RU2487146C1 - Method of producing surface-grafted polymer on surface of polymer film - Google Patents
Method of producing surface-grafted polymer on surface of polymer film Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487146C1 RU2487146C1 RU2011146203/05A RU2011146203A RU2487146C1 RU 2487146 C1 RU2487146 C1 RU 2487146C1 RU 2011146203/05 A RU2011146203/05 A RU 2011146203/05A RU 2011146203 A RU2011146203 A RU 2011146203A RU 2487146 C1 RU2487146 C1 RU 2487146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- films
- solution
- polymer
- monomer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к способам модификации поверхности полимерных материалов поверхностно-привитыми функциональными полимерами, т.е. полимерами, цепи которых содержат функционально активные группы (карбоксильные, гидроксильные, амидные и т.п.) и химически связаны одним из своих концов с модифицируемой поверхностью. Модификация поверхности полимерных материалов поверхностно-привитыми функциональными полимерами применяется для придания этим материалам новых или улучшенных функциональных характеристик, получения на этой основе селективных разделительных мембран и фильтров, био- и ион-специфических сорбентов, биосовместимых и биоактивных материалов [1, 2].The invention relates to the chemistry of macromolecular compounds, and in particular to methods for modifying the surface of polymeric materials with surface-grafted functional polymers, i.e. polymers whose chains contain functionally active groups (carboxyl, hydroxyl, amide, etc.) and are chemically bonded at one of their ends to a surface to be modified. Surface modification of polymeric materials by surface-grafted functional polymers is used to impart new or improved functional characteristics to these materials, to obtain selective separation membranes and filters, bio- and ion-specific sorbents, biocompatible and bioactive materials on this basis [1, 2].
Поверхностно-привитой полимер на поверхности полимерного материала может быть получен методом фотоиндуцированной прививочной полимеризации с использованием специального вещества - фотоинициатора. Молекулы фотоинициатора под действием ультрафиолетового (УФ) излучения отщепляют от субстратного полимера атомы водорода, создавая тем самым на его поверхности макрорадикалы, с которых в присутствии молекул мономера развивается рост цепей поверхностно-привитого полимера по механизму свободно-радикальной полимеризации. Наиболее эффективными и, соответственно, широко используемыми фотоинициаторами прививочной полимеризации являются бензофенон и, в меньшей степени, некоторые его производные (бензилбензофенон, дихлорбензофенон, ксантон, антрахинон). Все эти соединения нерастворимы в воде. В то же время большинство мономеров, используемых для модификации поверхности полимерных материалов поверхностно-привитыми полимерами, являются водорастворимыми. Предметом данного изобретения является способ получения поверхностно-привитого полимера на поверхности пленочного полимерного материала жидкофазной фотоиндуцированной прививочной полимеризацией водорастворимого функционального мономера с использованием нерастворимого в воде фотоинициатора.The surface grafted polymer on the surface of the polymer material can be obtained by photoinduced grafting polymerization using a special substance - photoinitiator. Under the action of ultraviolet (UV) radiation, photoinitiator molecules detach hydrogen atoms from the substrate polymer, thereby creating macroradicals on its surface, from which, in the presence of monomer molecules, surface chain grafted polymer chains grow by the free-radical polymerization mechanism. The most effective and, accordingly, widely used photoinitiators of grafting polymerization are benzophenone and, to a lesser extent, some of its derivatives (benzylbenzophenone, dichlorobenzophenone, xanton, anthraquinone). All of these compounds are insoluble in water. At the same time, most monomers used to modify the surface of polymeric materials with surface grafted polymers are water soluble. The subject of this invention is a method for producing a surface grafted polymer on the surface of a film polymeric material by liquid phase photoinduced graft polymerization of a water-soluble functional monomer using a water-insoluble photoinitiator.
Известен способ жидкофазной фотоиндуцированной прививочной полимеризации водорастворимого мономера (акриламид) на поверхности пленки полипропилена с использованием нерастворимого в воде фотоинициатора (бензофенон) [3]. Пленку полимера укладывают на поверхность кварцевой пластины, поверх пленки устанавливают стеклянный колпак, которым плотно прижимают края пленки к кварцевой пластине, через отверстие в верхней части колпака заливают поверхность пленки ацетоновым раствором мономера и фотоинициатора, затем через это же отверстие продувают раствор инертным газом (N2), и, не прекращая продувку, экспонируют пленку УФ излучением через кварцевую пластину. Недостатками данного способа являются использование летучего органического соединения для получения раствора реагентов, необходимость постоянной продувки этого раствора инертным газом для удаления кислорода, неэкономное расходование мономера и инициатора из-за проведения реакции в большом количестве раствора этих реагентов, неприменимость к полимерным материалам, не прозрачным для используемого УФ излучения.A known method of liquid-phase photoinduced graft polymerization of a water-soluble monomer (acrylamide) on the surface of a polypropylene film using a water-insoluble photoinitiator (benzophenone) [3]. The polymer film is laid on the surface of the quartz plate, a glass cap is placed on top of the film, with which the edges of the film are pressed tightly onto the quartz plate, the surface of the film is poured through the hole in the upper part of the cap with an acetone solution of monomer and photoinitiator, then the solution is blown with an inert gas (N 2 ), and without stopping the purge, the film is exposed to UV radiation through a quartz plate. The disadvantages of this method are the use of a volatile organic compound to obtain a reagent solution, the need to constantly purge this solution with an inert gas to remove oxygen, the uneconomical consumption of monomer and initiator due to the reaction in a large amount of a solution of these reagents, inapplicability to polymeric materials that are not transparent to the one used UV radiation.
Известен способ получения фотоиндуцированной прививочной полимеризации водорастворимых мономеров (акриламид, акриловая кислота, гидроксиэтилакрилат) на поверхности пленок полимерных термопластов (сополимер циклических олефинов, полипропилен, полиэтилен) из водной фазы с использованием бензофенона в качестве фотоинициатора [4]. В этом способе нерастворимый в воде фотоинициатор диспергируют в водном растворе мономера с помощью поверхностно-активной добавки. Полученную реакционную смесь продувают инертным газом (N2) и заливают в ячейку, представляющую собой «сэндвич», состоящий (в порядке следования) из алюминиевой пластины, модифицируемой полимерной пленки, прокладки, задающей толщину слоя реакционной смеси, и кварцевой пластины. После этого полимерную пленку в ячейке, покрытую слоем реакционной смеси, экспонируют УФ излучением через кварцевую пластину ячейки. Недостатком этого способа является то, что максимальная достижимая концентрация фотоинициатора, диспергированного в водном растворе мономера, составляет всего лишь 0.6%. Поэтому для получения заметной прививки используют высокую концентрацию мономера (30%), в результате чего существенно увеличиваются его потери в виде гомополимера (не привитого полимера) и не прореагировавшего мономера. Другой недостаток заключается в необходимости деаэрации раствора реагентов инертным газом для удаления кислорода.A known method of producing photoinduced graft polymerization of water-soluble monomers (acrylamide, acrylic acid, hydroxyethyl acrylate) on the surface of polymer thermoplastics films (cyclic olefin copolymer, polypropylene, polyethylene) from the aqueous phase using benzophenone as a photoinitiator [4]. In this method, a water-insoluble photoinitiator is dispersed in an aqueous monomer solution using a surfactant. The resulting reaction mixture is purged with an inert gas (N 2 ) and poured into the cell, which is a “sandwich”, consisting (in sequence) of an aluminum plate, a modifiable polymer film, a gasket that defines the thickness of the reaction mixture, and a quartz plate. After that, the polymer film in the cell coated with a layer of the reaction mixture is exposed to UV radiation through the quartz plate of the cell. The disadvantage of this method is that the maximum achievable concentration of the photoinitiator dispersed in an aqueous solution of the monomer is only 0.6%. Therefore, to obtain a noticeable vaccine, a high concentration of monomer (30%) is used, resulting in a significant increase in its loss in the form of a homopolymer (ungrafted polymer) and unreacted monomer. Another disadvantage is the need for deaeration of the reagent solution with an inert gas to remove oxygen.
Известен способ [5] фотоиндуцированной прививочной полимеризации из водного раствора мономера, который, в отличие от описанного выше способа [4], не требует диспергирования нерастворимого в воде фотоинициатора в водном растворе мономера. Нерастворимый в воде фотоинициатор (трет-бутилпероксибензоат) наносят на поверхность модифицируемой полимерной пленки из полидиметилсилоксана путем погружения последней в раствор фотоинициатора в метаноле с последующей сушкой на воздухе. Затем полимерную пленку помещают в кварцевую виалу, заполненную водным раствором мономера (акриловая кислота), продувают раствор инертным газом для удаления кислорода, после чего виалу герметизируют и экспонируют находящуюся в ней полимерную пленку УФ излучением. Недостатками данного способа являются: 1) проведение реакции в большом объеме раствора мономера (1-5 см3 раствора на 1 см2 модифицируемой поверхности), в результате чего основная часть используемого мономера теряется в виде смеси гомополимера и не прореагировавшего мономера; 2) необходимость деаэрации раствора мономера инертным газом для удаления кислорода с последующей герметизацией емкости, в которой проводят реакцию.A known method [5] of photoinduced graft polymerization from an aqueous solution of a monomer, which, unlike the method described above [4], does not require dispersion of a water-insoluble photoinitiator in an aqueous solution of a monomer. A water-insoluble photoinitiator (tert-butyl peroxybenzoate) is applied to the surface of a modified polydimethylsiloxane polymer film by immersion of the latter in a photoinitiator solution in methanol, followed by drying in air. Then the polymer film is placed in a quartz vial filled with an aqueous solution of monomer (acrylic acid), the solution is flushed with an inert gas to remove oxygen, after which the vial is sealed and the polymer film in it is exposed to UV radiation. The disadvantages of this method are: 1) carrying out the reaction in a large volume of a monomer solution (1-5 cm 3 of the solution per 1 cm 2 of the surface to be modified), as a result of which the main part of the monomer used is lost as a mixture of a homopolymer and an unreacted monomer; 2) the need for deaeration of the monomer solution with an inert gas to remove oxygen, followed by sealing the container in which the reaction is carried out.
Задачей настоящего изобретения является способ получения поверхностно-привитого полимера на поверхности полимерной пленки фотоиндуцированной прививочной полимеризацией из водного раствора мономера с использованием нерастворимого в воде фотоинициатора, который отличается от существующих способов тем, что не требует проведения операции удаления кислорода из реакционной среды (деаэрации) и обеспечивает экономное расходование мономера.The objective of the present invention is a method for producing a surface grafted polymer on the surface of a polymer film by photo-induced graft polymerization from an aqueous solution of a monomer using a water-insoluble photoinitiator, which differs from existing methods in that it does not require the operation of removing oxygen from the reaction medium (deaeration) and provides economical consumption of monomer.
Указанный результат достигается тем, что поверхностно-привитой полимер на поверхности полимерной пленки получают заявляемым способом, заключающимся в погружении полимерной пленки в раствор фотоинициатора в летучем органическом растворителе, извлечении пленки из раствора фотоинициатора и сутки на воздухе, укладывании пленки на плоское основание, нанесении на поверхность пленки слоя недеаэрированного водного раствора мономера толщиной 5-100 мкм, укладывании поверх этого слоя прозрачной для УФ излучения пластины и экспонировании пленки УФ излучением через эту пластину.This result is achieved by the fact that the surface grafted polymer on the surface of the polymer film is obtained by the claimed method, which consists in immersing the polymer film in a solution of a photoinitiator in a volatile organic solvent, removing the film from the solution of the photoinitiator and day in air, laying the film on a flat base, applying to the surface films of a layer of an undeaerated aqueous solution of monomer with a thickness of 5-100 microns, laying on top of this layer a UV-transparent plate and exposing the films UV radiation through the plate.
Другая задача настоящего изобретения заключается в увеличении производительности заявляемого способа путем его модификации, обеспечивающей получение поверхностно-привитого полимера одновременно на поверхности двух пленок.Another objective of the present invention is to increase the productivity of the proposed method by modifying it, providing a surface-grafted polymer simultaneously on the surface of two films.
Данная задача решается тем, что поверхностно-привитой полимер на поверхности полимерной пленки получают заявляемым способом, заключающимся в погружении двух идентичных полимерных пленок в раствор фотоинициатора в летучем органическом растворителе, извлечении пленок из раствора фотоинициатора и сушки их на воздухе, укладывании одной из пленок на плоское основание, нанесении на поверхность этой пленки слоя недеаэрированного водного раствора мономера толщиной 5-100 мкм, укладывании второй полимерной пленки поверх слоя раствора мономера и экспонировании пленок УФ излучением.This problem is solved in that the surface grafted polymer on the surface of the polymer film is obtained by the claimed method, which consists in immersing two identical polymer films in a photoinitiator solution in a volatile organic solvent, removing the films from the photoinitiator solution and drying them in air, laying one of the films on a flat the base, applying to the surface of this film a layer of an undeaerated aqueous solution of monomer 5-100 microns thick, laying a second polymer film on top of the layer of monomer solution and exposure of films to UV radiation.
Авторами изобретения обнаружено, что фотоиндуцированная прививочная полимеризация на поверхности полимерной пленки, содержащей предварительно нанесенный фотоинициатор, из слоя водного раствора мономера толщиной не более 100 мкм, нанесенного на эту пленку и изолированного от атмосферного воздуха прозрачной для УФ излучения пластиной или второй, идентичной полимерной пленкой, может быть получена с высоким выходом привитого полимера без проведения операции удаления кислорода из раствора мономера. Таким образом, главной отличительной особенностью заявляемого способа является отсутствие операции удаления молекулярного кислорода из реакционной среды (деаэрации), что делает его более простым и дешевым в промышленной реализации. Наряду с исключением операции деаэрирования проведение реакции прививки из слоя раствора мономера толщиной не более 100 мкм обеспечивает более экономное расходование мономера. Наконец, использование вместо прозрачной для УФ излучения пластины второй полимерной пленки, идентичной первой, позволяет получить прививку одновременно на двух пленках, что в 2 раза повышает производительность.The inventors have found that photo-induced graft polymerization on the surface of a polymer film containing a pre-deposited photoinitiator from a layer of an aqueous solution of monomer with a thickness of not more than 100 μm deposited on this film and isolated from atmospheric air by a plate transparent to UV radiation or a second, identical polymer film, can be obtained with a high yield of grafted polymer without the operation of removing oxygen from the monomer solution. Thus, the main distinguishing feature of the proposed method is the absence of the operation of removing molecular oxygen from the reaction medium (deaeration), which makes it simpler and cheaper in industrial implementation. Along with the exception of the deaeration operation, the grafting reaction from a monomer solution layer with a thickness of not more than 100 μm provides a more economical consumption of monomer. Finally, the use of a second polymer film, identical to the first, instead of a plate transparent for UV radiation, allows grafting simultaneously on two films, which increases productivity by a factor of 2.
Заявляемый способ получения поверхностно-привитого полимера применим к широкому кругу пленочных полимерных материалов и позволяет использовать разнообразные растворимые в воде мономеры. Использование в приводимых ниже примерах пленок полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) в качестве субстратных полимеров и акриловой кислоты в качестве мономера не является ограничивающим по отношению к изобретению в целом. Требование к полимеру, из которого сделана пленка, состоит исключительно в том, чтобы он содержал в своей химической структуре атомы водорода, способные отщепляться от полимера при взаимодействии с возбужденным под действием УФ излучения фотоинициатором. Требование к растворимому в воде мономеру сводится к тому, чтобы он был способен к радикальной полимеризации. В качестве нерастворимого в воде фотоинициатора могут быть использованы бензофенон и его производные. Использование бензофенона является предпочтительным.The inventive method for producing a surface grafted polymer is applicable to a wide range of film polymeric materials and allows the use of a variety of water soluble monomers. The use in the examples below of films of polyethylene (PE) and polypropylene (PP) as substrate polymers and acrylic acid as a monomer is not limiting with respect to the invention as a whole. The requirement for the polymer of which the film is made consists solely in that it contains hydrogen atoms in its chemical structure that can be cleaved from the polymer when interacting with a photoinitiator excited by UV radiation. The requirement for a water-soluble monomer is reduced to being capable of radical polymerization. As a water-insoluble photoinitiator, benzophenone and its derivatives can be used. The use of benzophenone is preferred.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показаны ИК спектры МНПВО, зарегистрированные с поверхности пленок ПЭ (фиг.1А) и ПП (фиг.1Б) до (кривые 1) и после (кривые 2) их модификации фотоиндуцированной прививочной полимеризацией акриловой кислоты. Прививка была проведена из слоя водного раствора акриловой кислоты толщиной ~7 мкм при продолжительности УФ облучения 2 и 4 мин для пленки из ПЭ и ПП соответственно.In FIG. Figure 1 shows the IR spectra of the MNIPO recorded from the surface of the PE films (Fig. 1A) and PP (Fig. 1B) before (curves 1) and after (curves 2) their modification by photoinduced grafting polymerization of acrylic acid. The grafting was carried out from a layer of an aqueous solution of acrylic acid ~ 7 μm thick with a duration of UV irradiation of 2 and 4 minutes for a film of PE and PP, respectively.
На фиг.2 показаны зависимости количества поверхностно-привитой полиакриловой кислоты (ПАК) (кривая 1) и краевого угла смачивания для воды (кривая 2) на поверхности пленок ПЭ от продолжительности УФ облучения пленок при проведении реакции прививки из слоя водного раствора акриловой кислоты толщиной ~7 мкм. Количество привитого полимера дано в единицах отношения D1712/(D1462+D1712), где D1712 и D1462 - оптическая плотность полосы ПАК при 1712 см-1 и полосы ПЭ при 1462 см-1 в ИК спектрах МНПВО рассматриваемых пленок.Figure 2 shows the dependences of the amount of surface grafted polyacrylic acid (PAA) (curve 1) and the contact angle for water (curve 2) on the surface of PE films on the duration of UV irradiation of the films during the grafting reaction from an aqueous solution of an acrylic acid layer ~ 7 microns. The amount of grafted polymer is given in units of the ratio D 1712 / (D 1462 + D 1712 ), where D 1712 and D 1462 are the optical density of the PAA band at 1712 cm −1 and the PE band at 1462 cm −1 in the IR spectra of the MNWE of the films under consideration.
На фиг. 3 показана зависимость количества поверхностно-привитой ПАК на поверхности пленок ПЭ от толщины слоя водного раствора акриловой кислоты, из которого проводилась прививка. Продолжительностью УФ облучения пленок при проведении прививки составляла 2 мин. Количество привитого полимера дано в единицах отношения D1712/(D1462+D1712) в ИК спектрах МНПВО рассматриваемых пленок.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the amount of surface grafted PAA on the surface of PE films on the thickness of the layer of an aqueous solution of acrylic acid from which the grafting was carried out. The duration of UV irradiation of the films during vaccination was 2 minutes. The amount of grafted polymer is given in units of the ratio D 1712 / (D 1462 + D 1712 ) in the IR spectra of the INLM of the films under consideration.
В нижеследующем описании примеров реализации изобретения используются следующие материалы, реагенты и оборудование. Функциональный полимер прививали к поверхности пленки ПЭ высокого давления (ГОСТ 10354-82) толщиной 100 мкм производства ОАО «Борисовский завод пластмассовых изделий» (Беларусь) и двухосноориентированной пленки ПП (ТУ РБ 00204079.164-97) толщиной 40 мкм производства ОАО «Могилевский завод искусственного волокна» (Беларусь). Пленки перед применением очищали экстракцией ацетоном в аппарате Сокслета в течение 8 ч. В качестве мономера для прививочной полимеризации использовали акриловую кислоту, в качестве фотоинициатора - бензофенон. Эти реагенты были получены от «Sigma-Aldrich» (Германия), имели чистоту не менее 99% и применялись без дополнительной очистки. Источником УФ излучения служили две спаренные ртутные лампы ДРТ-400 общей мощностью 800 Вт. Использовали излучение на линии 365 нм, которое выделяли с помощью полосового фильтра УФС-6, имеющего пропускание 53% на длине волны 365 нм. ИК спектры поверхности исследуемых полимерных пленок получали методом многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) с помощью приставки Smart ARK («Thermo Spectra-Tech», США) с серийным элементом МНПВО из кристалла ZnSc с углом отражения 45° к данной приставке. Регистрацию ИК спектров МНПВО проводили на ИК Фурье-спектрометре Nexus 670 («Thermo Nicolet», США) при спектральном разрешении 4 см-1 и усреднении 64 сканирований в интервале 600-4000 см-1. Статические углы смачивания для воды на поверхности исследуемых полимерных пленок измеряли проекционным методом. Каплю дистиллированной воды наносили на поверхность полимера шприцем и спустя 20-30 с измеряли краевой угол, среднее значение которого определяли по результатам обмера 7-10 капель на разных участках образца.The following materials, reagents, and equipment are used in the following description of embodiments of the invention. A functional polymer was grafted onto the surface of a high-pressure PE film (GOST 10354-82) 100 microns thick manufactured by Borisov Plastics Products Plant OJSC (Belarus) and a biaxially oriented PP film (TU RB 00204079.164-97) 40 microns thick manufactured by Mogilev Artificial Fiber Plant OJSC "(Belarus). Before use, the films were purified by extraction with acetone in a Soxhlet apparatus for 8 hours. Acrylic acid was used as a graft polymerization monomer, benzophenone was used as a photoinitiator. These reagents were obtained from Sigma-Aldrich (Germany), had a purity of at least 99%, and were used without further purification. The source of UV radiation was two twin mercury lamps DRT-400 with a total power of 800 watts. Used radiation on the line of 365 nm, which was isolated using a band-pass filter UFS-6, having a transmittance of 53% at a wavelength of 365 nm. The IR spectra of the surface of the studied polymer films were obtained by the method of multiple disturbed total internal reflection (MNIPO) using a Smart ARK attachment (Thermo Spectra-Tech, USA) with a serial MNIPE from a ZnSc crystal with a reflection angle of 45 ° to this attachment. The registration of IR spectra of MNVPO was carried out on a Nexus 670 Fourier transform spectrometer (Thermo Nicolet, USA) with a spectral resolution of 4 cm -1 and averaging of 64 scans in the range of 600-4000 cm -1 . The static contact angles for water on the surface of the studied polymer films were measured by the projection method. A drop of distilled water was applied to the polymer surface with a syringe, and after 20-30 s, the contact angle was measured, the average value of which was determined by measuring 7-10 drops in different parts of the sample.
Пример 1Example 1
Готовят 10% раствор акриловой кислоты в дистиллированной воде. Никаких операций по деаэрации приготовленного раствора (удалению из него молекулярного кислорода) не проводят. Образец исходной пленки ПЭ погружают в 0.5% раствор бензофенона в ацетоне на 1 мин, сушат 20 мин на воздухе и укладывают на поверхность кварцевой пластины толщиной 4 мм. На поверхность пленки наносят каплю недеаэрированного 10% водного раствора акриловой кислоты заданного объема и накрывают второй (верхней) кварцевой пластиной так, чтобы капля равномерно растеклась по всей поверхности пленки, образовав слой толщиной ~7 мкм. Кварцевые пластины прижимают друг к другу по краям металлическими зажимами и полученную кювету экспонируют УФ излучением через верхнюю кварцевую пластину в течение 2 мин. После этого пленку ПЭ извлекают из кюветы, отмывают от остаточного мономера и гомополимера, который мог образоваться в процессе прививочной полимеризации, дистиллированной водой при 60°C в течение 8 ч при интенсивном перемешивании с трехкратной заменой воды и сушат 24 ч на воздухе.Prepare a 10% solution of acrylic acid in distilled water. No operations on deaeration of the prepared solution (removal of molecular oxygen from it) are carried out. A sample of the initial PE film is immersed in a 0.5% solution of benzophenone in acetone for 1 min, dried for 20 min in air, and laid on the surface of a 4 mm thick quartz plate. A drop of a non-deaerated 10% aqueous solution of acrylic acid of a given volume is applied to the film surface and covered with a second (upper) quartz plate so that the drop uniformly spreads over the entire film surface, forming a layer with a thickness of ~ 7 μm. The quartz plates are pressed against each other at the edges with metal clamps and the resulting cuvette is exposed to UV radiation through the upper quartz plate for 2 minutes. After that, the PE film is removed from the cuvette, washed from the residual monomer and homopolymer, which could be formed during grafting polymerization with distilled water at 60 ° C for 8 h with vigorous stirring with a three-time change of water and dried for 24 h in air.
Наличие привитой полиакриловой кислоты (ПАК) на поверхности пленки ПЭ подтверждается данными ИК спектроскопии МНПВО (фиг.1А). Спектр исходной пленки содержит характерную для ПЭ дуплетную полосу с максимумами при 1462 и 1472 см-1, обусловленную деформационными колебаниями метиленовых групп ПЭ. Модификация пленки прививочной полимеризацией приводит к появлению в спектре полос поглощения, относящихся к валентным колебаниям групп С=O (1712 см-1), С-O (1248 см-1) и С-С (1173 см-1) привитой ПАК. Образование привитой ПАК подтверждается также результатами измерения краевого угла смачивания (θ) для воды. Исходная пленка ПЭ имеет гидрофобную поверхность (θ=92°), тогда как поверхность пленки, модифицированной прививочной полимеризацией, является высокогидрофильной (θ=46°) благодаря наличию на поверхности слоя привитых цепей гидрофильной ПАК. Данный пример показывает, что эффективная прививочная полимеризация функционального мономера на поверхности полимерного материала может быть получена, в соответствии с заявляемым способом, без проведения операции удаления молекулярного кислорода из водного раствора мономера (т.е. без его деаэрации).The presence of grafted polyacrylic acid (PAA) on the surface of the PE film is confirmed by the data of IR spectroscopy MNPVO (figa). The spectrum of the initial film contains a doublet band characteristic of PE with peaks at 1462 and 1472 cm –1 , due to deformation vibrations of the methylene groups of PE. Modification of the film by grafting polymerization leads to the appearance in the spectrum of absorption bands related to stretching vibrations of the groups C = O (1712 cm -1 ), С-O (1248 cm -1 ) and С-С (1173 cm -1 ) grafted PAA. The formation of grafted PAA is also confirmed by the measurement of the contact angle (θ) for water. The initial PE film has a hydrophobic surface (θ = 92 °), while the surface of the film modified by grafting polymerization is highly hydrophilic (θ = 46 °) due to the presence of a hydrophilic PAA on the layer of grafted chains. This example shows that effective graft polymerization of a functional monomer on the surface of a polymeric material can be obtained, in accordance with the claimed method, without performing the operation of removing molecular oxygen from an aqueous solution of a monomer (i.e., without deaerating it).
Пример 2Example 2
Прививку ПАК на поверхности шести образцов исходной пленки ПЭ проводят аналогично описанному в примере 1 за исключением того, что продолжительность УФ облучения для первого образца составляет 0.5 мин и для каждого последующего образца увеличивается на 0.5 мин относительно предыдущего. Таким образом, получают серию образцов пленки ПЭ модифицированных поверхностно-привитой ПАК при продолжительности УФ облучения 0.5-3 мин.Inoculation of PAA on the surface of six samples of the initial PE film is carried out similarly to that described in example 1, except that the duration of UV irradiation for the first sample is 0.5 min and for each subsequent sample increases by 0.5 min relative to the previous one. Thus, a series of samples of a PE film modified by surface grafted PAA is obtained with a UV irradiation time of 0.5–3 min.
Измерение ИК спектров МНПВО этих образцов позволяет определить для каждого образца количество привитой ПАК в единицах отношения D1712/(D1462+D1712), где D1712 и D1462 - оптическая плотность полосы ПАК при 1712 см-1 и полосы ПЭ при 1462 см-1 соответственно. Измерение краевого угла смачивания для воды на этих же образцах позволяет определить степень гидрофилизации их поверхности привитой ПАК. Результаты измерений представлены на фиг.2 в виде зависимости от продолжительности УФ облучения. Видно, что содержание поверхностно-привитой ПАК растет с увеличением времени УФ облучения, причем основное количество прививки образуется за 2 мин облучения. При этом изначально гидрофобная поверхность пленки ПЭ становится высокогидрофильной, на что указывает снижение угла смачивания для воды с 92 до 46°. Увеличение длительности УФ облучения от 2 до 3 мин приводит лишь к незначительному росту количества прививки (на 9%) и небольшому уменьшению угла смачивания (с 46 до 43°). Эти результаты показывают, что время облучения 2-3 мин является оптимальным, когда остальные условия проведения процесса выбраны согласно примеру 1.Measurement of the IR spectra of the MNIPO of these samples allows us to determine for each sample the amount of grafted PAA in units of the ratio D 1712 / (D 1462 + D 1712 ), where D 1712 and D 1462 are the optical density of the PAA band at 1712 cm -1 and the PE band at 1462 cm -1 respectively. Measurement of the contact angle for water on the same samples allows us to determine the degree of hydrophilization of their surface grafted with PAA. The measurement results are presented in figure 2 as a function of the duration of UV irradiation. It can be seen that the content of surface-grafted PAA increases with increasing time of UV irradiation, with the majority of grafts being formed after 2 minutes of irradiation. In this case, the initially hydrophobic surface of the PE film becomes highly hydrophilic, as indicated by a decrease in the contact angle for water from 92 to 46 °. An increase in the duration of UV irradiation from 2 to 3 min leads only to a slight increase in the number of grafts (by 9%) and a slight decrease in the contact angle (from 46 to 43 °). These results show that an irradiation time of 2-3 minutes is optimal when the remaining process conditions are selected according to example 1.
Пример 3Example 3
Прививку ПАК на поверхности шести образцов исходной пленки ПЭ проводят аналогично описанному в примере 1 за исключением того, что для образцов с 2-го по 6-й толщину слоя раствора акриловой кислоты увеличивают в последовательности 20, 50, 100, 150 и 200 мкм с помощью пластиковых прокладок, которые помещают между пленкой и верхней кварцевой пластиной.Inoculation of PAA on the surface of six samples of the initial PE film is carried out similarly to that described in example 1, except that for samples from the 2nd to the 6th layer thickness of the acrylic acid solution is increased in the sequence of 20, 50, 100, 150 and 200 μm using plastic gaskets that are placed between the film and the upper quartz plate.
Измерение количества привитого полимера на поверхности рассматриваемых образцов методом ИК спектроскопии МНПВО дает зависимость этой характеристики от толщины слоя раствора акриловой кислоты, из которого проводилась прививка, показанную на фиг.3. Из полученных данных видно, что количество привитого полимера незначительно снижается при увеличении толщины слоя от 7 до 50 мкм. При дальнейшем увеличении толщины слоя до 100 мкм количество привитого полимера снижается примерно на 35% и, начиная с толщины 150 мкм, принимает нулевое значение. Данный пример показывает, что для получения эффективной прививки функционального полимера к поверхности полимерного материала с использованием, в соответствии с заявляемым способом, недеаэрированного водного раствора мономера, толщина слоя этого раствора на поверхности полимерного материала должна быть не более 100 мкм.Measurement of the amount of grafted polymer on the surface of the samples under consideration by the method of IR spectroscopy MNPVO gives the dependence of this characteristic on the thickness of the layer of acrylic acid solution from which the grafting was performed, shown in Fig.3. From the obtained data it is seen that the amount of grafted polymer slightly decreases with increasing layer thickness from 7 to 50 microns. With a further increase in the layer thickness to 100 μm, the amount of grafted polymer decreases by about 35% and, starting from a thickness of 150 μm, assumes a zero value. This example shows that in order to obtain an effective grafting of a functional polymer to the surface of the polymer material using, in accordance with the claimed method, an undeaerated aqueous solution of the monomer, the layer thickness of this solution on the surface of the polymer material should be no more than 100 μm.
Пример 4Example 4
Прививку ПАК на поверхности образцов пленки ПП проводят аналогично описанному в примерах 1-3 для пленки ПЭ, за исключением того, что фотоинициатор наносят на поверхность пленки ПП, погружая ее в 5% раствор бензофенона в ацетоне на 5 мин, и диапазон продолжительности УФ экспонирования пленок расширяют до 5 мин.The PAA graft on the surface of the PP film samples is carried out similarly to that described in examples 1-3 for the PE film, except that the photoinitiator is applied to the surface of the PP film by immersing it in a 5% solution of benzophenone in acetone for 5 min and the duration of UV exposure of the films expand to 5 min.
Содержание привитой ПАК на поверхности пленок ПП определяют из их ИК спектров МНПВО. На фиг.1Б показаны ИК спектры МНПВО поверхности пленки ПП до (кривая 1) и после (кривая 2) ее модификации прививкой ПАК из слоя водного раствора мономера толщиной ~7 мкм при продолжительности УФ облучения 4 мин. Спектр исходной пленки ПП содержит характерные для ПП интенсивные полосы с максимумами при 1451 и 1375 см-1. После проведения прививки в спектре появляется полоса при 1712 см-1 и увеличивается поглощение в области 1200-1300 см-1, что обусловлено валентными колебаниями С=O и С-O карбоксильных групп ПАК. Количество привитой ПАК на поверхности пленки ПП определяют из ее ИК спектра МНПВО в единицах отношения D1712/(D1451+D1712), где D1712 и D1451 - оптическая плотность полосы ПАК при 1712 см-1 и полосы ПП при 1451 см-1 соответственно. Данные по количеству привитой ПАК и краевому углу смачивания для воды на поверхности образцов пленки ПП, модифицированных прививочной полимеризацией акриловой кислоты при различных значениях времени УФ экспонирования и толщины слоя раствора мономера, представлены в таблице 1. Видно, что при толщине слоя раствора мономера, равной 7 мкм, оптимальная длительность УФ облучения составляет 4 мин. Для этой длительности УФ облучения при увеличении толщины слоя с 7 до 50 мкм количество прививки практически не изменяется, при толщине 100 мкм оно снижается на 65%, а при 150 мкм привитой полимер не образуется. Данный пример еще раз показывает, что заявляемый способ позволяет получать эффективную прививку функционального полимера из недеаэрированного водного раствора мономера, когда толщина слоя этого раствора не превышает 100 мкм.The content of grafted PAA on the surface of PP films is determined from their IR spectra of MNPVO. On figb shows the IR spectra of the MNPVO of the surface of the PP film before (curve 1) and after (curve 2) its modification by grafting with PAA from a layer of an aqueous solution of monomer ~ 7 μm thick with a UV exposure of 4 minutes The spectrum of the initial PP film contains intense bands characteristic of the PP with maxima at 1451 and 1375 cm -1 . After grafting, a band appears in the spectrum at 1712 cm -1 and absorption increases in the region of 1200-1300 cm -1 , which is due to stretching vibrations of C = O and C-O of the carboxyl groups of PAA. The amount of grafted PAA on the surface of the PP film is determined from its IR spectrum of the MNIPO in units of the ratio D 1712 / (D 1451 + D 1712 ), where D 1712 and D 1451 are the optical density of the PAA band at 1712 cm -1 and the PP band at 1451 cm - 1 respectively. The data on the amount of grafted PAA and the contact angle for water on the surface of PP film samples modified by graft polymerization of acrylic acid at various UV exposure times and the thickness of the monomer solution layer are presented in Table 1. It can be seen that with a monomer solution layer thickness of 7 μm, the optimal duration of UV irradiation is 4 minutes For this UV exposure duration, with an increase in the layer thickness from 7 to 50 μm, the amount of grafting remains practically unchanged, with a thickness of 100 μm it decreases by 65%, and at 150 μm the grafted polymer does not form. This example once again shows that the inventive method allows to obtain an effective grafting of a functional polymer from an undeaerated aqueous solution of monomer when the layer thickness of this solution does not exceed 100 μm.
Пример 5Example 5
Готовят 10% раствор акриловой кислоты в дистиллированной воде. Никаких операций по деаэрации раствора не проводят. Две пленки ПЭ одинакового размера погружают в 0.5% раствор бензофенона в ацетоне на 1 мин и сушат 20 мин на воздухе. Одну из этих пленок укладывают на поверхность кварцевой пластины. На поверхность пленки наносят каплю недеаэрированного 10% водного раствора акриловой кислоты заданного объема и накрывают второй пленкой ПЭ так, чтобы капля равномерно растеклась по всей поверхности обеих пленок, образовав слой толщиной ~7 мкм. Поверх второй пленки ПЭ укладывают вторую кварцевую пластину, прижимают кварцевые пластины друг к другу по краям металлическими зажимами и полученную кювету экспонируют УФ излучением через одну из кварцевых пластин в течение 3 мин. После этого обе пленки ПЭ извлекают из кюветы, отмывают от остаточного мономера и гомополимера, который мог образоваться в процессе прививочной полимеризации, аналогично описанному в примере 1.Prepare a 10% solution of acrylic acid in distilled water. No deaeration of the solution is carried out. Two films of PE of the same size are immersed in a 0.5% solution of benzophenone in acetone for 1 min and dried for 20 min in air. One of these films is laid on the surface of a quartz plate. A drop of an undeaerated 10% aqueous solution of acrylic acid of a given volume is applied to the film surface and covered with a second PE film so that the drop uniformly spreads over the entire surface of both films, forming a layer with a thickness of ~ 7 μm. A second quartz wafer is placed on top of the second PE film, the quartz wafers are pressed against each other at the edges with metal clips, and the resulting cuvette is exposed to UV radiation through one of the quartz wafers for 3 minutes. After that, both PE films are removed from the cuvette, washed from the residual monomer and homopolymer, which could be formed during grafting polymerization, as described in example 1.
Данные по количеству привитого полимера и краевому углу смачивания для воды на поверхности обеих пленок приведены в таблице 2. Пленка, которая в процессе полимеризации была обращена к источнику УФ излучения, названа для определенности верхней пленкой, а пленка, которая экранировалась первой пленкой и слоем раствора мономера, нижней. Данные ИК спектроскопии МНПВО показывают, что привитой полимер образовался на поверхности обеих пленок, причем в практически одинаковом количестве. О высокой эффективности прививочной полимеризации свидетельствуют данные по краевому углу смачивания. Для верхней и нижней пленок он составил соответственно 38 и 39°, тогда как для исходной пленки он равен 92°. Это означает, что изначально гидрофобные поверхности обеих пленок стали высокогидрофильными в результате их модификации привитой ПАК.The data on the amount of grafted polymer and the contact angle for water on the surface of both films are shown in Table 2. The film that was turned to the UV source during polymerization is called the top film for definiteness, and the film that was screened by the first film and a layer of monomer solution bottom. The data of IR spectroscopy of MNPVO show that the grafted polymer was formed on the surface of both films, and in almost the same amount. The high efficiency of grafting polymerization is evidenced by the data on the contact angle. For the upper and lower films, it was 38 and 39 °, respectively, while for the initial film it was 92 °. This means that the initially hydrophobic surfaces of both films became highly hydrophilic as a result of their modification with the grafted PAA.
Пример 6Example 6
Прививку акриловой кислоты на поверхности одновременно двух пленок ПП проводят аналогично описанному в примере 5 для пленок ПЭ, за исключением того, что фотоинициатор наносят на поверхность пленок, погружая их в 5% раствор бензофенона в ацетоне на 5 мин, и УФ облучение проводят в течение 4 мин. Данные о количестве привитого полимера и краевого угла смачивания, представленные в таблице 2, показывают, что используемый способ позволил получить эффективную прививку ПАК одновременно на поверхности двух пленок ПП.The grafting of acrylic acid on the surface of two PP films simultaneously is carried out similarly to that described in Example 5 for PE films, except that the photoinitiator is applied to the surface of the films by immersing them in a 5% solution of benzophenone in acetone for 5 min, and UV irradiation is carried out for 4 min The data on the amount of grafted polymer and the contact angle shown in Table 2 show that the method used allowed us to obtain an effective graft of PAA simultaneously on the surface of two PP films.
Источники информацииInformation sources
1. Uyama Y., Kato K., Ikada Y. Surface Modification of Polymers by Grafting. Adv. Polymer Sci. Vol.137, 1998. - P.1-39.1. Uyama Y., Kato K., Ikada Y. Surface Modification of Polymers by Grafting. Adv. Polymer Sci. Vol.137, 1998 .-- P.1-39.
2. Ulbricht M. Advanced functional polymer membranes. Polymer. Vol.47, 2006. - P.2217-2262.2. Ulbricht M. Advanced functional polymer membranes. Polymer Vol. 47, 2006 .-- P.2217-2262.
3. Tazuke S., Kimura H. Surface photografting. 2. Modification of polypropylene film surface by graft polymerization of acrylamide. Makromol. Chem. Vol.179, 1978. - P.2603-2612.3. Tazuke S., Kimura H. Surface photografting. 2. Modification of polypropylene film surface by graft polymerization of acrylamide. Makromol. Chem. Vol. 179, 1978. - P.2603-2612.
4. Патент США 7431888, В2, 07.10.2008.4. US patent 7431888, B2, 10/07/2008.
5. Патент США 6808738, В2, 26.10.2004.5. US patent 6808738, B2, 10.26.2004.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011146203/05A RU2487146C1 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Method of producing surface-grafted polymer on surface of polymer film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011146203/05A RU2487146C1 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Method of producing surface-grafted polymer on surface of polymer film |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011146203A RU2011146203A (en) | 2013-05-20 |
RU2487146C1 true RU2487146C1 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011146203/05A RU2487146C1 (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Method of producing surface-grafted polymer on surface of polymer film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2487146C1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107641963A (en) * | 2017-09-22 | 2018-01-30 | 江苏理工学院 | A kind of surface of polylactic acid fiber membrane controllability hydrophilic modification method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6808738B2 (en) * | 2001-02-28 | 2004-10-26 | Uroteq Inc. | Method of making anti-microbial polymeric surfaces |
US20050147824A1 (en) * | 2003-12-30 | 2005-07-07 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Surface initiated graft polymerization |
-
2011
- 2011-11-14 RU RU2011146203/05A patent/RU2487146C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6808738B2 (en) * | 2001-02-28 | 2004-10-26 | Uroteq Inc. | Method of making anti-microbial polymeric surfaces |
US20050147824A1 (en) * | 2003-12-30 | 2005-07-07 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Surface initiated graft polymerization |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Y.UYAMA. Advanced in Polymer Science. Surface modification of polymers by grafting, 1998, vol.137, p.p.1-39. * |
ТРЕТИННИКОВ О.Н. Вести НАН Беларуси. Фотоиндуцированная прививочная полимеризация акриловой кислоты на поверхности полиэтилена без удаления кислорода из реакционной среды. - Сер. Хим. Наук, 2010, No.4, с.64-67. * |
ТРЕТИННИКОВ О.Н. Вести НАН Беларуси. Фотоиндуцированная прививочная полимеризация акриловой кислоты на поверхности полиэтилена без удаления кислорода из реакционной среды. - Сер. Хим. Наук, 2010, №4, с.64-67. Y.UYAMA. Advanced in Polymer Science. Surface modification of polymers by grafting, 1998, vol.137, p.p.1-39. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011146203A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5209849A (en) | Hydrophilic microporous polyolefin membrane | |
CA2422738C (en) | Uv-assisted grafting of pes and psf membranes | |
KR101580702B1 (en) | Composite separation membrane | |
US20100240827A1 (en) | Method for Producing a Grafted Polymer Coating and Substrates Formed in Accordance With the Method | |
EP3000842A1 (en) | Surface modification method and surface modification body | |
US6451386B1 (en) | Modified polymer having improved properties and process for manufacturing same | |
US20150191693A1 (en) | Process for modifying a polymeric surface | |
AU7844098A (en) | Non-fouling, wettable coated devices | |
JP2002113089A (en) | Polymer and lens for oculus using it | |
Edge et al. | Surface modification of polyethylene by photochemical grafting with 2‐hydroxyethylmethacrylate | |
Tretinnikov et al. | Benzophenone-initiated grafting photopolymerization of acrylic acid on the surface of polyethylene from the monomer aqueous solution without its deaeration | |
Koseki et al. | In situ measurement of shrinkage behavior of photopolymers | |
EP3243862B1 (en) | Surface modification method | |
RU2487146C1 (en) | Method of producing surface-grafted polymer on surface of polymer film | |
Martínez-Cocoletzi et al. | Primary-amine surface functionalization of polytetrafluoroethylene films by radiation grafting of aminated polyacryloyl chloride | |
EP3122807B1 (en) | Modified elastomer surface | |
JP2011502745A (en) | Filtration membrane | |
ES2265347T3 (en) | METHOD FOR FUNCTIONING SOLID SURFACES. | |
WO2018154505A1 (en) | Methods for grafting acrylates onto polymer surfaces | |
EP0342239B1 (en) | Porous membrane and process for its production | |
WO2021090215A1 (en) | Surface-modified polyethersulfone membranes and method of making thereof | |
JPH06169755A (en) | Porous hollow filament membrane for cell culture | |
EP3819020A1 (en) | Surface-modified polyethersulfone membranes and method of making thereof | |
EP3562909A1 (en) | Methods for grafting liquid crystalline coatings onto polymer surfaces | |
Van Os et al. | Thin film plasma deposition of allylamine; effects of solvent treatment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151115 |