丙烯酸接枝改性涤纶织物的工艺研究.pdf

2023年10 月科研与生产第5期丙烯酸接枝改性涤纶织物的工艺研究黄雯,黄佩双,文洁,黄敏敏,欧锦涟,凌新龙（广西科技大学生物与化学工程学院，广西柳州5450 0 6)摘要：文章采用氧化-还原引发体系(KMnO/H,SO4)引发丙烯酸对涤纶(PET)进行接枝改性,研究引发剂质量浓度、反应温度、反应时间和丙烯酸质量浓度对涤纶接枝改性的影响。实验结果表明，最佳工艺条件为：KMnO4质量浓度为2%，接枝反应时间为4h,接枝反应温度为6 0,丙烯酸单体质量浓度为2 3%。聚丙烯酸接枝后,PET织物的吸水性提高，接触角下降。关键词：涤纶；丙烯酸；接枝改性Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2023.05.004中图分类号：TS195.5文献标识码：A文章编号：2 0 9 5-0 10 1(2 0 2 3)0 5-0 0 15-0 3随着人们对纺织品要求的提高，差别化涤纶的消费量也越来越被重视，涤纶纤维逐渐由传统材料转变为多功能材料。涤纶纤维可用作服用材料、装饰材料、功能材料和结构材料等，并逐渐向许多应用领域发展。但是涤纶是疏水性的,除其两端各有一个羟基外，不含其他亲水性基团，而且其结晶度高，分子排列很紧密，所以涤纶的吸湿性能和透气性能差，在服用过程容易产生静电现象且容易污染，涤纶在服用过程不如天然纤维舒适，特别是长期在高温条件下工作的人会感到闷热不适。消费者要求织物具有舒适性、运动性和卫生性。因此如何使疏水性涤纶纤维亲水化已成为我国现代纺织工业发展的一个重要课题。本文采用氧化-还原引发体系（KMnO/H,SO4)引发丙烯酸对涤纶(PET)进行接枝改性，以期改进其亲水性，拓宽其应用领域。1实验1.1材料、试剂及仪器材料：PET织物（晋州市大鹏纱线加工厂,规格：经纬密度55根/5cmx185根/5cm）。试剂：丙烯酸（AA）（分析纯，成都市科龙化工试剂厂）,丙酮、九合硫化钠、高锰酸钾、浓硫酸、甲醇（分析纯，西陇科学股份有限公司），浓硝酸（分析纯，台山市收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 6基金项目：广西科技大学博士基金项目（No.17z07);广西大学生创新创业训练计划资助项目（No.S202110594050)第一作者：黄雯（2 0 0 0 一）,女，广西南宁人，本科，研究方向为纺织材料。通信作者：凌新龙（19 7 8 一）,男，教授,硕士研究生导师,博士,研究方向为功能材料、有机化学。粤侨试剂塑料有限公司）。仪器：Y(B)802N八篮恒温烘箱（温州市大荣纺织仪器有限公司）,BSA224S分析天平【赛多利斯科学仪器（北京）有限公司),HH-6数显恒温水浴锅（常州国华电器有限公司），DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）。1.2涤纶预处理将2 0 cm20cm的PET织物放人装有6 0 去离子水的烧杯中煮1h,PET织物和去离子水的浴比为1:10 0,然后放人2 5浴比为1:10 0 的丙酮溶液中，超声清洗3次，每次2 0 min，每隔10 min搅拌一次。然后用去离子水超声清洗3 次，每次2 0 min，每隔10 min搅拌一次。随后将PET织物置于110 烘箱中1h，最后取出称重,置于干燥器中待用,得到预处理PET。1.3氨基涤纶的制备将预处理的PET织物按照浴比1:3 0 置于2 5g/LHNO,溶液中，浸泡PET织物3 Omin，然后控制浸润率为10 0%，将PET放于8 0 烘箱中40 min，反应结束后，用去离子水洗3 次。将硝化的PET织物按照浴比1:30浸人3 9.2 45g/LNazS和2 0 g/LNazCO，的混合溶液中,在9 8 水浴锅内反应3 0 min，然后用去离子水洗3次，最后置于110 烘箱中3 0 min，得到氨基PET。1.4聚丙烯酸接枝改性涤纶按照浴比1:3 0，把5cm5cm的氨基PET织物放人装有一定浓度KMnO4溶液的三口烧瓶中，在恒压分液漏斗中放入一定浓度的HS04溶液，浴比为1:50,控制KMnO/H,SO4的摩尔浓度比值为1:6.6 7，在另一个恒压分液漏斗中加人一定浓度的AA单体溶液，抽气，通人氮气，重复3 次。先使用KMnO4溶液在50 下预处理3 0 min，接着滴加H,SO4溶液到三口烧瓶中，同时152023年10 月第5期将温度升至设定值，1h后滴加AA单体溶液到烧瓶中。反应一定时间后滤去母液,PET织物在9 0 水浴下煮12 h，每隔1h换一次水，再在10 0 烘箱中烘干至恒重，得到聚丙烯酸接枝改性涤纶(PAA-PET)。1.5PET接枝率的测定PET接枝率公式如公式(1)所示 2。Go-W,-Wox100%W。式中:Go为PET织物接枝率,W。为接枝前PET科研与生产加快，均聚物增多粘附在氨基PET上，阻碍了氨基PET的接枝。因此随着高锰酸钾浓度的增高,接枝率会降低。故取KMnO4质量浓度为2%时，接枝率最好。2.2 反应时间反应时间对氨基PET接枝率的影响见图2。(1)6织物干重，W，为接枝后PET织物干重。1.6接触角的测定测试条件：湿度为55%6 0%，温度为室温，水滴的大小为5L/滴，水滴与PET织物表面接触3 0 s后读数。在PET织物表面取5个不同的点进行测试和读数,并计算得出平均值3。2结果与分析2.1引发剂质量浓度高锰酸钾质量浓度对氨基PET接枝率的影响见图1。76321.0图1高锰酸钾质量浓度对氨基PET接枝率的影响从图1可以看出，氨基PET的接枝率随KMnO4质量浓度的增加先增大后减小，当KMnO4质量浓度为2%时氨基PET的接枝率最高,达到7.0%。这是因为随着KMnO4质量浓度的增加，高锰酸钾和硫酸反应产生的自由基就越多,即4MnO4+4H+4MnO2+2H,0+302,MnO02和H+进一步产生Mn+Mn3+、M n 2+，进而产生SO4、O H、A A 等自由基。这些自由基进攻氨基PET大分子活性点并发生反应占主要地位，自由基与氨基PET发生的链转移速率大于自由基链终止的速率，因此氨基PET的接枝率随KMnO4质量浓度的升高而增大4。当KMnO4的质量浓度大于2%时，氨基PET的接枝率随KMnO4质量浓度的增大而减小。这是因为随着KMnO4浓度的增大，生成的自由基过多,会加速自由基之间的链终止反应。同时单体均聚速度也542图2 反应时间对氨基PET接枝率的影响从图2 可以看出，当反应时间小于4h时氨基PET的接枝率随着反应时间的增加而增大，当反应时间超过4h后接枝率趋于平缓。分析认为，随着接枝反应时间的增加,MnO2和H+的反应程度提高,MnOz能充分分解，进一步增多了Mn4+、M n 3+、M n 2+和SO4、O H、AA自由基的数量，使氨基PET有更多的活性接枝点，丙烯酸单体可以充分地接枝到氨基PET表面，故反应时间越长，接枝聚合程度越完全，接枝率越高。但当反应时间超过4h后，单体在前期消耗量大，剩余丙烯酸单体不多，反应体系终止速率增加而链增长速率减小回。因此,最佳的反应时间为4h。2.3反应温度1.52.0高锰酸钾质量浓度/%12.53.02反应时间/h反应温度对氨基PET接枝率的影响见图3。76210图3 反应温度对氨基PET接枝率的影响从图3 可以看出，随着反应温度的增加，氨基PET的接枝率先增大后减小。当反应温度小于6 0 时,氨基PET的接枝率随反应温度的升高而增大。这是因为163405046070反应温度/580902023年10 月科研与生产第5期当反应温度升高时,SO4、O H、A A 等自由基生成其表面引人了大量的聚丙烯酸，亲水的羧基有利于织的速率加快，还提高了自由基向氨基PET的扩散速物与水分子的结合。度。同时单体也更容易扩散到氨基PET分子表面,与氨基PET织物表面的自由基充分接触,有利于氨基PET的接枝。因此氨基PET的接枝率随着反应温度的升高而增大。当反应温度超过6 0 时,氨基PET的接枝率随温度的升高而逐渐下降。这是因为丙烯酸单体之间的均聚反应速度大于接枝聚合反应速度,氨基PET织物会附着均聚物,阻碍了丙烯酸单体对氨基PET的接枝。同时温度升高增大了自由基生成的速度,过多的自由基会加速自由基之间的链终止反应，不利于氨基PET接枝,因此氨基PET的接枝率随着温度的升高而下降 7-8 。因此,最佳的反应温度为6 0。2.4单体质量浓度丙烯酸单体质量浓度对氨基PET接枝率的影响见图4。9876210图4丙烯酸单体质量浓度对氨基PET接枝率的影响从图4可以看出，氨基PET的接枝率随丙烯酸质量浓度的增大先增大后基本不变，当丙烯酸浓度达到23%时,氨基PET的接枝率最大。这是因为丙烯酸质量浓度的增加，使得形成的氨基PET自由基更容易被单体进攻，并且更容易膨胀，分子也更容易伸展,因此更有利于接枝 7-8 。而当丙烯酸质量浓度超过2 3%后，随着丙烯酸质量浓度的增大，接枝率到达一定程度之后就不再继续增加，这是因为一定量的KMnO4浓度产生的自由基是有限的,它引发PET产生自由基的数量也是有限的。同时当丙烯酸质量浓度太大时，自身会发生聚合,不利于氨基PET的接枝。因此,最佳的丙烯酸质量浓度为2 3%。2.5涤纶的接触角PET织物的接触角如图5所示。预处理PET织物、氨基PET和PAA-PET的接触角分别为12 4.49、105.99和8 5.50。通常认为，接触角越小，亲水性越好。改性后PET织物表面引人了极性的亲水基团，亲水性得到改善。PAA-PET的亲水性最好，是由于接枝后在(a)预处理PET图5PET织物的接触角图3结论采用氧化-还原引发体系对氨基PET进行接枝改性，高锰酸钾引发丙烯酸接枝氨基PET织物的最佳工艺条件为：KMnO4质量浓度为2%，接枝反应时间为4h，接枝反应温度为6 0，丙烯酸单体质量浓度为23%。经聚丙烯酸接枝后,PET织物的吸水性提高，接触角下降。1李鹏飞.涤纶织物的亲水整理研究 D.柳州:广西科技大学,2 0 19.2王明明,谢艳霞,毕松梅.反应条件对N-羟甲基丙烯酰胺与涤纶纤维接枝共聚反应的影响.河南工程学院学报(自然科学版),2 0 16,2 8(1):10-12,41.H3贺武.基于二氧化钛的超疏水/紫外防护织物制备及性能研究 D.南昌南昌航空大学,2 0 18.1214161820222426283032丙烯酸质量浓度/%(b)氨基 PET参考文献4刘晓洪,郭名霞,胡仁志.高锰酸钾引发聚酯纤维接枝共聚改性研究.合成纤维工业,2 0 0 4,2 7(1):10-12.5赵清香,王玉东,刘民英,等.尼龙6 6 纤维与丙烯酸的接枝共聚反应研究J.高分子材料科学与工程，1998(4):4750.6刘晓洪,崔卫纲,黄翠蓉.聚丙烯纤维与丙烯酸接枝共聚反应的研究.合成纤维工业,2 0 0 0,2 3(4):19-2 1.7崔晓萍,朱光明,杨健,等.丙烯酰胺与熔喷聚丙烯非织造布的接枝共聚研究.材料科学与工程学报，2005,23(3):404-407.8刘晓洪,黄翠蓉,余伟.粘胶纤维接枝共聚研究.合成纤维工业,2 0 0 2,2 5(2):2 9-3 1.9黄次沛,沈新元,李维汉,等.丙烯酸一涤纶接枝共聚及接枝涤纶的性质.合成纤维,19 8 3(5):8-13.17(c)PAA-PET