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紫外光接枝技术是一种聚合物表面改性技术,具有许多其他方法没有的优点。它可以对物质的许多物理化学性质(例如:润湿性、吸附性、表面反应等等)起到一个很好的修饰作用。聚合物的紫外光接枝是对聚合物表面进行改造的一种很好的方法,可以有效改善聚合物的表面性能。因此,近几年来,很多科研工作者对于光引发接枝反应做了很多的实验研究,并取得了一定的成果。
本文以聚乙烯的紫外光接枝为例,在B3LYP/6-31G**水平下,对紫外光波长为254nm光照下,丙酮存在时,有水和无水两种情况下聚乙烯与丙烯酸的接枝反应进行了量化理论研究,获得了最优途径,并得到了两种情况下反应差异大的原因。具体结论如下:
无水情况下,我们对聚乙烯的紫外光接枝反应最有可能的几条途径进行了理论研究,结果表明:无水情况下,聚乙烯的紫外光接枝反应是一个多步反应,对一个开放体系来说,或因实验的能量(254nm)不足,或因出现了单(S0)三(T1)态交叉,反应不能产生聚乙烯的自由基,因此,聚乙烯的接枝反应很难发生。
当水存在时,我们对聚乙烯的紫外光接枝反应最有可能的三条反应途径进行了理论研究,结果表明:(1)在水存在下,丙酮很容易与水发生水合反应,其水合物在紫外光激发下生成自由基,此自由基引发了聚乙烯的接枝反应。(2)聚乙烯紫外光接枝反应有多条可能的反应途径,其中最优途径是:丙酮在水存在下形成二水合丙酮(CH3COCH3·2H2O),光照(254nm)下,二水合丙酮(CH3COCH3·2H2O)被激发到(T1)态,脱掉一分子水,生成带有两个单电子的一水合丙酮自由基,然后,该自由基羰基上的氧夺取聚乙烯上的氢,生成聚乙烯自由基,再与丙烯酸发生链反应,得到接枝产物。(3)水在整个反应中的作用非常重要,它与丙酮水合,其水合物使C-O键增长,增加了丙酮的反应活性,降低了反应能量。
本文的结论与实验相符,其研究获得了聚乙烯接枝反应的最优途径和水的作用。本研究从理论上可推广至其它聚烯烃和含有不饱和键的单体小分子的接枝反应,可用以尝试各种单体小分子,设计新的接枝分子,供实验工作者参考。