PP的亲水性改性

聚丙烯纤维亲水改性的研究赵灿纺硕1002班学号：2100032摘要：聚丙烯纤维综合性能好，用途广泛，但由于分子中不含极性基团亲水性差，限制了其应用领域。

为了扩大聚丙烯纤维的应用范围，需要对纤维进行亲水改性。

本文分析了聚丙烯纤维亲水性差的原因，简要介绍提高其亲水性的几种方法，通过亲水性处理，改善聚丙烯纤维表面状况或大分子结构，可在保持纤维原有性能的基础上改进聚丙烯纤维的亲水性。

关键词：聚丙烯纤维；亲水性；改性The Hydrophilic Modification of Polypropylene Fiber Abstract:Polypropylene fiber is widely used because of its good comprehensive performance, however, without polar group, its hydrophilicity is poor, thus limited its application areas. In order to expand the application of polypropylene fiber, we need to modify its hydrophilicity. The article analyzed the reasons that make polypropylene fibers hydrophobic, briefly introduced several methods of improving its hydrophilicity, through the hydrophilic treatment, the situation of its surface or macromolecular structure is modified, thus improving the hydrophilicity of polypropylene fiber on the basis of maintaining its original performance.Keywords: Polypropylene fiber; hydrophilicity; modification前言聚丙烯纤维（丙纶），具有质地轻、强力高、弹性好、耐腐蚀、不起球等优点，其原料丙烯来源丰富，生产成本较低。

但由于聚丙烯分子结构中没有亲水性基团，且结晶度很高，难以染色等，所以在纺织领域的应用受到限制。

目前，国内外对提高聚丙烯纤维亲水性能的研究主要集中在对聚丙烯纤维进行亲水改性。

改性方法主要通过与亲水性单体接枝共聚、纤维表面亲水处理、与亲水性物质共混和纤维结构微孔化等[1]。

1 纤维的吸湿和吸水聚丙烯本体是相对疏水的，不利于水分的吸附，同时聚丙烯结晶较容易，较高的结晶度和较致密的晶粒网络也阻碍了水分在纤维内部的渗透与扩散，这些最终导致了聚丙烯纤维的亲水性能较差。

纤维的亲水性能包含吸湿性和吸水性两方面的含义，因此一般将纤维的亲水性机理分为吸湿性和吸水性两种[1]。

纤维的吸湿性主要取决于纤维大分子的化学结构和结晶状态，即大分子上是否存在亲水性基团及亲水性基团的数量以及纤维的结晶性能等。

而纤维的吸水性则主要取决于纤维内微孔、缝隙和纤维之间的毛细孔隙。

2 亲水改性的方法2.1 与亲水性单体接枝共聚由于聚丙烯分子不含极性基团，结构规整，一般情况下很难与其他单体发生接枝共聚反应，必须采用辐照引发的方式。

能够引发接枝共聚反应的辐照源有60Coγ射线、具有一定波长的紫外线、高能物理射线等。

经研究对比发现60Co γ射线穿透能力较强。

辐照接枝亲水单体的改性方法，按辐照和接枝反应进行次序可分预辐照法和共辐照法。

目前采用预辐照聚丙烯纤维，再接枝亲水单体的研究已有报道[2-3]，而采用共辐照接枝法改性研究较少。

选择具有亲水性的单体或聚合物作为支链，在丙纶大分子上接枝，可赋予丙纶亲水性能。

细旦丙纶经Co60或电子辐照后，与丙烯酸接枝，而聚丙烯分子主链的化学结构没有发生显著变化，纤维变细，扩大了比表面积，吸水性大幅度提高[4]。

辐照接枝法工艺简单，节约能源，无污染，可实现非液相低温加工。

也常采用过氧化苯甲酰胺乳液引发丙烯酸或甲基丙烯酸，接枝到聚丙烯上，导入亲水性单体，降低它的表面张力，提高织物润湿性。

通过大气低温等离子体处理引发丙烯酰胺对丙纶进行接枝聚合，产生亲水性基团，形成吸湿中心，能改善纤维的吸湿性[5]。

目前英国科学实验室已试验了一种稳定态的辉光放电等离子体反应器，只需在常压下操作，利用CO2、H2或O2把聚丙烯的烃基转变成羰基、羧基、羟基等极性基团，可以明显提高织物的亲水性，而且整个化学反应不可逆，吸湿性较耐久。

2.2 纤维表面亲水处理纤维的表面亲水处理，实质是在纤维表面覆上一层亲水性化合物（也称亲水整理剂），达到改变纤维表面亲水性能的目的[6]。

亲水整理的工艺分为两类，第一类是浸渍法，将纤维或织物放在亲水整理剂中浸渍一定时间取出烘干即可。

第二类是浸轧法，将纤维和织物放在亲水整理剂中浸渍之后，进行轧液，然后烘干和焙烘。

其中又以浸渍法较为简单，被广泛地应用于试验和工业生产。

目前国内对浸渍法亲水整理聚丙烯的研究有一些。

孙卫明等人[7]以卵麟脂、聚乙烯醇(PAv)、过硫酸按处理液浸泡微孔聚丙烯中空纤维，热风吹干，自来水压力下测试水的流速，并用烘干后称重法测定了吸水率。

他们还做了熔融改性作比较，发现表面亲水改性对聚丙烯中空纤维膜的亲水性有显著改善，而熔融改性对聚丙烯亲水无明显改进。

黄征青[8]使用浸泡法进行表面亲水化改性，得到亲水效果较好的聚丙烯中空纤维膜。

一般情况下，表面活性剂浓度越高，亲水化效果越好;浸泡时间越长，效果越好。

亲水整理剂分为丙烯酸单体和表面活性剂两类：丙烯酸是最简单的不饱和羧酸，由一个乙烯基和一个羧基组成；表面活性剂是一种同时具有强亲水基团和强疏水基团的化合物表面。

选择适当的亲水整理剂进行后整理，如丙烯酸（AA）系单体，通过引发游离基与纤维表面的大分子进行接枝共聚；或者用聚醚类或表面活性剂使它的疏水基部分吸附在纤维表面，亲水基部分伸入空气中，形成一层紧密而连续的亲水基膜，从而使织物变得易为水润湿和渗透，以提高纤维的亲水性。

纤维表面亲水处理法十分简便，成本低廉，能够在基本保持纤维原有特性的情况下，增加纤维的吸湿性和吸水性，但缺点是亲水性不耐久。

此外，也可以进行化学变性，如氯化、溴化、氯磺化作用以产生有限的水分接受位置。

在酸性条件下用次氯酸钠进行氯化作用，这种处理有利于氯接枝到丙纶聚合主链骨架上，氯有利于水分接受，氯化丙纶的水分吸收作用增加。

但要注意，该类处理可能引起强力降低。

2.3 与亲水物质共混改性共混是在纺丝之前，把亲水性物质混入高聚物熔体，然后按常规纺丝方法进行纺丝，得到亲水性纤维。

可以将聚丙烯酸酯类衍生物、聚乙二醇衍生物等与丙烯共混，也可以将聚丙烯与某些改性聚丙烯共混，得到亲水性纤维。

这些改性聚丙烯由聚丙烯先经氯化或氧化，然后接上乙烯基吡啶或接上某种丙烯酸酯类化合物的共聚物而得到。

在共混过程中，助剂的选择及共混工艺条件等都会对聚丙烯的亲水改性效果产生极大的影响。

与聚丙烯共混的亲水助剂对体系的亲水性影响很大，主要表现在两个方面：一是亲水助剂加入量的影响。

一般助剂加入的越多，亲水改性效果越好，但加入助剂的量过多会使聚丙烯的原有性能受到影响[9]。

另一个是亲水助剂分子量的影响。

一般助剂分子量越小，亲水改性效果越好。

有研究者对聚丙烯/聚丙烯接枝丙烯酸共混物薄膜进行了研究，发现低分子量的接枝共混体系比高分子量的共混体系拥有更好的亲水性，原因为分子量低时有利于共混物分子链在制备薄膜的时候向表面迁移，而提高其表面极性。

廖启忠[10]等研究了不同分子量的共聚物改性剂对聚丙烯接触角的影响。

发现在实验范围内，随着分子量降低，聚丙烯共混物表面亲水性增加。

原因为分子量较低的改性剂熔点和粘度都较低，分子迁移运动容易，有利于助剂迁移到聚丙烯表面，也有利于聚丙烯表面上的助剂分子的极性基团的取向。

相容性对聚丙烯共混体系来说，是影响其亲水性的一个重要因素。

提高共混体系相容性的最重要的方法是加入增容剂或共混体系在力场中受到强剪切作用下，产生自由基而形成高分子链的接枝物，从而提高共混物的相容性。

曹征等[11]研究了氯化聚丙烯（CPP）增容聚丙烯-丁腈橡胶（PP-NBR）共混体系的力学性能和亲水性能。

结果表明在CPP 含量不变的情况下，随着增容剂NBR 含量的增加，PP-NBR 共混体系的韧性增强，冲击强度和断裂伸长率提高，拉伸强度和模量下降，共混体系与水接触角减小，亲水性增大，极性增大，可改善PP 材料的喷涂性能等。

2.4 纤维结构微孔化纤维结构微孔化着眼于改变纤维的形态结构，使它具有许多内外贯通的微孔，利用毛细现象吸水。

这种方法只能改善纤维的吸水性，对纤维的吸湿性没有改善。

多孔聚丙烯纤维的制造方法是将聚丙烯与流动石蜡混合，熔融纺丝，拉伸热处理后浸渍在己烷中，再熔去流动石蜡。

日本宇部日东化成用这种工艺制得的多孔性微孔聚丙烯纤维的孔隙率高，表面积大，极大地提高了纤维的吸水性。

也有人提出聚丙烯纤维在成形时可以利用聚合物晶形变化过程中体积的缩小（由α型转变为β型）来产生微孔。

除上述方法外，还有表面氧化处理法，通过使用氧化剂对聚丙烯纤维的表面进行一定的腐蚀达到引入亲水集团的目的[12]。

袁世炬[13]等人采用高锰酸钾、重铬酸钠、铬酸等对聚丙烯纤维进行表面处理，结果表明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。

从而增加聚丙烯纤维表面层的亲水性，并且原来的物理和机械性能不变。

综上所述，对丙纶的亲水改性虽然可以从不同角度着手研究, 但大致分为两种途径: 一是对纤维表面进行改性;另一种方法是在聚丙烯中加入其他组分进行共混改性或在聚合时加入其他单体进行共聚改性。

随着各种新型聚丙烯吸湿改性技术的涌现和推广, 人们会不断开发出更多更新的产品。

可以预见, 在21 世纪丙纶的应用会得到更大的发展, 其应用前景会更加广阔。

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