專利名稱：一種利用紫外光聚合在電場(chǎng)下制備取向高分子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用紫外光聚合的方法在電場(chǎng)下制備取向高分子的方法研究。
背景技術(shù)：
隨著光固化產(chǎn)品在不同領(lǐng)域越來越多的商業(yè)應(yīng)用，如涂料、油墨、微電子和齒科修復(fù)材料，光固化技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。光固化技術(shù)在有引發(fā)劑存在的條件下通過紫外光照射迅速將液態(tài)多官能度單體和低聚物轉(zhuǎn)化成固態(tài)聚合物。固化物的性能可受多種因素的影響，例如光引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)和種類、單體結(jié)構(gòu)、聚合溫度、光強(qiáng)、重力場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等。就電場(chǎng)對(duì)光聚合體系的影響來說，許多研究者研究了電場(chǎng)對(duì)PEO以及SWNTs的排 列取向。C. Park, R. E. Robertson在直流電場(chǎng)下獲得了沿著電場(chǎng)方向的PEO的排列取向。Cheol. Park等人在交流電場(chǎng)下獲得了 SWNTs的排列。Meghana V. kakade等人在電紡絲的接收極加上反向的直流電場(chǎng)，從而獲得了 PEO纖維的排列及其纖維內(nèi)部PEO聚合物鏈的取向。以上這些研究都只針對(duì)電場(chǎng)下聚合物的排列取向進(jìn)行了研究，沒有更深入地研究光聚合體系在電場(chǎng)下的動(dòng)力學(xué)以及微觀形態(tài)學(xué)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在用光聚合方法在電場(chǎng)下制備一系列取向高分子。該研究方法易于控制，步驟簡(jiǎn)單，后處理操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。本發(fā)明所提供的制備的取向高分子的光聚合樣品的制備方法，包括以下方向(I)將光聚合單體與引發(fā)劑按一定配比混合后在紫外光照射下聚合；(2)將兩種光聚合單體與弓丨發(fā)劑按一定配比混合后通過共聚合反應(yīng)在紫外光下聚合；(3)將光聚合單體與溶劑互溶，配合引發(fā)劑按一定配比在紫外光下聚合；將上述聚合體系置于lv/mm至2kv/mm的電場(chǎng)強(qiáng)度下Imin至2h,用5 80mW/cm2的紫外光照射反應(yīng)I 50min,得到取向高分子。上述方向(I)、(2)和(3)中的光聚合單體包括丙烯酸鈉、甲基丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、甲基丙烯酸鉀、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基苯磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、
2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸異葵酯、2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、1，6_己二醇二丙烯酸酯、1，6_己二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(200) 二丙烯酸酯、聚乙二醇(200) 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(400) 二丙烯酸酯、聚乙二醇(400) 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(600) 二丙烯酸酯、聚乙二醇(600) 二甲基丙烯酸酯、二縮三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三縮四乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三官能團(tuán)丙烯酸酯、(3)丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、(3)乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、二季戊四醇五/六丙烯酸酯等。上述方向(I)、⑵和(3)中所述的引發(fā)劑分別為1173(2-羥基-2-甲基_1_苯基丙酮)、184 (I-羥基-環(huán)己基-苯基甲酮)、2959 (I-[4- (2-羥基羥乙基)-苯基]-2-甲基_1_丙燒)、TP0 (2,4,6- 二甲基苯甲酸基_■苯基氧化勝)、907 (2-甲基_1- (4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基丙基-I-酮)、369 (2-芐基-2- 二甲基氨基-I- (4-嗎啉芐基)丁酮)、651 (安息香雙甲醚)、819(苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧化膦)。上述方向(3)中所述的溶劑包括水、苯、酯類、不同類醇類等。上述方向方向(I)、(2)和(3)中所述的一定配比是指聚合體系引發(fā)劑用量不同，引發(fā)劑用量為0. 05wt% 5. Owt % (相對(duì)于單體質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù))。


圖I為實(shí)施例I中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖且電場(chǎng)方向?yàn)橛缮现料?，圖2為實(shí)施例I中高分子高分辨透射電子顯微鏡的傅里葉變換圖。圖3為實(shí)施例3中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖且電場(chǎng)方向?yàn)橛缮现料?。圖4為實(shí)施例4中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖且電場(chǎng)方向?yàn)橛勺笾劣?。圖5為實(shí)施例5中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖且電場(chǎng)方向?yàn)橛勺笾劣?。?shí)施例2，6，7，9中高分子的掃描電子顯微鏡斷面圖與圖I中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖類似，實(shí)施例8高分子的掃描電子顯微鏡斷面圖與圖5中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖相似，實(shí)施例10高分子的掃描電子顯微鏡斷面圖與圖3中高分子掃描電子顯微鏡斷面圖類似，故不累述。實(shí)施例2 10中高分子高分辨透射電子顯微鏡的傅里葉變換圖與實(shí)施例I中高分子高分辨透射電子顯微鏡的傅里葉變換圖相似，故不累述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I取0.02g光引發(fā)劑1173，加入到2. OOg的HEA中去，配成引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為I 100的光聚合體系，室溫超聲振蕩2min，使體系分散均勻。用ImL針管將體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上100V的電壓5min，用30mW/cm2的紫外光對(duì)聚合體系照射5min，期間一直加電壓，聚合后的樣品在丙酮中浸泡48h，處理后將樣品制樣在掃描電子顯微鏡及高分辨透射電子顯微鏡下可觀察到取向結(jié)構(gòu)，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例2取0. 002g光引發(fā)劑184，加入到2. OOg的HEA，配成八組引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為I 1000的光聚合體系，編號(hào)(I) (7)，室溫超聲振蕩lOmin，使體系混合均勻。用ImL針管將體系注入導(dǎo)電玻璃模具中。將編號(hào)(I)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)的聚合體系加上200V 的電壓，電場(chǎng)作用時(shí)間分別為 5min、15min、30min、45min、60min、90min、120min,用光強(qiáng)為60mW/cm2的紫外光對(duì)聚合體系照射lOmin。將(I) (J)號(hào)聚合后樣品都放入丙酮中浸泡48h,除去樣品表面未反應(yīng)的單體,制樣，用掃描電子顯微鏡及高分辨透射電鏡可觀察到樣品的取向結(jié)構(gòu)，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例3 取0. 200g光引發(fā)劑819，加入到4. OOg的PEG (600) DA (聚乙二醇二丙烯酸酯)，配成引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為1 : 20的光聚合體系，室溫超聲振蕩15min，使體系分散均勻。用ImL針管將體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上1000V的電壓30min，用光強(qiáng)為45mW/cm2的紫外光對(duì)體系進(jìn)行照射lmin，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例4取0.04g光引發(fā)劑1173，加入到4. OOgMMA(甲基丙烯酸甲酯)中去，配成引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為I : 100的光聚合體系。用ImL針管將體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上2000V的電壓60min，用光強(qiáng)為50mW/cm2的紫外光照射30min，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例5取光引發(fā)劑369、651、907和2959。稱量0. 03g光引發(fā)劑，然后加入3. Og的DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)，配成引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為I : 100的光聚合體系，室溫超聲振蕩20min，使體系分散均勻。用ImL針管將體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上500V的電壓90min，用光強(qiáng)為65mW/cm2的紫外光對(duì)體系進(jìn)行紫外光照射20min，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例6取少量光引發(fā)劑1173，根據(jù)引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比分別為1/2000、1/1000、1/200,1/100和1/20的比例加入HEA，配制成上述五種不同引發(fā)劑用量的光聚合體系，室溫超聲振蕩25min，使體系分散均勻。用ImL針管將聚合體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上1500V電壓15min，用光強(qiáng)為25mW/cm2的紫外光照射15min，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例7按質(zhì)量比I : 9的比例取兩種光聚合單體TMPTA(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)和HEA(丙烯酸羥乙酯)，再按光引發(fā)劑與共聚單體的質(zhì)量比為I : 200的比例加入光引發(fā)劑TP0，將配制好的聚合體系室溫超聲振蕩40min，使體系分散均勻。用ImL針管將聚合體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上800V電壓45min，用光強(qiáng)為60mW/cm2的紫外光照射5min，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例8按質(zhì)量比I : 9的比例取兩種光聚合單體TMPTA(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)和DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)，再按光引發(fā)劑與共聚單體的質(zhì)量比為I : 100的比例加入光引發(fā)劑1173，室溫超聲振蕩35min，使體系分散均勻。用ImL針管將聚合體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上600V電壓20min，用光強(qiáng)為55mW/cm2的紫外光照射5min，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。實(shí)施例9取一定量光聚合單體HEA(丙烯酸羥乙酯)，分別按丙酮與單體的質(zhì)量比為1/10、1/5、3/10、2/5、1/2、3/5、7/10、4/5和9/10加入丙酮，再按引發(fā)劑與單體的質(zhì)量比為I : 100的比例加入光引發(fā)劑1173，配置成不同溶劑用量的光聚合體系，室溫超聲振蕩30min，使體系分散均勻。用ImL針管將聚合體系注入模具中，加上1200V電壓75min，用光強(qiáng)為70mW/cm2的紫外光照射20min，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。
實(shí)施例10 按質(zhì)量比I : 9的比例取兩種光聚合單體TMPTA(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯)和PEG (600) DA (聚乙二醇(600) 二丙烯酸酯)，再按光引發(fā)劑與共聚單體的質(zhì)量比為I 100的比例加入光引發(fā)劑1173，室溫超聲振蕩35min，使體系分散均勻。用ImL針管將聚合體系注入導(dǎo)電玻璃模具中，加上600V電壓30min，用光強(qiáng)為5mW/cm2的紫外光照射lOmin，得到取向高分子，可用于光學(xué)、電子器件和顯示器件等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種利用紫外光聚合在電場(chǎng)下制備取向高分子的方法，其特征包括三個(gè)方向 (1)將光聚合單體與引發(fā)劑混合后在紫外光照射下聚合； (2)將兩種光聚合單體與引發(fā)劑混合后通過共聚合反應(yīng)在紫外光下聚合； (3)將光聚合單體與溶劑互溶，配合引發(fā)劑在紫外光下聚合； (4)將上述聚合體系置于lv/mm至2kv/mm的電場(chǎng)強(qiáng)度下Imin至2h,用5 80mW/cm2的紫外光照射反應(yīng)I 50min,得到取向高分子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于方向(I)、(2)和(3)中所述的光聚合單體包括丙烯酸鈉、甲基丙烯酸鈉、丙烯酸鉀、甲基丙烯酸鉀、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基苯磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸異冰片酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸異葵酯、2 (2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片 酯、1，6_己二醇二丙烯酸酯、1，6_己二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(200) 二丙烯酸酯、聚乙二醇(200) 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(400) 二丙烯酸酯、聚乙二醇(400) 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(600) 二丙烯酸酯、聚乙二醇(600) 二甲基丙烯酸酯、二縮三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三縮四乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三官能團(tuán)丙烯酸酯、(3)丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、(3)乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯或二季戊四醇五/六丙烯酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于方向(I)、(2)和(3)中所述的引發(fā)劑分別為1173(2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮)、184(1-羥基-環(huán)己基-苯基甲酮)、2959(1-[4-(2-羥基輕乙基)_苯基]~2~甲基_1_丙燒)、TPO(2,4,6-二甲基苯甲酸基_■苯基氧化勝)、907(2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基丙基-I-酮)、369 (2-芐基-2-二甲基氨基-I-(4-嗎啉芐基)丁酮)、651(安息香雙甲醚)或819 (苯基雙(2，4，6-三甲基苯甲?；?氧化膦)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于方向(3)中所述的溶劑包括水、苯、酯類或不同類醇類。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于方向(I)、(2)和(3)中所述的引發(fā)劑用量為相對(duì)于單體質(zhì)量的0. 05wt*% 5. Owt %。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用紫外光聚合在電場(chǎng)下制備取向高分子的方法。該方法包括以下三個(gè)方向(1)將光聚合單體與引發(fā)劑按一定配比混合后在紫外光照射下聚合；(2)將兩種光聚合單體與引發(fā)劑按一定配比混合后通過共聚合反應(yīng)在紫外光下聚合；(3)將光聚合單體與溶劑互溶，配合引發(fā)劑按一定配比在紫外光下聚合。將配制好的光聚合體系置于1v/mm至2kv/mm的電場(chǎng)強(qiáng)度下5min至2h后，用5～80mW/cm2的紫外光照射1～50min，得到取向高分子。本發(fā)明方法易于控制，步驟簡(jiǎn)單，后處理操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
文檔編號(hào)C08F2/48GK102617758SQ201210095988
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者李春光, 楊鋒, 聶俊, 馬貴平 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)