聚乙烯表面的“精准”氧化处理

聚乙烯（PE）因性能稳定、容易大规模生产，占全部塑料产量四分之一以上。不过，未经改性的聚乙烯有很多应用短板，最典型的是很难与其他材料牢固黏合。要让聚乙烯具备黏附等新性能，通常需要在聚合物生成后对分子链进行“功能化”，也就是给材料表面引入特定化学基团。可是，如果把聚乙烯放在均匀介质中整体改性，材料内部结构也会被改变，熔点、拉伸强度等本体性能可能下降。本文报道了一种选择性催化功能化方法：让固体聚乙烯只在固—液接触界面与催化剂和氧化剂发生反应，从而只修饰表面，基本不影响内部性能。反应在低于80 °C的条件下进行，只需0.001 mol%的极少量铁催化剂，以及价格较低的氧化剂，就能有选择地把聚乙烯链上的亚甲基单元（—CH2—）转化为酮基。表面被酮基化后，聚乙烯对极性表面的黏附力大幅提升，最高可达未处理聚乙烯的约90倍；在改性程度相近时，也比均匀介质整体改性所得材料高约4倍。作者进一步说明，表面酮基还可以继续化学修饰，以进一步提高黏附强度，并且这种方法带来的表面增强效果，比其他非选择性表面氧化更持久。总体而言，这种在固—液界面上进行的选择性C—H键功能化，制备出了传统块体改性方法或普通表面氧化难以得到的新型聚乙烯材料。