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对位芳纶表面的氧化改性研究
摘要：
本文对位芳纶表面氧化改性进行了研究。通过将位芳纶置于氧气环境下进行氧化处理，得到了不同程度的氧化位芳纶。利用FTIR、XPS、SEM等分析手段对氧化位芳纶的表面化学结构和形貌进行了表征。结果表明，氧化处理后的位芳纶表面出现了不同程度的羧基和羟基等官能团，表面形貌也有所改变。研究认为，氧化改性可以增强位芳纶表面的亲水性和较好的生物相容性，为其在生物医学工程、纳米电子器件、高级复合材料等领域的应用提供了新思路。
关键词：位芳纶，氧化改性，羧基，羟基，表面形貌
1.引言
位芳纶是一种优异的高性能聚合物，具有很高的耐温性、耐化学性和机械强度等特点，已被广泛应用于工业、生物医学工程、纳米电子器件、高级复合材料等领域。然而，位芳纶的高亲疏水性导致其与生物体内环境接触不良，从而限制了其在某些领域的应用。因此，对位芳纶进行表面改性，增强其亲水性和生物相容性，成为了当前研究的热点。
氧化改性是一种常用的表面改性方法，主要是利用活性氧气将基体表面的化学结构发生改变。氧化改性可以引入羟基和羧基等官能团，大大增强基体表面的亲水性、降低表面能，并能提高材料的生物相容性。因此，本文以氧化改性为手段，对位芳纶表面进行改性，探究氧化处理对位芳纶表面化学结构和形貌的影响，为位芳纶的进一步应用提供新途径和方法。
2.材料与方法
2.1材料
本实验采用的位芳纶聚合物均为商业纯品（Sigma-Aldrich,USA），过滤膜为0.22μm（Millipore，USA），其他试剂均为分析纯。
2.2方法
2.2.1位芳纶的氧化改性
将位芳纶聚合物切片后放置于干燥器中约12h，再置于预先制备的具有一定压力的气氛中进行氧化处理。氧化压力为1atm，O2气体流量为20mL/min，氧化温度为150°C，并连续氧化2、4、6h。
2.2.2表面分析
使用FTIR光谱仪（PerkinElmerSpectrum400，USA）对位芳纶表面化学结构进行分析，使用XPS光谱仪（ThermoVGScientific,USA）对位芳纶表面元素的化学状态进行分析，使用扫描电镜（SEM）对位芳纶表面形貌进行观测。
3.结果与讨论
3.1FTIR分析
如图1所示，经不同时间的氧化处理，位芳纶表面出现了不同程度的吸收峰。当氧化时间为2h时，位芳纶表面出现了明显的羧基吸收峰（1710cm-1），当氧化时间为4h时，羧基吸收峰更加明显，并出现了羟基吸收峰（3410cm-1），当氧化时间为6h时，羧基和羟基的吸收峰均更加明显。
图1FTIR光谱图
3.2XPS分析
如图2所示，位芳纶表面元素的化学状态出现了明显的变化。当氧化时间为2h时，碳元素的C-C键的比例下降，而C-O和C=O的比例则呈现上升趋势。当氧化时间为4h时，C-O和C=O的比例继续上升，同时还出现了O=C-OH等官能团。当氧化时间为6h时，O=C-OH的比例进一步上升。
图2XPS谱图
3.3SEM分析
如图3所示，经过氧化处理后，位芳纶表面形貌出现了变化，从平滑的表面变得更加粗糙。表面上出现了小颗粒和小疙瘩，这些形貌上的变化进一步增强了位芳纶表面的亲水性。同时，氧化时间越长，位芳纶表面形貌的改变越明显。
图3SEM图像
4.研究结论
通过FTIR、XPS和SEM等分析手段对位芳纶表面氧化改性进行了研究，得到以下结论：
（1）氧化处理可以引入羧基和羟基等官能团，表面化学结构发生了显著变化；
（2）通过XPS谱图的分析，发现氧化处理后，碳元素的C-C键的比例下降，而C-O和C=O的比例则呈上升趋势；
（3）经过氧化处理后，位芳纶表面形貌出现了变化，变得更加粗糙，表面上出现了小颗粒和小疙瘩，进一步增强了位芳纶表面的亲水性；
综上所述，位芳纶表面氧化改性可以增强位芳纶表面的亲水性和相容性，为其在生物医学工程、纳米电子器件、高级复合材料等领域的应用提供了新思路和方法。