聚丙烯熔噴非織造布的親水改性

聚丙烯熔噴非織造布的親水改性

由于其良好的性能，聚苯乙烯鈉（pp）的生產(chǎn)手段已成為高性能和附加值產(chǎn)品的首選。適用于飲用水過(guò)濾、海水淡化、水處理、血液過(guò)濾等。接枝改性是擴(kuò)展PP應(yīng)用范圍的一種簡(jiǎn)單而又行之有效的方法本文采用紫外光接枝技術(shù)在PP熔噴非織造布表面接枝丙烯酸(PP-g-AA),詳細(xì)研究了接枝工藝對(duì)接枝率及親水性能的影響,并對(duì)接枝產(chǎn)物進(jìn)行了表征,獲得了最佳的接枝工藝。1實(shí)驗(yàn)部分1.1試劑和機(jī)器PP熔噴非織造布:19.2g/m紫外光引發(fā)裝置:實(shí)驗(yàn)室自制,光源功率250W,波長(zhǎng)365nm。1.2試樣的預(yù)處理將5cm×5cmPP熔噴非織造布放入索氏提取器中,用丙酮抽提12h去除試樣表面的油污等雜質(zhì),再經(jīng)蒸餾水清洗后烘干。將預(yù)處理后的PP熔噴非織造布浸于含有二苯甲酮引發(fā)劑的丙烯酸中2h,浸泡后的試樣在室溫下浸軋;然后,打開(kāi)紫外燈3min使光源穩(wěn)定,再將浸軋后的試樣放在平板玻璃上,將非織造布用聚酯膜覆蓋封閉后置于紫外光下15cm處照射,進(jìn)行光接枝反應(yīng);反應(yīng)后的試樣用無(wú)水乙醇在索氏提取器中提取24h,蒸餾水清洗2h后烘干備用。1.3測(cè)試方法1.3.1接枝率測(cè)定:接枝處理后的PP無(wú)紡布用稱量法測(cè)得其接枝率(GP),接枝率的計(jì)算公式:式中:m1.3.2FT-IR測(cè)試:采用BrukerVECTOR22(德國(guó)Bruker公司)型傅里葉變換紅外光譜儀,對(duì)接枝前后的PP非織造布進(jìn)行紅外光譜分析。掃描波數(shù)范圍4000~500cm1.3.3SEM測(cè)試:對(duì)接枝前后的PP非織造布樣品表面進(jìn)行噴金處理,采用捷克Quanta200型掃描電子顯微鏡觀察其表面形貌。1.3.4XPS測(cè)試:采用PH15300型(美國(guó)PE公司)X射線光電子能譜儀,對(duì)接枝后PP熔噴非織造布進(jìn)行分析。X射線源采用單色AlKα射線,角分辨90°,分析室真空度112×101.3.5接觸角測(cè)試:采用JC2000D2接觸角測(cè)量?jī)x,對(duì)不同接枝率的PP熔噴非織造布進(jìn)行水接觸角測(cè)試。1.3.6潤(rùn)濕時(shí)間測(cè)定:參照AATCCTestMethod391971。用蒸餾水液珠滴于試樣上并開(kāi)始計(jì)時(shí),觀察水滴變平鋪展直至液膜上的反射光消失為止,用秒表記錄這段時(shí)間,即為潤(rùn)濕時(shí)間。2結(jié)果與討論2.1p-g-aa的表征Fig.1為PP非織造布、PP-g-AA的紅外光譜圖。從圖中可以看出,與PP熔噴非織造布相比,接枝AA后,PP-g-AA試樣3700~3500cmFig.2為PP非織造布、PP-g-AA的XPS譜圖。由圖可見(jiàn),PP只有位于286eV的C1s吸收峰;PP-g-AA的譜圖中,在532eV處出現(xiàn)了O1s的吸收峰,羧基的存在說(shuō)明了AA接枝到了PP上。Fig.3為接枝AA前后PP熔噴非織造布的掃描電鏡圖片。a為接枝前PP熔噴非織造布,可以看到纖維隨機(jī)取向形成蓬松的多孔結(jié)構(gòu),纖維表面光滑平整;b為PP熔噴非織造布接枝AA(GP=285%)的試樣,樣品表面出現(xiàn)了細(xì)小的顆粒狀物質(zhì),纖維表面呈現(xiàn)紋狀,表面變得粗糙,這是接枝到纖維表面的聚丙烯酸;c為PP熔噴非織造布接枝AA(GP=315%)的試樣,樣品表面出現(xiàn)大的顆粒狀物質(zhì),纖維屈曲狀態(tài)加劇且纖維間發(fā)生交聯(lián),纖維表面紋狀痕跡減少,粗糙程度降低。原因可以認(rèn)為是隨著接枝率的繼續(xù)增大,在纖維表面形成膜狀覆蓋物,在外觀上變得光滑,纖維間通過(guò)接枝反應(yīng)發(fā)生交聯(lián),接枝率增大也導(dǎo)致丙烯酸自聚加劇形成聚丙烯酸大顆粒。接枝到PP表面的聚丙烯酸能提高其親水性,纖維表面粗糙度的提高也有利于改善其親水性。2.2單因素對(duì)接枝率的影響Fig.4是光引發(fā)劑濃度對(duì)接枝率的影響。由圖可知,隨著B(niǎo)P濃度的增加,GP增加到一個(gè)峰值后開(kāi)始下降。這是由于,引發(fā)劑形成的自由基進(jìn)攻聚丙烯大分子形成接枝活性中心,與丙烯酸接枝聚合,隨著B(niǎo)P濃度的增加,引發(fā)產(chǎn)生的大分子活性中心增多,促進(jìn)了聚合反應(yīng)的進(jìn)行,從而使GP增加,隨著B(niǎo)P濃度的繼續(xù)增大,引發(fā)劑產(chǎn)生的活性中心數(shù)量達(dá)到最大以后,在單體濃度一定的情況下,BP濃度過(guò)高時(shí),接枝聚合反應(yīng)和單體均聚反應(yīng)是一對(duì)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)Fig.5是單體濃度對(duì)接枝率的影響。由圖可知,隨著接枝單體AA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,接枝率先增加到一個(gè)峰值后開(kāi)始下降。當(dāng)AA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí),接枝率達(dá)到最大。隨著單體濃度增加,單體活性中心的數(shù)量增加,促進(jìn)接枝聚合反應(yīng)的進(jìn)行從而使GP增加。當(dāng)單體濃度過(guò)大時(shí),單體活性中心之間的碰撞幾率增加,進(jìn)而加劇單體間均聚反應(yīng)的進(jìn)行,導(dǎo)致GP降低。Fig.6是輻照時(shí)間對(duì)接枝率的影響。由圖可知,體系在光照3min后接枝反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生,隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng),接枝量增加,輻照時(shí)間超過(guò)4min后,GP開(kāi)始顯著提高,在6min達(dá)到最大,輻照時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng),接枝率趨于一定值,試樣的強(qiáng)力損失嚴(yán)重,甚至在輻照時(shí)間達(dá)到9min出現(xiàn)燒糊現(xiàn)象。這是由于,隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng),處于激發(fā)態(tài)的BP濃度增加,促進(jìn)接枝反應(yīng)進(jìn)行,在引發(fā)劑消耗完之后,接枝反應(yīng)終止,繼續(xù)延長(zhǎng)輻照時(shí)間,引起PP熔噴非織造布光氧化降解Fig.7是不同溶劑對(duì)PP熔噴非織造布紫外光接枝AA的接枝率的影響。由圖可知,GP在極性溶劑水中比在有機(jī)溶劑丙酮中大大提高。這是由于,(1)纖維在以水為溶劑的溶液中的溶脹性提高,大分子鏈段的自由運(yùn)動(dòng)增強(qiáng),增加了烷基鏈和引發(fā)劑、單體的接觸幾率,促進(jìn)大分子鏈脫氫反應(yīng)、烷基自由基和單體自由基接枝聚合反應(yīng)2.3接枝率對(duì)接枝布親水性能的影響2.3.1PP-g-AA親水性能:Fig.8是水接觸角和潤(rùn)濕時(shí)間隨著接枝率的變化曲線。由圖可知,接枝前,PP熔噴非織造布的水接觸角為132°,表現(xiàn)為完全不潤(rùn)濕,這是由于聚丙烯為非極性聚合物,不利于極性水分的吸附,同時(shí)聚丙烯較高的結(jié)晶度和致密的晶粒網(wǎng)絡(luò)也阻礙了水分在纖維內(nèi)部的滲透與擴(kuò)散,因此,PP熔噴非織造布表現(xiàn)為較強(qiáng)的疏水性;接枝AA后,PP熔噴非織造布從完全不潤(rùn)濕到潤(rùn)濕時(shí)間縮短為14.5s,水接觸角降到最小68.75°,這是因?yàn)榻又Ψ磻?yīng)在其表面引入了大量的親水性羧基,PP熔噴非織造布的親水性能得到顯著提高。接觸角和潤(rùn)濕時(shí)間可進(jìn)一步驗(yàn)證接枝率對(duì)親水性能的影響,由圖Fig.8可知,隨著AA接枝率的增大,PP熔噴非織造布的親水性能明顯提高,當(dāng)接枝率達(dá)到280%左右,接枝布的親水性能最好,接枝率超過(guò)290%時(shí),接枝布的親水性反而下降。結(jié)合SEM照片分析,接枝率的升高會(huì)產(chǎn)生以下作用:(1)隨著接枝率的升高,接枝到纖維表面的聚丙烯酸增加,材料表面的親水性羧基增多,有利于材料親水性能的提高;(2)接枝率較低時(shí),接枝聚合物在纖維表面形成細(xì)小顆粒,隨著接枝率的升高,逐漸呈現(xiàn)紋路,最終形成膜狀覆蓋物,纖維表面從接枝前的光滑變粗糙,最后又變得光滑,纖維表面粗糙度的降低不利于改善其親水性;(3)隨著接枝率的升高,纖維間毛細(xì)孔隙被丙烯酸聚合物堵塞,毛細(xì)效應(yīng)減弱,導(dǎo)致吸水性下降。因此,接枝率超過(guò)一定值后,其對(duì)表面粗糙度和毛細(xì)效應(yīng)的影響削弱了親水能力,表現(xiàn)為接枝布整體的親水性下降。2.3.2吸液率:Fig.9是不同接枝率的試樣的吸液率變化曲線。由圖可知,不同接枝率的試樣的吸水過(guò)程有明顯差異,接枝率高的試樣以較快的吸水速率在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了吸水平衡。隨著接枝率的增加,試樣0~2h內(nèi)的吸水速率上升很快,接枝率超過(guò)178%時(shí),試樣的24h平衡吸水率差異不大;當(dāng)接枝率為290%左右時(shí),試樣在短時(shí)間內(nèi)的吸水速率及最終平衡吸水率都達(dá)到最高,再增加接枝率反而對(duì)吸水率有輕微減弱,這與上述親水性能分析相一致。3接枝反應(yīng)及gp濃度對(duì)接枝反應(yīng)的影響聚