电子束辐射引发涤纶(PET)接枝提高阻燃抗熔滴性能的研究

电子束辐射引发涤纶（PET）接枝提高阻燃抗熔滴性能的研究聚合物科学领域的的研究重点之一是对聚合物实施改性从而获得新的性能,这对聚合物工业也有重要意义。作为当前使用最为普遍的聚合物之一,PET有着良好的性能,但在使用中还存在易燃、熔滴的缺点,为提高其使用性能,常对其做改性处理。

电子束辐射是一项比较方便高效的技术,它在聚合物的接枝改性上正有着越来越多的应用。本文采用高能电子束为能量源,通过单体的选择和条件的优化对PET材料进行接枝改性,在PET上形成一种类似膨胀阻燃体系,从而提高PET材料的阻燃及抗熔滴性能。

本文首先进行了PET电子束(Electron Beam,EB)辐射效应的相关研究,发现:1)PET在空气中接受电子束辐射后,断裂强力和断裂延伸度下降,机械性能受到损伤;2)PET的分子量以及热稳定性随电子束辐射剂量的增加而逐渐降低,说明PET大分子链发生了辐致降解;3)根据XPS谱图推断,PET的电子束辐射降解按NorrishⅠ型机理进行,降解中伴生CO、CO2气体;4)通过SPM图像判断,电子束辐射导致PET表面受损,变得粗糙不平;5)通过X射线衍射(XRD)分析,发现低剂量的电子束辐射产生的热效应会导致PET结晶度上升,但高剂量的电子束辐射会破坏PET的规整结构,导致其结晶度下降。研究电子束共辐射法引发丙烯酸在PET上的接枝,并对接枝后PET的结构以及热和燃烧性能做了评价,结果表明:当剂量为400kGy,单体浓度为40%,FeSO4浓度在0.1g/L,预处理温度85°C,时间2hr时,接枝率最高,可达22.3%。

通过SEM和FTIR的分析,证实丙烯酸被成功地接枝到PET上。通过对比接枝前后PET的机械性能发现,随着接枝率的上升,断裂强力逐渐提高,断裂延伸度逐

渐下降。

同时,接枝丙烯酸后的PET热失重性能有了明显改变,失重过程变得复杂,出现五个失重阶段,1)由于失水形成的50°C到160°C失重阶段;2)160°C到247°C之间的失重阶段由于羧基脱水生成酸酐造成;3)支链断链形成的第三个失重阶

段最高温度为314°C;4)超过377°C时由于聚合物主链断链形成的;5)当温度超过450°C,PET炭化导致的失重阶段。接枝后PET的抗熔滴性能有明显提高,但极限氧指数(Limited Oxygen Index,LOI)值随着接枝率的提高而下降。

DSC分析发现PAAc接枝后破坏了原有PET的结晶结构,使得接枝后的结晶度下降。说明丙烯酸渗透到了PET的内部,经过电子辐照后与PET反应,破坏了pet 原有的结晶结构,使得其结晶度出现了较大幅度地下降。

nmr分析表明,接枝后的样品上叔碳原子数目增加,造成这个现象的原因应

当是,接枝后样品上发生了交联。结合tem照片分析,发现辐射接枝交联后的pet 纤维皮层结构变得较为疏松,说明丙烯酸的接枝交联发生在pet的皮层。

研究电子束辐射引发丙烯酰胺在pet上的接枝,并对接枝后pet的结构以及热和燃烧性能做了评价,结果表明:当辐射剂量为400kgy时,单体浓度低于40%时,feso4浓度在0.1g/l,预处理温度85°c,接枝率最高可达7.8%。随着接枝率的上升,断裂强力逐渐提高,随着接枝率的提高,断裂延伸度逐渐下降。

接枝丙烯酰胺后的pet热失重曲线较未接枝时多了180°c到313°c这一阶段,这是由接枝到pet上的丙烯酰胺侧链断链引起的。这个过程中不仅有侧链的分解断裂,还包括了氨基的缩合与环化。

随着接枝率的提高,pet的阻燃性逐渐提高,但是无论接枝率为多少,熔滴现

象始终存在。dsc分析发现丙烯酰胺接枝后pet对的结晶结构没有太大影响。

使用了aac/aam混合单体由电子束辐射引发在pet上的接枝,赋予pet抗熔滴和阻燃的性能。结果表明:1)选择辐射剂量、单体浓度、feso4等方面混合单体与单独使用丙烯酸或丙烯酰胺有相同的规律,但两种单体同时接枝存在协同效应,可以明显提高接枝率可达36.7%;2)pet接枝后以后其热稳定性有所提高,表现出同时接枝丙烯酸和丙烯酰胺的规律;3)分析阻燃测试现象与残余物剖面sem 照片分析结合,发现使用混合单体接枝能够起到提高阻燃性能和抗熔滴性能的双重作用。

当接枝率达到36.7%时,loi值为27.3,垂直燃烧时续燃时间5.5s,无阴燃时间,炭长114mm,且无熔滴现象;4)接枝丙烯酰胺后的pet热失重性能有了明显改变,失重过程变得复杂,主要表现为增加了由于失水形成的失重阶段,羧基脱水形成酸酐导致的失重阶段,以及支链断链形成的第三个失重阶段;5)同时结合dsc 分析,判断接枝后接枝物存在于pet表面还存在与pet本体内,造成其结晶度的明显下降。本文在这些认识的基础上,分析推断了pet在空气氛围中受到电子束辐射的降解机理。

总结性提出了电子束辐射引发接枝反应的模型,从几个方面对电子束辐射引发接枝是自由基聚合反应这个结论作了分析和判断,并较系统地描述了采用液相照射接枝一步法时的聚合反应过程,对接枝后pet阻燃抗熔滴的做了分析,提出了pet燃烧成炭的机理。以上的实验研究及分析表明,将电子束辐射接枝概念和方法引入纺织品的功能改性领域,开发用于阻燃抗熔滴织物,是切实可行和行之有效的。