亲水纤维新.pptx

小组成员：张明政 王平 朱小雷 李涛 郭明瑞第一章：概述第二章：纤维亲水改性的研究第三章：超亲水性韧性聚乳酸纤维毡的制备第四章：亲水性纤维的应用目录目录一、概述 亲水性纤维所制造的纺织品，能及时散发人体排出的水汽，使服用者感觉舒适，没有发闷、不透气的不良感受。天然纤维棉、麻、丝、毛均属于亲水性纤维，而合成纤维涤纶、腈纶、丙纶均为疏水性纤维；为了改进合成纤维服用材料的舒适性和卫生性，人们将涤纶、腈纶、锦纶(聚酰胺)、丙纶等合成纤维通过化学或物理改性制成亲水性纤维。纤维的亲水性取决于其化学结构和物理结构。1、影响纤维亲水性的主要因素纤维大分子中的极性基团，常见的有-C00H、-CONH-、-OH、NH2等，都是亲水性基团，对水分子有相当的亲和力，主要是通过氢键和水分子的缔合作用，使水分子失去热运动的能力，留存在纤维中。因此，纤维高分子结构中亲水性基团的数目越多，基团的极性越强，纤维的亲水性越好。部分极性基团的亲水性大小按以下顺序排列：物理结构也是决定纤维亲水性的重要因素。一般认为，在纤维高分子的结晶区和高序区，活性基团之间形成交联。如纤维素中的羟基间形成氢键，聚酰胺中的酰胺基团之间形成氢键，所以水分子不容易渗入结晶区，呈现疏水性。而在非晶区或低序区以及形态结构粗糙、微孔或空隙很多的区域，水分子易于扩散和停留，表现为亲水性。2、合成纤维亲水化 化学方法包括：与亲水性单体共聚、亲水性单体接枝改性、纤维表面的亲水化处理、与亲水性组分共混及含亲水性组分的复合纤维；物理方法则主要有使纤维具有多孔结构、表面粗糙化及横截面异形化等。1、腈纶亲水性研究2、丙纶亲水性研究二、纤维亲水改性的研究1.1、概论 聚丙烯腈纤维商品名为腈纶。腈纶有许多优良的性能，如手感柔软，防霉、防蛀，并有非常优越的耐光性、耐辐射性和耐腐蚀性，蓬松性和保暖性优于其他合成纤维。但是腈纶的结构致密，缺少亲水基团，染色困难，固有的吸湿性差、回潮率低(标准状态下回潮率为1.7)、易起静电等不足之处制约了其应用的扩大，因此，研制亲水性的腈纶具有重要的现实意义。1.2、亲水性共聚丙烯腈纤维 共聚丙烯腈，其研制方法为：以丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯为单体，以N-羟甲基丙烯酰胺为潜交联剂，溶液聚合后湿法纺丝成形，经后交联和碱性水解处理，制成具有三维网状结构特征的亲水性共聚丙烯腈纤维。图1 水解前后试样的FT-IR谱图图1表明在2240cm-1附近的吸收峰与氰基-CN伸缩振动有关。容易看出，水解后2240cm-1附近的吸收峰基本消失，而与羧结构相关的3274cm-1附近吸收峰加强，表明水解后纤维大分子中已含有强亲水性的羧酸结构。1.2.1、实验分析图2 水解前后式样的SEM照片 如图2所示，热交联后CPAN-C纤维表面比较平滑和致密，而水解后CPAN-H纤维则呈疏松多孔形态。因为CPAN-C纤维是部分交联结构，交联程度较好的部分在水解过程中不易被破坏，而交联程度较差以及未交联部分在水解过程中被破坏直至部分溶解。最终制备产物具有三维网状结构特征，吸水倍率达20倍且在吸水状态下仍能保持纤维形态的亲水性共聚丙烯腈纤维。1.2.2、结论1.3、接枝改性腈纶织物的研究 实验者采用自制的亲水性单体对腈纶 织物进行接枝共聚改性，提高了腈纶织物的吸湿性。并采用正交试验法讨论了溶胀荆、乳化剂、引发剂等对腈纶织物亲水性效果的影响。1.3.1、实验方法 将水、乳化剂、引发剂、溶胀剂、腈纶按原料配比投入反应釜中，达到反应温度后，恒温1h之后加入质量分数为2的亲水性单体F，再恒温2h抽滤水洗，再用碳酸氢钠溶液水洗，室温搅拌0.5 h，抽滤水洗烘干。1.3.2、正交实验1.3.3、结论 采用自制酰胺类亲水性单体对腈纶织物进行接枝改性，最佳工艺条件为：NaSCN为0.8g/L、十二烷基苯磺酸钠为0.4g/L、BPO 0.4g/L；腈纶织物的吸湿率从0.2提高至5.0，保水率从3提高至13。1.4、共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水纤维的研究 以丙烯腈(AN)、潜交联剂(HQ)、醋酸乙烯酯(VAc)为单体,氯酸钠为引发剂,采用水相沉淀聚合法制备含潜交联剂共聚丙烯腈(CPAN)。以适当比例将CPAN与醋酸纤维素(CA)共混,经湿法纺丝制得含潜交联剂的CPAN/CA复合纤维。该纤维经后交联处理、碱性水解,得到具有较强吸水、保水能力的CPAN/CA复合亲水纤雄。1.4.1、实验分析图为CPAN/CA复合纤维经过水解后的FTIR谱图。2242cm-1处-CN伸缩振动峰水解后相对减弱。3400cm-1左右处的宽吸收峰为-OH收缩振动产生。水解后CPAN/CA复合纤维在1640、1710处分别出现羰基和酰胺基吸收峰,说明水解后复合纤维存在大量羧基、酰胺基等亲水基团。从图(a)、(b)可以看出,水解前纤维表面较光滑,而水解后纤维表面较粗糙并出现孔洞。图(c)、(d)分别为CPAN纤维和CPA N/CA复合纤维截面图。对比两种纤维水解前电镜照片,复合纤维存在大量直径为0.531.04m的微孔,这些孔是由CPAN与CA不相容产生的。图(e)为CPAN/CA共混纤维水解后截面图,可观察到大量微孔存在,确实使得碱液能较容易进入复合纤维内部与共聚丙烯腈反应，增加亲水基团含量,以使纤维吸水得以提高。1.4.2、结论(1)在聚丙烯腈聚合体系中加入潜交联剂,制得含潜交联剂的共聚丙烯腈,以共聚丙烯腈与醋酸纤维素按5:95，10:90共混，经纺丝、后交联及水解制得共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水纤维。(2)由于共聚丙烯腈及醋酸纤维素不相容发生相分离,在纤维中产生微孔，这些微孔的存在扩大了纤维内部贮水容积,提高了纤维吸水性能。(3)潜交联剂的加入赋予纤维交联结构,使得纤维在水解后仍能够保持其纤维形状,为纺织加工奠定了基础。(4)共聚丙烯腈/醋酸纤维素复合亲水纤维吸水率随着碱浓度、温度增加而增加,可达到20g水/g纤维。2.1、等电子体亲水改性丙纶 等离子体又叫电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。低温等离子体可以被用于氧化、变性等表面处理。氧气和氩气等离子体都会从聚丙烯纤维表面产生一定的作用，并在表面生成大量的活性自由基，当它们暴露在空气中时，会迅速与其中的氧气发生反应，生成过氧基团。不同的是氧气等离子体处理过程中会在聚丙烯纤维表面以不同的结合形式直接引入氧元素，生成多种含氧极性基团。引入含氧极性基团后，丙纶的亲水性会得到提高。2.1.1、气体对试样吸水过程的影响2.1.2、结论 等离子体的性质直接影响材料的改性效果，它不仅与等离子体产生的功率、气体类型、工作压强等工艺参数有关，也与所用的设备结构、频率、电极的排布方式等设备参数有关。三、超亲水性韧性聚乳酸纤维毡的制备 采用高压静电纺丝制备了具有不同三醋酸甘油酯(GTA)含量的聚乳酸超细纤维毡。纺丝液的制备：8.20g聚乳酸溶解于50mL氯仿，加入25mL丙酮，配成质量分数约为8的溶液，分别加入相对于聚乳酸质量分数0、15、30、40、50和60的GTA，搅拌均匀配制成纺丝液。在静电纺丝过程中，带高压静电的高分子溶液在电场力的作用下，得到快速的拉伸，随溶剂的迅速挥发，高分子凝固成超细纤维，落到接地的金属收集板上，如此可以制备出纳米至微米直径的高分子长纤维。结果与讨论：GTA含量40时，纤维毡的接触角与空白样品相近，在130 左右，属于“超疏水”的范围。当含量增加到 50时，水滴对纤维毡完全浸润(表观接触角为0)，这是“超亲水”的表现。ABCD 由测量接触角的过程中水滴的瞬间形态(图A)可见，GTA含量40以下的纤维毡，当水滴离开毛细管后，在纤维毡的表面形成小球。图B、C、D分别为相机捕捉到的在0.2、1.2和1.45s时的形态，从液滴接触纤维毡表面到完全浸润时间约为1.5s。在GTA含量=60的纤维毡上。这个过程更快，只有0.45s。四、亲水性纤维的应用l用作医疗卫生材料 亲水性纤维在医疗卫生领域可代替天然棉制品，用作绷带、纱布、药棉、填絮、止血塞子等。l用作防止结露的材料 高吸水性腈纶具有呼吸性，可用于室内墙纸、包装袋、天花板、集装箱，或掺入涂料内，以防止内部环境过湿而产生结露，使袋内、室内东西不发霉变质。l作油水分离和吸油材料 以往除去工业用油及化学药品里的水分要依靠离心分离、沉淀分离、蒸馏等手段，消耗大量能量，成本较高。若用高吸水纤维制成油水分离材料可达到减少能耗的目的。这种高吸水油水分离材料既可用于除去润滑油等工业用油中的微量水分，也可与亲油材料复合，制成即亲油又易脱水的分离材料，用于水上和陆上的油、水分离和回收。谢谢