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等离子体引发接枝聚合丙烯酸对PET表面改性的溶剂效应研究
摘要
本研究主要探讨了不同溶剂条件下等离子体引发接枝聚合丙烯酸对聚酯(PET)表面改性效果的差异。通过对PET表面进行等离子体预处理，再以丙烯酸为单体进行接枝聚合反应，考察了不同溶剂条件下接枝聚合反应的影响。实验结果表明，在较强极性的溶剂-丙酮条件下，PET表面的接枝密度和聚合度明显增加；而在较弱极性的溶剂-甲苯条件下，接枝密度和聚合度的提升效果相对较弱。本研究可为PET表面改性提供一定的实验依据与参考。
关键词：等离子体预处理；接枝聚合；丙烯酸；PET
引言
PET因其良好的物理化学性质，在工业制品和日常生活中应用广泛。然而其表面的成分和性质在很大程度上影响着其力学、光学和粘附性等方面的性质，因此在表面改性方面的研究日益引起人们的关注。目前在表面改性领域中，接枝聚合技术得到了广泛的关注和研究，因其在改善聚合物表面性质、增强与其他材料的相容性等方面具有独特的优势。而等离子体预处理作为接枝聚合技术中的重要步骤之一，能够有效提高聚合物表面的活性和亲水性，从而为后续的接枝聚合反应打下基础。
然而，在等离子体引发接枝聚合反应中，溶剂的选择也对聚合反应的效果产生着重要的影响。因此本研究将以PET为研究对象，探讨不同溶剂条件下等离子体引发接枝聚合丙烯酸对其表面改性的效果。
实验与方法
材料
PET片（厚度为0.5mm）；丙烯酸；乙二醇二甲醚（DMF）；丙酮；甲苯；四氢呋喃（THF）；N，N-二甲基甲酰胺（DMF）。
实验步骤
1.PET片清洗：首先将PET片用去离子水、乙醇和丙酮分别超声清洗30分钟，将杂质等油污清除，以准备后续的预处理和接枝聚合反应；
2.PET片等离子体预处理：将清洗后的PET片立于等离子体预处理室中进行氧气/氮气等离子体预处理20min，以在PET表面生成具有一定活性的化学官能团；
3.接枝聚合反应：在等离子体预处理后，将PET片放入含有丙烯酸及相应的溶剂-DMF、丙酮、甲苯、THF、DMF中的反应体系中，反应时间为30min。将PET片从反应溶液中取出后用去离子水、乙醇及丙酮分别清洗，以获得接枝聚合后的PET样品。
结果与讨论
在以上实验条件下，我们对不同溶剂条件下PET表面接枝聚合后的结果进行了检测和分析。
1.SEM观察
通过扫描电子显微镜（SEM）对PET接枝聚合表面形貌的观察，可发现表面呈现出较为均匀的结构。在不同溶剂中，PET表面接枝聚合后的结构变化如图1所示。
[图1]不同溶剂条件下PET表面接枝聚合后SEM图像比较
从图中可以看出，在丙酮条件下，PET表面结构变得更均匀，接枝聚合后形成的聚合物结构明显和基底相分离，表明接枝密度较高；在甲苯条件下，PET表面接枝聚合后结构比较松散，表明接枝密度相对较低。
2.XPS分析
X射线光电子能谱（XPS）分析是对聚合物表面化学成分和性质进行研究的常用手段。我们在此分别对不同溶剂条件下PET表面接枝聚合后的XPS谱图进行比较。
（1）丙酮条件下
在丙酮条件下，PET表面接枝聚合后的XPS谱图如图2所示。
[图2]丙酮条件下PET表面接枝聚合后XPS谱图
从图中可以看出，PET表面接枝聚合后，C1s峰的强度出现明显增强，表明有大量的丙烯酸基团接枝到聚酯上。
（2）甲苯条件下
在甲苯条件下，PET表面接枝聚合后的XPS谱图如图3所示。
[图3]甲苯条件下PET表面接枝聚合后XPS谱图
从图中可以看出，与丙酮条件下相比，PET表面接枝聚合后，C1s峰的强度变化不明显，表明甲苯条件下的接枝密度相对较低。
综上，通过SEM和XPS分析可知，在丙酮溶剂中的等离子体引发接枝聚合丙烯酸对PET表面改性效果最佳，其表面的接枝密度和聚合度明显增加。
结论
本研究成功探讨了不同溶剂条件下等离子体引发接枝聚合丙烯酸对PET表面改性效果的差异。结果表明，在较强极性的丙酮条件下，PET表面的接枝密度和聚合度明显增加；而在较弱极性的甲苯条件下，接枝密度和聚合度的提升效果相对较弱。本研究可为PET表面改性及其在相关应用中的应用提供新思路和实验依据。