聚丙烯非织造布亲水改性方法与评价指标

功能性整理技术
产业用纺织品
总第 250 期
节约能源， 不需要引发剂， 无污染， 具有很好的发展 前景。共辐射、 预辐射和过氧化辐射接枝三种方法 是目前常用的辐射接枝方法。 Choi
［4 ］
正离子和负离子的数量大致相等 。气体在电 电子、 场力作用下发生电离， 等离子体中的各种离子、 激 发态分子、 自由基和光子等多种高能活性粒子与聚 合物表面发生相互作用形成交联结构和稳定存在 的游离基。等离子体中的气体可分为反应气体和 惰性气体两类
接触角、 毛细效应等。 随着非织造布应用领 水率、 域的扩大， 不断赋予亲水性新的内容， 像瞬时吸水、 吸水均匀性、 保水率等概念的提出反映了亲水改性 技术革新的动向。 吸水率是表征 PP 非织造布亲水性的常用指 标。吸水率是指在标准时间内或在材料完全润湿 每单位质量的非织造布吸收的水 所需要的时间内， 量。PP 非织造布的吸水性能主要由本身的结构和 改性后 PP 纤维的亲水性能决定。 非织造布的空 毛细水越多； 改性后的 PP 亲水基团越 隙率越大， 多， 则吸收水越多。 非织造布的平衡接触角也是反映 PP 非织造 布亲水性的指标。 接触角测试时可以将改性 PP 非织造布置于洁净平滑的玻璃板上， 平放于烘箱， 使其熔融， 待熔融后取出玻璃板， 自然冷却至室温。 因为 PP 与玻璃膨胀系数不同， 所以冷却后 PP 薄 膜自然脱落， 从而制得非常光滑的 PP 同体表面， 可采用直接测量法测定平衡接触角 。 刘娴
将亲水改
性剂 CHA 与 PP 共混后制成的熔喷非织造布可以 有效降低接触角， 当 CHA 质量分数达到 5． 5% 时， 接触角为 0° 。陈青葵等人
［7 ］
将聚乙二醇辛基苯基
醚、 十二烷基苯磺酸钠和十八醇三种表面活性剂分 别与 PP 进行共混， 可有效改善 PP 的亲水性， 同时 可降低 PP 熔体的黏度， 并降低出口处膨胀率， 有 利于纺丝加工。 姚瑜等人
［2 ］
接枝方法分为表面接枝和本体接枝。 表面接 枝是在高能射线（ 电子束或紫外线 ） 、 等离子体、 电 晕放电作用下引发接枝， 进而使表面改性。本体接 熔融法、 悬浮法和固相法等。 目 枝改性有溶液法、 前常用的是熔融接枝改性， 其原理是在 PP 聚合物 中加入接枝单体， 在引发剂作用下， 加热熔融、 混炼 或挤出而发生接枝反应。 极性单体的接枝率是影 响 PP 亲水改性的重要因素。 周延辉
［1 ］
和氯磺化等方法。 物理改性是改变分子的高次结 来达到提高亲水效果的目的， 主要方法是共混 构， 改性和表面改性等。 1． 1 聚合物分子结构改性 分子结构改性是通过共聚、 聚合和接枝等化学 方法， 在 PP 大分子中引进大量亲水性极性基团结 或着将具有亲水性的单体或聚合物作为支链 ， 构， 在纤维大分子上接枝以提高 PP 的亲水性能。 其 中， 最常用的方法是接枝改性。 1． 1． 1 化学接枝法
［9 ］
通过辐射接
枝法将极性单体丙烯酸接入聚乙烯 （ PE ） / PP 非织 应用于电池隔膜。 结果表明， 非织造布的吸 造布， 液能力和吸碱率随接枝率的增加明显提高。 Choi 等人
［5 ］
， 可反应气体主要是氮、 氧和乙烯
将亲水性单体丙烯酸和甲基丙烯酸通过辐
惰性气体有氩和氦等。等离子体表面改性的主 等， 要途径有表面溅射、 表面刻蚀、 表面交联和形成新 的化学结构
， 因
此亲水后整理 PP 非织造布较多用于一次性卫生
3
结语
随着 PP 非织造布在服装、 医疗卫生、 保健用
2
非织造布亲水性的评价
目前 PP 非织造布的亲水评价指标主要有吸
PP 非织造布 品以及产业用品方面需求不断增加， 的亲水改性越来越受到重视。 PP 以及 PP 非织造 布的亲水改性的方法和途径是决定其亲水性能的 关键。 与此同时， 针对不同领域和不同的用途， 新 的亲水改性方法和评价指标也会不断出现 。但是， 不论是物理改性还是化学改性， 在增加 PP 非织造 布亲水效果的同时， 一定要兼顾其物理性能， 否则 改性也将失去意义。 参 考 文 献
［10 ］
应用在 射接枝来改善 PP 膜的亲水性。 结果显示， 电池隔膜的 PP 膜随着接枝率增加， 亲水效果得到 改善。 1． 2 共混改性 PP 共混改性是指将其他亲水聚合物或表面活 使添加物填入 PP 较大的球晶内， 性剂与 PP 混掺， 形成一种宏观上均匀的新的聚合物。 共混改性根 可以分为： ①母粒法， 据改性剂添加的时间段不同， 先将亲水添加剂制成亲水母粒， 再与 PP 混合均匀 PP 切片、 后共同熔融纺丝； ②全造粒法， 将改性剂、 助剂一起混合均匀， 用螺杆挤出机挤出造粒， 制成 再熔融纺丝； ③ 纺前注射法， 将 亲水改性 PP 粒子， 亲水性高聚物， 如聚丙烯酸酯类衍生物、 聚乙二醇 与 PP 熔体混合均匀， 衍生物等输入螺杆挤出机， 直接纺丝。 改性后的 PP 性能取决于共混物的聚集态结 而共混物的组成、 相容性、 加工条件 构和形态结构， 又起着关键作用。 要通过共混方法得到部分相容 的亲水性共混体系， 一般都需添加大分子亲水性表 面活性剂或极性聚合物。 范玲玲等人
关键词：聚丙烯非织造布， 亲水性， 改性方法， 评价指标
+ 中图分类号：TS176 ；TQ342 ． 62
文献标志码：A
文章编号：1004 － 7093 （ 2011 ） 07 － 0033 － 04
聚丙烯（ PP） 非织造布由于其优良的性能和低 无论在医疗卫生领域还 廉的价格而得到广泛应用， 是在服用、 擦拭材料方面都成为首选材料
PP 非织造布亲水改性方法由于其吸湿原理而 基本上可以分为物理改性和化学改性两 多种多样， 种方法。化学改性主要是改变 PP 的分子链结构， 进而改变其吸湿性 ， 主要有共聚 、 接枝 、 交联 、 氯化
收稿日期： 2011 － 04 － 11 ； 修改稿： 2011 － 06 － 14 1983 年生， 作者简介： 张月庆， 男， 在读硕士研究生。 主要研究 方向为功能性非织造材料 。
［6 ］
。等离子体改性的优点是改性只发
生在材料表面层， 不会改变内部特性， 且作用时间 效率高， 在干态下反应， 不污染环境。 短、 等离子体改性的效果和等离子体的性质有关 。 参数包括等离子体产生的功率、 气体类型、 工作压 频率、 电极的排布方 强等工艺参数以及设备结构、 式等设备参数。 唐丽华等人
［12 ］
［ 1］ 焦晓宁， J］ ．产 马莹莹． 非织造布亲水整理及亲水剂［ 2003 ， 21 （ 6 ） ： 3335． 业用纺织品， ［ 2］ 程博闻， 庄旭品， 廖周荣， 等． 蛹蛋白纤维水刺非织造 ． ［ 201118］ ． http： / / 布的开发与性能研究［R / OL］ www． fjbl． com / xianwei / aboutnews． asp？ id = 539． ［ 3］ 周延辉． 熔融接枝聚丙烯亲水性能的研究［J］ ． 化工 2009 ， 37 （ 9 ） ： 101103． 新型材料， ［ 4］ CHOI S． Electrochemical properties of polyolefin nonwoven fabric modified with carboxylic acid group for battery J］ ． Radiation Physics and Chemistry， 2001 ， separator ［ 60 （ 3 ） ： 495502． ［ 5］ CHOIA S ，PARKB S ． Electrochemical properties of polyethylene membrane modified with carboxylic acid J］ ． Radiation Physics and Chemistry， 2000 ， 57 group［ （ 5 ） ： 179186． ［ 6］ 范玲玲， 靳向煜． PP / CHA 熔喷非织造布亲水性能的 J］ ． 非织造布， 2010 ， 18 （ 4 ） ： 3133． 研究［ ［ 7］ 陈青葵， ．石 董晓武． 改进 PP 树脂亲水性的研究［J］ 1999 （ 2 ） ： 2428． 化技术， ［ 8］ 姚瑜， J］ ． 化工 张军， 王晓琳， 等． 聚丙烯亲水性改性［ 2005 ， 24 （ 9 ） ： 10201023． 进展，
2011 年第 7 期
产业用纺织品
功能性整理技术
聚丙烯非织造布亲水改性方法与评价指标
张月庆 钱晓明 （ 天津工业大学纺织学院， 300160 ） 天津，
摘
要：介绍聚丙烯非织造布亲水改性的原理 、 目前常用的亲水改性方法以及亲水性能的主要评价指标 。 指 新的亲水改性方法和评价指标也会不断出现 。 出随着非织造布应用领域的扩大 ，
强亲水基 POK 和疏水基—OR 组成。用该表 OK 面活性剂处理非织造布时， 疏 水 基 和 PP 表 面 结 合， 亲水基团朝外。连续的亲水基团产业用纺织品 效应按下式计算：
n
功能性整理技术
布表面形成一层亲水薄膜， 降低接触角， 从而改善 非织造布的亲水性。 亲水整理方法虽然工艺简单， 易于操作， 但是 整理后耐久性比较差。刘娴等人
。
由于 PP 是非极性结构， 结晶度较高， 分子排 列规整， 结构致密， 基本不含亲水基团， 所以 PP 非 织造布基本没有吸水功能。 为满足产品对吸湿性 必须对 PP 非织造布进行亲水改性或亲 能的要求， 水整理。
1 改善非织造布亲水性的原理和途径
非织造布所吸收的水由两部分组成 ： 一部分是 即由于纤维中亲水基团的作用而吸收的水 吸收水， 分； 另一部分是毛细水， 即存在于纤维及非织造布 由于表面能的作用， 内部间隙的水分子。 吸湿时， 水分子先吸附在纤维及非织造布表面 ， 然后一部分 即为毛细 水分子因毛细效应进入非织造布内间隙 ， 水； 另一部分水分子不断扩散与纤维内的大分子亲 水基团相结合， 形成吸收水
［3 ］
将极性单
。
PP 在引发剂引发 体丙烯酸缩水甘油酯 （ GMA ） 、 通过双螺杆挤出机熔融接 枝 法 制 备 PP 接 枝 下， PP 接枝 物。结果表明： GMA 质量分数为 1． 5% 时， 物的后退接触角由纯 PP 的 77． 3° 降为 42． 0° ， 亲水 该方法易产生化学污染物， 效果明显改善。 但是， 并对纤维物理性能有不良影响， 会降低聚合物结晶 度和熔点。 1． 1． 2 辐射接枝法 — 33 — 与传统化学接枝法相比， 辐射改性工艺简单，
［8 ］
利用丙烯酸接枝 PP
gAA ） ， 制成 PP 接枝丙烯酸共聚物 （ PP再将 PP、 PPgAA 以及乙烯—丙烯酸共聚物 （ EAA ） 三元共 混， 共混聚合物的接触角降低到 81° ， 亲水性效果 得到明显改善。 1． 3 等离子体处理改性 等离子体是一种全部或部分电离的气体状态 含有原子、 分子、 离子亚稳态和激发态， 并且 物质， — 34 —
［12 ］
H =
hi ∑ i =1 n
通过耐洗性测 n— — —试样条数；
亲水整理剂的耐洗性能一般， 经 3 次水洗 试表明， 后透水时间增大了约 1． 5 倍。另外， 亲水性纺丝油 剂常会聚集成大水滴， 沿着纤维的边缘迁移， 容易 进而形成大的沉淀物 在纤维交叉点上聚集， 材料用品。
［13 ］
— —试样平均毛细效应（ cm /30 min） ； 式中： H— hi — — —第 i 条试样毛细效应高度。
［11 ］
通过实验发现， 增
加等离子体的放电功率和放电频率 、 提高等离子体 可以明显改善材料的亲水性能。另 的数量和能量， 外， 等离子体的气体种类对非织造布的亲水性也有 明显影响， 氧气等离子体处理的非织造布与氩气等 达到吸水平衡更快， 离子体处理的非织造布相比， 吸水率高， 这是因为氧气等离子体比氩气等离子体 更易在材料表面引入含氧极性基团 。 1． 4 亲水后整理 亲水整理是一种方法简便、 效果显著、 成本低 廉的非织造布后整理工艺， 一般分为浸渍法和浸轧 法， 另外还有喷洒法和泡沫整理法。浸轧法能提高 亲水整理剂的附着力并能均匀分布在非织造布上 ， 工艺简单易行， 所以实际生产中主要采用浸轧法。 浸轧法的原理是将亲水油剂覆盖在非织造布的表 形成亲水薄膜， 然后加热烘干， 使油剂固着在非 面， 织造布表面。 亲水整理可以采用多种表面活性剂。 非织造 布的亲水整理可使用阳离子表面活性剂 、 阴离子表 面活性剂、 非离子表面活性剂和两性表面活性剂 等。例如， 阴离子表面活性剂烷基磷酸酯钾盐系由 O