的研究课题之一。诸多处理方法中，表面光接枝法是最简单且成本最低的方法之一。短纤维填充橡胶的制品中改进纤维与橡胶的粘结性也是表面光接枝法能达到的目标之一。

表面光接枝在基础方面存在的主要问题有两个：一是二维聚合，故传统的向三个方向增长的聚合模式在这里不适用，需要进行系统、细致的基础研究，以对二维聚合的机理及特点、反应过程进行表征和探索；二是表面接枝聚合物目前还没有直接表征方法，因此缺乏对聚合反应以及增长聚合物链的跟踪、测量方法及手段，而这个问题的解决需要聚合物化学家、物理学家、仪器设备方面专家的共同努力。

表面光接枝聚合是一个不太成熟的领域，但它在当今社会各方面的应用前景却极大地刺激了各国聚合物科学家的研究热情，这一领域必将成为国内外高分子学术界关注的热点之一。