标王 热搜: 化工    吸塑    建材  涂料  技巧  家电    添加剂 
 
当前位置: 首页 » 资讯 » 建材化工 » 正文

聚丙烯纤维进行了表面改性研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-10  浏览次数:199
核心提示:聚丙烯纤维表面改性研究袁世炬 , 张光彦(湖北工业大学化学与环境工程学院 , 湖北 武汉 430068)[ 摘   要 ] 对应用于造纸的聚丙
聚丙烯纤维表面改性研究
袁世炬 , 张光彦
(湖北工业大学化学与环境工程学院 , 湖北 武汉 430068)
[ 摘   要 ] 对应用于造纸的聚丙烯纤维进行了表面改性研究 ,分别采用了表面氧化 、 接枝 、 包覆 3 种不同的方
法对聚丙烯纤维的表面进行处理. 实验结果表明 ,氧化法仅能使纤维表面粗糙化 ,分散性没有明显提高 ; 表面
接枝不仅能使表面粗糙且能提高亲水能力 ,使其在水中的分散性得到改善 ;包覆法效果最佳 ,不仅能解决密度
小于水的问题 ,同时分散性也得到提高.
[ 关键词 ] 聚丙烯纤维 ; 表面改性 ; 氧化 ; 接枝 ; 包覆
[ 中图分类号 ] TS722 [ 文献标识码 ] : A
   常规聚丙烯 ( P P) 是采用齐 纳催化剂由单体丙
烯聚合而成. 外观上是白色蜡状体 , 密度约为 0 . 90
~0 . 91 g/ c m
3
之间 ; 耐沸水 、 耐蒸汽性良好 , 熔融温
度约在 160~177 ℃,适宜于制备医用消毒用品 ; 耐
化学试剂性良好. 结构式如下 :
H a C H2 C H e
C H3
   目前聚丙烯纤维作为合成纤维具有优良的卫生
性能 ,耐腐蚀 、 抗霉变 ,化学稳定性好 ,具有热封性以
及优良的加工性能和物理机械性能 、 价格低廉等优
点 ,广泛应用于造纸 、 塑料 、 纺织及建筑行业.
在造纸行业主要用于制造可供热封 、 耐沸水的
过滤纸 ( 如用作茶叶包装过滤袋) 、 仪表垫圈纸 ,擦拭
纸等. 但由于聚丙烯纤维不含极性基团 , 表面能低 ,
亲水性差 ,且密度比水小. 因此其在水中分散不均
匀 ,易漂浮 ,导致成型纸张匀度不好 , 影响成型纸张
的性能
[ 1 ]
. 因此 , 有必要对聚丙烯纤维进行表面处
理.
1   实验
1 . 1   实验原料
聚丙烯纤维 ( 经沸水煮 4 h 除油) : 纤维直径为
45~50 μ m ,纤维长度为 3 mm. 主要化学药品 : 二甲
苯 ,分析纯 , B PO ( 过氧化苯甲酰) , 分析纯 ; 丙烯酸
( A A) ,分析纯 ; 丙烯酸钠 ( N A) ,轻质碳酸钙.
1 . 2   实验仪器
J J2 1 型定时电动搅拌器 ; 光学显微镜 ; ZQJ 12 B
纸样抄取器.
1 . 3   实验方法
1 . 3 . 1   表面氧化   分别使用不同浓度的高锰酸钾 、
铬酸 、 重铬酸钠等在不同的温度条件下对聚丙烯纤
维进行处理. 处理后水洗至中性 ,过滤 ,烘干.
1 . 3 . 2   表面接枝   按配比将聚丙烯纤维 、 水 、 二甲
苯 、 A A 加入带搅拌的三口烧瓶中 , 通氮保护 , 在 50
℃ 下溶胀 90 mi n 后 ,迅速升温至 90 ℃,加入引发剂
B PO ,搅拌反应 3 h . 冷却 ,抽滤 ,经丙酮洗涤 ,水洗涤
后 ,烘干.
1 . 3 . 3   包覆法
1) 将轻质碳酸钙与去离子水配成悬浮液 ,加热
至 75 ℃,将丙烯酸钠 ( N A ) 加入悬浮液中 , 强烈搅
拌 ,恒温 90 ℃ 反应 1 h , 过滤 , 用去离子水洗涤 , 在
110 ℃ 烘干至恒重 ,得到改性碳酸钙备用.
2) 然后按配比将聚丙烯纤维 、 水 、 二甲苯 、 N A
加入带搅拌的三口烧瓶中 ,通氮 ,在 50 ℃ 下溶胀 90
mi n ,迅速升温至 90 ℃, 加入改性碳酸钙和少量引
发剂 B PO ,搅拌反应 2 . 5 h . 冷却 ,抽滤 ,洗涤 ,烘干.
1 . 4   性能检测
显微镜观察纤维表面形态 ; 在纸样抄取器中观
察纤维分散情况.
2   结果与讨论
2 . 1   PP 纤维表面形态对比
利用光学显微镜观察不同处理方法处理后的聚
丙烯纤维的微观形态 ,观察结果如图 1~图 4 所示.
图 1   未处理 P P 纤维显微镜照片 ( × 200)
图 2   氧化处理 P P 纤维显微镜照片 ( × 200)
图 3   接枝处理 P P 纤维显微镜照片 ( × 200)
图 4   包覆处理 P P 纤维显微镜照片 ( × 200)
由纤维显微照片可知 , 处理前聚丙烯纤维表面
光滑 ,挺直 ( 图 1) ; 经氧化处理的聚丙烯纤维表面有
明显的腐蚀痕迹 ,纤维表面粗糙化 ( 图 2) ; 经表面接
枝处理的聚丙烯纤维表面有细小分支出现 , 类似植
物纤维的分丝 ( 图 3 ) ; 经包覆处理的聚丙烯纤维表
面被碳酸钙的细小颗粒所包裹 ( 图 4) .
2 . 2   不同处理方法对比
2 . 2 . 1   表面氧化处理   表面氧化处理是通过使用
氧化剂 ,对聚丙烯纤维的表面进行一定量的腐蚀达
到引入亲水基团的目的
[ 2 ]
. 分别采用了高锰酸钾 、 重
铬酸钠 、 铬酸等对聚丙烯纤维进行处理. 以高锰酸钾
做处理剂时 , 在室温下当浓度达到 5 %对聚丙烯纤
维进行处理 1 h 后 ,聚丙烯纤维表面颜色发生变化 ,
用水 、 丙酮洗涤均无法褪去 , 但在显微镜下观察 , 无
明显被腐蚀的痕迹 ; 以重铬酸钠做处理剂时 , 在 70
℃ 下浓度为 2 . 5 mol / L 时无明显现象 ; 以铬酸作为
处理剂时 ,在 70 ℃ 下当浓度到达 10 mol / L 对聚丙
烯纤维进行处理 1 h 后 , 聚丙烯纤维表面颜色无明
显变化 ,在显微镜下观察 ,纤维表面有明显的腐蚀痕
迹 ,表面变得粗糙 ( 图 3 ) . 从所使用的试剂而言 , 铬
酸对聚丙烯纤维的表面氧化处理效果最好 , 表面现
象明显.
2 . 2 . 2   表面接枝处理   表面接枝处理是通过将
AA 接枝到聚丙烯纤维的表面 , 在聚丙烯纤维的表
面引入极性亲水基团 — COO H . 接枝引入的支链越
长 ,则亲水基团越多 , 聚丙烯纤维的亲水能力越强.
同时支链有一定的长度也能增加纤维间的交织能
力. 但支链过长 ,反应过程中聚丙烯纤维随着支链的
增长 ,相互间容易缠结. 由图 5 、 图 6 可以看出 ,经表
面接枝处理后的聚丙烯纤维呈弯曲状 , 有利于提高
纤维间的交织力.
图 5   未处理 P P 纤维显微镜照片 ( × 50)
图 6   接枝处理 P P 纤维显微镜照片 ( × 50)
2 . 2 . 3   包覆法   包覆法主要是通过将已表面处理
的碳酸钙颗粒及丙烯酸钠与聚丙烯纤维反应 , 将碳
41 湖   北   工   业   大   学   学   报 2006 年第 5 期  
酸钙颗粒包覆在聚丙烯纤维的表面. 包覆处理不仅
提高了聚丙烯纤维的密度 , 同时引入了丙烯酸纳
的 — COO
-和由于碳酸钙表面水解产生的 — O H
[ 3 ]
,
从而使聚丙烯的亲水性得到改善.
2 . 2 . 4   对比分析   氧化 、 接枝 、 包覆 3 种方法对聚
丙烯纤维的表面的粗糙化和水分散性的提高都有一
定的效果. 从纤维表面粗糙化的角度分析 ,接枝效果
最为理想 ,其次是包覆 , 氧化较弱. 从纤维亲水性的
角度分析 ,包覆效果最为理想 , 其次是接枝 , 氧化较
弱. 从纤维密度的角度分析 , 包覆法效果最佳 , 接枝
和氧化对提高纤维的密度没有明显效果.
氧化法虽然操作简单 ,能使表面粗糙化 ,但实验
结果表明经氧化处理后的聚丙烯纤维在水中表现出
的亲水性和分散性并不理想 ,依然难于润湿. 其主要
原因可能是由于氧化法的亲水基团主要是由链断裂
而产生 ,因此引入的亲水基团有限. 因此氧化过程中
腐蚀起主要作用 ,而引入的亲水基团较少. 同时链断
裂对聚丙烯纤维的强度也有影响 ; 表面接枝能明显
改善纤维的亲水性且表面粗糙化效果最好 , 表面较
容易被水润湿 ,同时表现出较好柔顺性. 处理后呈不
规则的弯曲状 ,非常有利于纤维间的结合 ,但是由于
不能有效地提高聚丙烯纤维的密度 , 聚丙烯纤维水
中漂浮的问题难于完全解决 ; 包覆法由于聚丙烯纤
维表面被改性碳酸钙所包覆 ,表面易润湿 ,水中分散
速度快 ,不但能提高亲水性能 ,还有效地增加纤维的
密度 ,同时使表面粗糙化 ,在与植物纤维的配抄过程
中 ,能完全与植物纤维混合 ,总体效果最为理想.
3   结论
通过 3 种不同的方法对聚丙烯纤维进行处理 ,
从纤维的表面形态 、 水分散性等角度进行了对比分
析 ,结果表明 : 包覆法不但能提高纤维表面粗糙度和
亲水性还能解决密度小于水的问题 , 使纤维能在水
中充分分散 ; 表面接枝法虽然提高了纤维的亲水性 ,
而且表面的粗糙化效果好 , 但难于有效地提高纤维
的密度 ; 表面氧化法也能提高纤维表面的粗糙度 ,但
亲水性能提高有限 ,效果不理想 ,同时还会影响聚丙
烯纤维的强度.
[   参   考   文   献  ]
[ 1 ]   张运展. 加工纸与特种纸 [ M ] . 北京 : 中国轻工业出版
社 ,2005 : 216 - 218 .
[ 2 ]   孙义明 ,胡志军. 聚丙烯纤维用于造纸的研究[ J ] . 湖北
造纸 ,2004 ( 1) : 20 - 22 .
[ 3 ]   卢寿慈. 工业悬浮液 性能 、 调制及加工[ M ] . 北京 :
化学工业出版社 , 2003 : 75 .
S t ud y o n Su r f ace Modi f i c at io n o f P ol yp ropylene Fib er
YU AN Shi 2 j u , Z HAN G Gua ng 2 ya n
( S c hool o f Che m i c al a n d En v i ron me nt al En g i n . , H ubei U ni v . o f T ec h nol o g y , W u h a n 430068 , Chi n a)
Abstr act : Surf ace mo dif icat io n of pol yp rop yl e ne f i be r wa s st udie d i n t hi s r e sea rc h . Surf ace o xi dat io n , s ur2
f ace gr af t a nd co a t i ng we r e u se d t o mo dif y t he P P f i be r . The r e s ul t s ho we d t ha t al l met ho d s co ul d ma ke t he
P P f i be r s urf ace ro ug h ne s s ; Surf ace gr af t a nd co a t i n g co ul d i nc r ea se t he hydro hilic p rop e r t y ; Co a t i ng
co ul d i ncr ea se t he de n si t y of P P f i be r .
K ey w ords : pol yp rop yl e ne f i be r ; su rf ace mo dif ica t io n ; o xi dat io n ; graf t ; co a t i ng
[ 责任编辑 : 张培炼 ]
51   第 21 卷第 5 期                袁世炬等   聚丙烯纤维表面改性研究
 
 
[ 资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐资讯
点击排行
 
网站首页 | 版权隐私 | 使用协议 | 联系方式 | 关于我们 | 网站地图 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言 | RSS订阅 | 粤ICP备13059518号
Powered by DESTOON