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聚合物材料的合成及其在化学工业中的应用随着化学工业的快速发展，聚合物材料已经成为一种非常重要的材料。
聚合物材料的应用范围非常广泛，从日常用品到高端科技产品，都能找到聚合物材料的身影。
那么，聚合物材料是如何合成的呢？它们在化学工业中有哪些应用呢？今天，我们就来探讨一下这个话题。
一、聚合物材料的合成聚合物材料是由单体聚合而成的高分子材料。
单体是指能够形成高分子的小分子化合物，它们通常是无色、无味、不挥发、不燃、溶于一些有机溶剂。
我们平常所说的聚合物材料可以分为两大类——线性聚合物和交联聚合物。
线性聚合物通常是由两种单体按照一定比例混合而成，交联聚合物则是由三种或三种以上的单体交叉连接而成。
下面，我们将分别介绍一下这两种聚合物材料的合成方法。
1.线性聚合物合成方法线性聚合物的合成方法有多种，下面我们简单介绍几种常见的方法。
1.1 自由基聚合自由基聚合是合成线性聚合物最常用的方法之一。
它的原理是通过将单体与自由基反应来生成聚合物。
自由基反应速度较快，适用范围广，可以用于制备大部分线性聚合物。
1.2 阴离子聚合阴离子聚合是将负离子与正离子结合来生成聚合物的过程。
阴离子反应速度较慢，需要考虑到反应的选择性和环境温度。
1.3 离子对聚合离子对聚合是指通过两种互补的离子反应来制备聚合物，这种方法可以制备一些具有特殊功能的聚合物。
1.4 配位聚合配位聚合是指通过配位体化学反应来合成聚合物的方法。
这种方法在某些具有特殊结构的聚合物中应用广泛。
2.交联聚合物合成方法交联聚合物的合成方法也有多种，下面我们简单介绍几种常见的方法。
2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备交联聚合物最常用的方法之一。
它的原理是通过将聚合物单体在溶液中凝胶化，形成一种具有一定孔径的材料。
通常使用热处理或辐射交联来使凝胶变成交联聚合物。
2.2 电子束交联法电子束交联法是通过电子束辐射来交联聚合物的方法。
这种方法可以制备具有高度交联性和高强度的聚合物，但需要注意的是辐射剂量不能过大，否则会导致聚合物性能下降。
纤维素接枝聚合-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：纤维素接枝聚合是一种重要的化学修饰技术，通过在纤维素分子上引入聚合物链段，使纤维素获得新的功能和性质。
这一技术已经在多个领域得到广泛应用，例如材料科学、生物医学和环境治理等方面。
纤维素是一种天然存在于植物细胞壁中的有机化合物，其结构特点是由大量葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接形成的线性聚合物。
纤维素具有许多优秀的性质，例如生物可降解、生物相容性好、机械强度高等，因此具备广泛的应用前景。
然而，纤维素本身一般具有不溶性和不溶胀性，限制了其在某些领域内的应用。
为了改善纤维素的性质，并使其适用于更多的应用场景，科研人员不断探索纤维素接枝聚合技术。
这种技术利用化学方法将聚合物链段接枝到纤维素分子上，形成新的复合材料。
通过接枝聚合，可以赋予纤维素新的性质，例如可溶性、可降解性、生物活性等，从而拓宽了纤维素的应用领域。
本文将详细介绍纤维素接枝聚合技术的定义和原理，探讨其在不同领域中的应用，例如纤维素基复合材料、药物传递系统等。
同时，本文还将介绍纤维素接枝聚合的方法和技术，包括化学合成法、物理吸附法等。
最后，文章将总结纤维素接枝聚合的优势和挑战，并提出未来的发展方向。
通过对纤维素接枝聚合技术的深入研究和应用，有望为新材料的设计和合成提供新的思路和解决方案，推动相关领域的发展。
1.2文章结构文章结构的主要目的是为读者提供一条清晰的思路和逻辑框架，使他们能够更好地理解和阅读文章。
本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
首先，在引言部分，我们会对纤维素接枝聚合进行概述，介绍其背景和重要性。
然后，我们会概括介绍本文的主要内容和结构。
接下来，正文部分将详细讨论纤维素的特性，包括其化学结构、物理性质以及在工业和科学领域的应用。
然后，我们会阐述接枝聚合的定义和原理，解释其作用和机制。
接着，我们会详细介绍纤维素接枝聚合的应用领域，包括纤维素材料的增强、功能化以及生物医学等方面。
橡胶表面改性的方法石 锐1,田 明1,2,齐 卿1,张立群1,2(1.北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京 100029;2.北京化工大学教育部纳米材料先进制备技术及应用科学重点实验室,北京 100029) 摘要:综述橡胶表面改性的方法,包括化学技术改性和物理技术改性。
化学技术改性包括表面卤化(氟化、氯化、溴化和碘化)、表面氧化和共价功能化改性;物理技术改性包括表面涂层、等离子处理与等离子聚合改性、辐射(等离子、γ2射线、紫外线和电子束等)引发表面接枝聚合等。
指出橡胶表面改性还需从橡胶表面分子的微观结构入手,不断探索新的改性手段,从而达到适应不同环境的目的。
关键词:橡胶;表面改性;化学技术改性;物理技术改性中图分类号:TQ330.7+5 文献标识码:B 文章编号:10002890X (2006)0320186206作者简介:石锐(19812),女,河南林州人,北京化工大学在读博士研究生,主要从事新型生物弹性体的设计、改性和应用研究。
很多情况下,橡胶材料是通过其表面和表面性能来参与工作的。
橡胶表面改性是在不影响橡胶基材性质的基础上通过改变橡胶的表面性质来适应某些特定的用途或赋予橡胶某些特殊的性能。
硅橡胶属于表面疏水性物质,但通过表面改性可以提高其表面亲水性,从而作为生物材料使用,扩展其使用范围;通过表面改性可在不影响材料强度的前提下减小旋转轴密封圈的表面摩擦。
橡胶材料表面改性按照改性目的可分为改变表面摩擦性能、改变表面粘合性能和改变表面亲水性能等;按照橡胶材料表面大分子发生变化的性质可分为物理改性和化学改性;按照改性方法可分为化学技术改性和物理技术改性。
本文按照改性方法对橡胶材料的表面改性进行介绍。
1 化学技术改性化学技术改性是指通过反应剂与材料表面发生化学反应,使材料表面在化学结构(有时伴随物理结构)上发生改变,从而达到提高材料某些性能的目的。
橡胶表面化学技术改性属于化学改性,改性时所发生的化学反应很复杂,涉及到取代、置换和环化反应等。
第48卷 第4期·8·作者简介：胡佳伟（1994-），男，博士研究生在读，主要从事嵌段共聚物聚合驱动自组装方面的研究。
收稿日期：2021-11-300 前言什么是聚合驱动自组装？在正式引入聚合驱动自组装概念之前，应该先了解一下嵌段共聚物的自组装。
一般来说，只含有一种单体的聚合物被称为均聚物，而由多种单元聚合而成的则称为共聚物。
而嵌段共聚物则是指将两种或两种以上的性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物。
以AB 型嵌段共聚物为例，由于嵌段共聚物不同嵌段性质的差异，因此会在溶液或者固体中发生自组装，形成具有不同形貌结构的胶束结构，例如球状、囊泡状、蠕虫状、片状、棒状和螺旋管状等[1~3]。
而相比于嵌段共聚物的自组装，聚合驱动自组装则是在嵌段共聚物的聚合过程中发生的自组装：例如在水体系中，以水溶性的聚合物嵌段A 作为前驱体和一种相应的均聚物B 为不溶于水的水溶性单体进行聚合，随着聚合进行B 嵌段聚合度不断增加，当聚合度达到一个临界聚合度时，此时B 嵌段开始不溶于水，这样在水中形成的AB 两嵌段共聚物会因为亲疏水性质的不同而在水中进行自组装，如图1。
而通过改变A 和B 嵌段的聚合度以及控制嵌段共聚物的浓度可以制得不同形貌的共聚物纳米粒子，如球状、囊泡蠕虫等。
由于这一组装过程是在聚合过程中发生的，因此称为聚合驱动自组装[4~7]。
相比于嵌段共聚物的自组装，聚合驱动自组装具有很多明显的优势：嵌段共聚物的自组装首先需要进行嵌段共聚物的制备，然后在良溶剂中进行溶解，再将聚合物溶液加到不良溶剂中（通常需要加入共溶剂RAFT 聚合驱动自组装机理研究及展望胡佳伟，郑思珣(上海交通大学化学化工学院，上海 200240)摘要：聚合驱动自组装（Polymerization-induced self -assembly , PISA ）是近年来发展起来的一种环境友好的、可高效制备具有特定形貌嵌段共聚物纳米粒子的方法。
电子束曝光对聚合物材料的影响随着科技的不断发展，新材料在成领域中的应用也越来越广泛。
而聚合物材料作为材料学中的重要研究领域之一，在众多领域得到了广泛的应用，如塑料、橡胶、机械、航空等行业。
然而，聚合物材料也有其固有的缺陷，例如尺寸稳定性、耐热性等都有限。
电子束曝光技术就是一种可以改善这些缺陷的方法。
一、电子束曝光的基本概念电子束曝光是指将高能电子束焦在某一点或曲线上，对聚合物材料进行加工的技术。
这种技术通过改变聚合物材料的分子结构，从而达到改变其物理性质和化学性质的目的。
这种技术集成了物理、化学和材料学多个学科，是一项技术含量较高的研究领域。
电子束曝光技术有很多优点，例如加工速度快、成本低、对环境无污染等。
在材料科学中，电子束曝光技术也广泛应用于塑料、橡胶、纺织、印刷等领域。
二、电子束曝光的一个最显著的影响是聚合物材料的交联度增加，从而增加了其尺寸稳定性。
聚合物材料的内部分子结构不稳定，容易收缩、变形等导致制造出的产品尺寸不稳定。
通过电子束曝光的方法进行加工，可以使聚合物材料的交联度增加，从而使其变得更为稳定，可以应用于更为严苛的环境中。
除此之外，电子束曝光也可以使聚合物材料具有更好的耐热性、耐氧化性和耐辐射性等性质。
聚合物材料的长期使用会遇到一系列的环境因素影响，例如高温、放射线等。
这些环境因素会加速聚合物材料的老化和降解，导致其性能下降。
通过电子束曝光技术对聚合物材料进行加工，可以提高其耐环境因素影响的能力，从而使聚合物材料的使用寿命得到延长。
另外，电子束曝光技术还可以对聚合物材料进行微细加工。
聚合物材料的表面不平整、薄膜的厚度不均匀等都会影响其物理化学性质。
通过电子束曝光技术，我们可以对聚合物材料进行精细的加工，使其表面更为平滑、薄膜更加均匀，从而提高产品的质量。
三、电子束曝光技术在实际应用中的局限电子束曝光技术虽然在聚合物材料的加工中有着广泛的应用，但是在实际应用中也有其局限性。
首先，电子束曝光技术只适用于一些特定的材料，例如聚乙烯、聚氯乙烯等。
电子束辐照对聚合物材料稳定性的影响聚合物材料在各个领域中得到了广泛的应用。
然而，随着科技的不断进步，对聚合物材料的性能和稳定性的要求也越来越高。
而电子束辐照作为一种高能射线辐照方式，对聚合物材料的稳定性具有重要的影响。
本文将探讨电子束辐照对聚合物材料稳定性的影响。
首先，电子束辐照对聚合物材料的物理性能产生显著影响。
电子束辐照能够改变聚合物材料的结晶结构，增加聚合物的晶格常数，从而使材料的力学性能发生变化。
此外，电子束辐照还能够改变聚合物材料的表面性质，使其表面疏水性增强或表面电荷性质发生变化。
因此，电子束辐照可以通过改变聚合物材料的物理性质来提高其性能和稳定性。
其次，电子束辐照对聚合物材料的化学性能也产生重要影响。
电子束辐照能够引起聚合物材料的化学链断裂和交联反应，从而改变其化学结构和性质。
辐照使聚合物材料中的官能团发生改变，导致材料的化学活性发生变化。
同时，电子束辐照还能引起聚合物材料中的氧化反应，使其发生氧化降解，降低材料的稳定性。
因此，电子束辐照对聚合物材料的化学性质具有明显的影响。
此外，电子束辐照对聚合物材料的热稳定性也有一定的影响。
聚合物材料在电子束辐照过程中会发生辐射热解，使其分子量发生变化。
辐射热解会引起聚合物材料的热稳定性降低，导致材料的热性能发生变化。
因此，电子束辐照会影响聚合物材料的热稳定性。
最后，电子束辐照还对聚合物材料的耐候性产生影响。
电子束辐照能够引起聚合物材料中的自由基反应，导致材料中的氧化反应加剧，从而使材料的耐候性降低。
此外，电子束辐照还能够引起聚合物材料中的环境应力开裂，加剧材料的退化和老化现象。
因此，电子束辐照对聚合物材料的耐候性具有显著的影响。
综上所述，电子束辐照对聚合物材料的稳定性具有重要的影响。
电子束辐照可以改变聚合物材料的物理性能、化学性能、热稳定性和耐候性。
因此，在聚合物材料的开发和应用过程中，需要考虑电子束辐照对材料性能的影响，以提高材料的稳定性和性能。
辐照加工热缩产品的原理辐照加工热缩产品是利用高能射线（如γ射线、电子束、X射线）对聚合物材料进行辐照处理，使其发生交联反应从而改变材料的性质。
其中热缩产品是利用辐照加工后的聚合物材料在加热条件下产生体积收缩的产品。
辐照加工热缩产品的原理主要包括以下几个方面：1. 辐照交联：辐照加工利用高能射线穿透聚合物材料，使其分子链发生裂解和自由基产生，进而引发交联反应。
这是实现热缩效果的关键步骤。
辐照交联可以使聚合物材料的分子链交联，增强材料的热稳定性、力学性能和耐化学性能。
2. 热缩效应：辐照交联后的聚合物材料，加热时分子链再次运动，使得原本无规则排列的分子链重新排列整齐，从而导致网络结构收缩。
热缩效应也称为热调整效应，是热缩产品完成尺寸调整的原理基础。
3. 环境温度和时间控制：环境温度和加热时间是热缩产品尺寸调整的重要参数。
在环境温度较高的条件下，聚合物材料的分子链活动性更大，相应的热缩效应也会更显著。
同时，加热时间的控制也会影响热缩产品的尺寸调整效果。
辐照加工热缩产品的具体步骤如下：1. 原材料选择：根据产品的要求选择合适的聚合物材料，如聚乙烯、聚氯乙烯等。
2. 辐照交联：将聚合物材料放置在辐照机器中，通过选择合适的辐照源（如γ射线、电子束、X射线）对材料进行辐照处理，以实现聚合物材料的交联。
3. 切割成型：将辐照交联后的聚合物材料切割成所需的形状和尺寸。
切割成型可以利用切割机、切割刀具等设备进行。
4. 热缩调整：将切割成型的聚合物材料置于加热设备中进行加热处理。
在温度升高的条件下，聚合物材料分子链再次运动，导致体积收缩，完成尺寸调整。
5. 冷却固化：经过加热处理后，热缩产品需要进行冷却固化，使其保持新的尺寸和形状。
总之，辐照加工热缩产品利用高能射线进行辐照交联处理，使聚合物材料形成网络结构，然后在加热条件下通过分子链再次运动来实现体积收缩，完成对产品尺寸的调整。
这种方法广泛应用于电子、电力、通信等领域，常见的应用包括绝缘套管、线缆标识管等。
电子束引发聚合的深度/转化率特性研究
Saga Schissel, University of Iowa, Chemical & Biochemical
Engineering, IowaCity, USA
Stephen pin, PCT Engineered Systems, LLC, Davenport, USA.
Julie L.P.Jessop,University of Iowa, Chemical & Biochemical Engineering, Iowa City,
USA.
摘要：
在电子束固化涂层材料中，共焦显微拉曼光谱用作测定聚合物的转化率。
样品在不同浓度的氧气条件下进行辐射。
正如预期那样，涂层表面的转化率随着氧气浓度的降低而提高。
样品同时也在良好的惰性条件下进行辐照但改变电子束的加速电压。
结果表明，电压较低时样品底部的转化率较低。
低的转化率是由于能量不足以穿透样品所致，这与Monte Carlo模型预测的一致。
简介:
与热聚合相比，电子束固化提供了一种快速、低能量和无溶剂的手段用于油墨、薄膜、图层和粘合剂的聚合。
不需要引发剂去形成活性自由基中心，使得这技术特别适用于包装材料的应用，因为包装材料会存在残留的分子迁移的问题。
此外，与光聚合不一样的是添加剂如颜料、填料、纤维和纳米材料不会阻碍电离辐射的渗透，从而产品一致性极好。
在工业固化应用中使用的电子束加速器在100～300 kv的范围使用。
对于典型的能量为5伏特的碳-碳双键，有很少的选择性。
电离辐射在材料中产生活性基团与离子位点的复杂混合物。
这些位点可能导致聚合物、交联和断链。
电子束诱导的聚合在商业中有很多应用；尽管如此，我们对聚合过程还没有一个基本的理解，或者它是如何影响所形成聚合物的性质。
对电子束诱导聚合的进一步了解能指导我们设计所需要针对性应用的性能。
在电子束辐射领域已发表的文献重点集中在电子束辐射对聚合物和聚合物共混物性能的影响（研究聚合物而不是聚合过程）。
只有很少的文献研究电子束聚合动力学。
几个问题存在的问题使电子束动力学的研究具有挑战性。
首先，设计的电子束系统不能像光聚合系统一样能在线和实时的检测。
其次，电子的束轰击对于检测设备来说是很恶劣的环境。
第三，这些系统运行速度快于工业环境上所用的监控设备的时间分辨率。
拉曼激光共聚焦显微镜可以提供化学变化和转化率的定量信息，这能帮助我们建立电子束聚合引发和增长的模型，建立结构和性能的关系。
概念验证性研究结果阐述了氮气惰化和电压作为深度函数是如何改变电子束固化聚合物样品的转化模型。
实验
材料
配方是由50 wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)与50 wt%双酚A二缩水甘油醚二丙烯酸酯低聚物（BADGEDA）组成（图1）。
在UV系统中，添加0.5 wt%安息香二甲醚（DMPA）作为光引发剂。
所有化学品都没有经过处理。
检测方法
电子束固化
这些涂料通过拉杆涂布在铝板上，使用装配有可变速纤维玻璃输送带的BroadBeam EP系列电子束加速器来进行电子束固化。
在氮气惰化实验的研究中，通过输送带，将样品送往电子束辐射室，同时往反应室中鼓入氮气来改变氧气的浓度。
样品辐射的间隔为30s，从0s（大气环境）到150s，氮气的流量为每分钟17立方英尺。
辐射的能量，传输带的速度和电压保持不变，分别是30 kGy,50 ft/min 和200kv。
在电压方面，对聚合物的转化率作为不同电压（电子加速度）的深度函数做了研究。
电子束的能量，履带的速度和氧气的浓度分布保持在20 kGy,50 ft/min和<200 ppm。
实时拉曼光谱
从实时拉曼光谱中能确定参考值和反应峰从而能用来计算转化率。
样品至于1毫米内经的石英毛细管中，使用Acticure的紫外/可见光固化设备在常温下光聚合。
这个系统包括100w高压的汞气短弧灯，带有250-400纳米的波长滤波器。
有效照射能量为50 mw/cm2。
实时拉曼光谱信息的采集通过MarkII全息探头收集（凯泽光学系统）。
装有单模式激发光纤能往样品中传送220mW的激光强度（光源波长为785nm）。
通过100um的光纤接口，将探针连接到拉曼光谱的HoloLab 5000R研究模块。
50毫秒的曝光时间为一次数据采集，光谱连续采集5分钟数据。
转化率α通过以下公式来计算。
I rxn(t)是t时刻反应峰的强度，I ref(t)是t时刻参考峰的强度。
这个公式对实时检测反应是有效的，同时也适用于后固化的转化率测试。
给出的参考峰消除了仪器随
时间推移所产生的波动，同时消除了在剖面增加采样深度时所引起的信号噪音变化。
对于TMPTA/BADGEDA的混合物，参考峰的位置在1613cm-1(代表芳香环中的碳碳双键)，反应峰的位置在1636cm-1（代表丙烯酸酯中的碳碳双键）。
实时拉曼光谱证实了这些峰的位置（见图2）：1636cm-1处的吸收峰随着反应的进行强度减弱，而1613cm-1处峰强度保持不变。
共焦拉曼显微镜
共焦拉曼显微镜用于收集厚度为70 um的涂层的转化率。
共焦套机包括莱卡光学显微镜，其通过10 um的激光共聚焦光纤接口连接到拉曼光谱的研究模型HoloLab 5000R。
单模式激发光纤用来指示用于显微镜的785nm近红外入射光束。
强度为8mW的光束通过数值孔径为0.9，工作距离为0.27，放大倍数为100的物镜传送到样品上。
采集单体光谱3次，每次所用的时间为120s。
反应峰和参考峰的峰高均取自单体光谱的5次平均值来提供准确的数值用于I rxn(0)、I ref(0)。
光谱在剖面深度方向的研究曝光时间为120s，采集次数为3次。
光谱间的步长为5 um。
结果与讨论
氮气堕化研究
众所周知，氧气在自由基聚合物中会起阻聚作用，它能消耗引发剂和链增长自由基，导致薄膜和涂层的发粘。
溶解在树脂配方和扩散在空气/图层界面的氧气都会产生这一问题。
然而，氧气的扩散在电子束固化涂层中起着更大的作用，因为在空气/涂层界面上活性自由基中心的浓度远远低于UV光固化薄膜。
在氮
气堕化研究中，拉曼共聚焦显微镜用来显示氧气扩散对整个薄膜的转化率影响。
如预期那样，在几乎没有氮气的条件下，表面的转化率被抑制到仅有50〜60％（图3）。
当氮气的浓度增加，表面的转化率提高到75〜85%。
然而，样品的抛物线轮廓表明样品在底部的转化率反而降低了，这是没有预料得到的。
样品底部转化率的减低不可能是由于能量的降低。
在研究中所用的200kV电压是经过特别挑选的，因为它能够提供足够的加速电子去穿透整个样品。
转化率的降低可能是由于单体的迁移所导致的，因为涂层的固化和表征之间有3个月的延迟。
这些初步结果会通过更直接的表征来进一步证实。
电压研究
由于其复杂性，电子剂量作为样品深度方向的函数通常使用Monte Carlo模拟方法；建立的模型能在实验中使用剂量剂来证实。
这些模拟结果表明，与UV 光不一样，电子束辐射的最大能量积存在样品表面以下。
能量最大的位置取决于使用的电压；当使用的电压较高时，能量最大的位置比样品还深，而表面低能量沉积的原因可能是由于使用高能量电子引起的。
电压同时也控制能量沉积在样品的深度。
增加电压会提高电子的加速度，因此电子会穿过整个样品。
在对电压的研究过程中，能用拉曼共聚焦显微镜来显示电子的加速度是如何影响剖面深度方向的转化率。
样品在很好的氮气惰性环境下（<200 ppm O2）固化，在较低的电压时，样品底部的转化率明显低于整体的转化率，这是由于电子加速度不足所引起的。
高电压环境下下，整个样品在深度方向的转化率比较一致。
这些趋势遵循Monte Carlo模拟中能量沉积的预测。
在样品中，某个位置沉积的能量大致与该处自由基的浓度成正比，而自由基的浓度又与链增长速率也就是说单体的转化率成正比。
结论
对电子束聚合的表征是非常困难的，因为实时检测对于在电子束环境下是非常不适合的。
然而，为了对电子束引发聚合有个基本的了解实非常有必要引入实时检测手段的，它能有助于这个学科的进步，指导我们制备性能更为优异的材料。
本研究表明拉曼深度方向对单体/低聚物转化率的剖析是更为彻底而且对有望对这些系统作定量的分析。
氧气阻聚的研究结果显示转化率呈梯度分布，这能通过氧气在样品中的扩散来预测。
这表征技术对未来旨在降低氧阻聚的研究是非常有用的。
电压方面的研究结果表明转化率作为深度的函数能通过Monte Carlo模拟的能量沉积来预测。
该初步研究作为未来在这方面工作的基础，能发展出在化学物质、工艺参数与最终聚合物性质之间更加容易理解的关系。
