聚酯/錦綸6雙組分紡粘水刺非織造布的光接枝親水親油改性

王 欽，封 嚴(yán)，2，趙 東

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387;2.天津工業(yè)大學(xué)先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗室，天津 300387)

聚酯/聚酰胺6(PET/PA6)雙組分紡粘水刺非織造布具有強(qiáng)力高、透氣性好及手感柔軟等優(yōu)異性能，目前主要用于高級合成革基布和高檔擦拭布領(lǐng)域［1］。作為高檔擦拭布，由于PET屬于疏水性纖維，PA6的吸油性能極其有限，故對PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布進(jìn)行親水親油改性將有效地改善其親水及親油性能，對于提高產(chǎn)品附加值，滿足不同人群、不同領(lǐng)域的需要具有重要意義。

國內(nèi)外對PET、PA6纖維進(jìn)行親水改性的研究很多，主要是利用聚合物的合成工藝對纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行親水改性和織物親水后整理2種方式。改變纖維結(jié)構(gòu)對技術(shù)水平要求較高，故在實(shí)際生產(chǎn)中較少采用。織物親水后整理大致分為2個方向，表面接枝聚合和親水整理劑的吸附固著［2］。近年來，利用等離子體［3－4］或高能射線(電子束、紫外線)輻照改性［5－6］一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。而 P.Alves等［7］研究結(jié)果表明，相較于等離子體處理改性，利用UV輻射接枝改性后的TPU膜表面具有更好的親水性。

聚酯和聚酰胺的親油改性在國內(nèi)外研究較少，李維宏等［8］采用特殊的親油型表面活性劑合成高吸油整理劑對纖維素材料非織造布進(jìn)行親油整理。LI Hua等［9］以甲基丙烯酸丁酯為親油單體接枝聚合到聚氨酯大分子上達(dá)到疏水親油的目的。

本文以二苯甲酮為光引發(fā)劑、丙烯酰胺(AM)為親水接枝單體、丙烯酸丁酯(BA)為親油接枝單體，通過紫外光接枝對PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布進(jìn)行親水親油改性，測試并分析了其表面形貌、分子結(jié)構(gòu)、吸水性、吸油性以及柔軟性。

1 實(shí)驗部分

1.1 材料與試劑

PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布，面密度為130g/m2，廊坊中紡新元無紡布材料有限公司提供;二苯甲酮、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所提供;無水乙醇、丙酮、聚乙烯呲咯烷酮，天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠提供;食用調(diào)和油，中糧食品營銷有限公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗原理與方法

PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布在紫外光的高能輻射下，其纖維表面產(chǎn)生大量的活性自由基，親水單體丙烯酰胺與親油單體丙烯酸丁酯通過與纖維表面的活性自由基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成功接枝到非織造布上。

將PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布先后放入丙酮和蒸餾水中超聲洗滌1h，烘干后在40g/L的二苯甲酮(乙醇配制)溶液中浸漬30 min，取出晾干;再浸入由聚乙烯呲咯烷酮、丙烯酰胺和丙烯酸丁酯配制成的反應(yīng)液，30 min后取出，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行紫外光接枝，用丙酮和蒸餾水對接枝后的非織造布分別超聲洗滌3～4次以去除反應(yīng)生成的均聚物和未反應(yīng)單體，烘干。

1.3 測試方法

1.3.1 接枝率的測定

PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布接枝AM和BA，接枝率ρ的計算公式為

式中:W0、W1分別為接枝前后非織造布的質(zhì)量，g。

1.3.2 形貌觀察

PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布表面鍍金后，采用FEI公司的Quanta 200型電子掃描顯微鏡觀察接枝前后非織造布的表面形貌。

1.3.3 FT-IR測試

采用德國布魯克公司生產(chǎn)的TENSOR37型傅里葉紅外光譜儀，對接枝前后的非織造布進(jìn)行紅外光譜分析。

1.3.4 親水性能測試

根據(jù)ASTM D 724—1999《紙的表面可濕性的試驗方法(接觸角法)》，采用德國KRUSS光學(xué)接觸角測量儀DSA100測定接枝前后非織造布的水接觸角及毛細(xì)作用時間［10］。根據(jù)FZ/T 640122—2013《衛(wèi)生用水刺法非織造布》測試接枝前后非織造布的吸水率。

1.3.5 親油性能測試

采用德國KRUSS DSA100光學(xué)接觸角測量儀測定接枝前后非織造布對食用油的接觸角，采用稱重法測定非織造布的吸油率Q。將非織造布按規(guī)定尺寸裁剪并稱量，常溫下完全浸入待測油品中，達(dá)到飽和吸附后取出，自然垂滴60 s，待表面油品瀝盡后稱量。飽和吸油率按下式計算。

式中:Q為非織造布飽和吸油率，g/g;Wa和Wb分別為吸油前后非織造布的質(zhì)量，g。

1.3.6 柔軟性測試

參照 ZBW 04003—1987《織物硬挺度試驗方法，斜面懸臂法》測試接枝前后非織造布的抗彎剛度。

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌分析

PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布接枝前后的掃描電鏡照片如圖1所示。未接枝的非織造布纖維表面較為光滑，有少量裂縫;接枝后(18.32%)的非織造布纖維表面有一些細(xì)小的顆粒狀物質(zhì)以及纖細(xì)的薄膜狀物質(zhì)附著，表明有單體接枝到纖維表面。

圖1 PET/PA6非織造布接枝前后SEM照片(×3000)Fig.1 SEM images of PET/PA6 nonwovens ungrafted(a)and grafted(b)(×3000)

2.2 紅外光譜分析

圖2示出PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布接枝前后的紅外光譜圖。

圖2 PET/PA6紡粘水刺非織造布接枝前后的紅外光譜圖Fig.2 FT-IR spectra of PET/PA6 nonwoven ungrafted and grafted

由圖2可知，對比未接枝的PET/PA6非織造布，接枝后在2972～2952 cm－1范圍內(nèi)出現(xiàn)了1個吸收峰，對應(yīng)于BA中甲基的伸縮振動峰，此外，在1460.84 cm－1處產(chǎn)生了甲基的變形振動峰，表明BA被接枝到PET/PA6非織造布表面。相對于非織造布中聚酰胺的存在，接枝后在703.54 cm－1處新增的吸收峰對應(yīng)于AM酰胺基中N—H的面外彎曲振動，表明AM也接枝到PET/PA6非織造布表面。

2.3 親水性能分析

表1示出不同接枝率PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布的水接觸角測試結(jié)果。由表可知，接枝前PET/PA6非織造布的水接觸角平均值為101.55°，屬于疏水型非織造布。當(dāng)非織造布接枝率為23.51%時，其接觸角平均值為40.85°，吸水率也隨接枝率的增大而增至4.9259 g/g，毛細(xì)作用時間縮至5.4 s。改性后非織造布其親水性能得到改善，其主要原因是親水性單體丙烯酰胺接枝到了經(jīng)紫外輻照而產(chǎn)生游離基上，隨著接枝率的增大，引入的酰胺基團(tuán)增多，非織造布的親水性就越好。但當(dāng)接枝率增到一定程度后會影響非織造布的柔軟性，不利于其在擦拭布領(lǐng)域的應(yīng)用。

表1 不同接枝率下PET/PA6紡粘水刺非織造布的親水性能Tab.1 Hydrophilic properties of PET/PA6 nonwovens of different grafting rates

2.4 親油性能分析

表2示出不同接枝率下PET/PA6紡粘水刺非織造布的親油性能。當(dāng)接枝率為18.32%時，其親油性能較好，對食用油的接觸角平均值可達(dá)到0°，基本可以認(rèn)為改性后PET/PA6非織造布具有超親油性。與未改性非織造布相比，其吸油率提高了73.58%。隨著接枝率繼續(xù)增大，非織造布的吸油率呈下降趨勢，這可能是親水單體、親油單體在接枝過程中存在競聚現(xiàn)象。當(dāng)反應(yīng)液濃度較低時，親油單體更易與非織造布表面接枝聚合，故接枝率較小的非織造布其親油性能比親水性能改善效果更顯著;隨著反應(yīng)液濃度的不斷增大，越來越多的親水單體參與接枝聚合，親油單體的競爭優(yōu)勢越來越不明顯，達(dá)到一定濃度時，雖然非織造布對親水、親油單體的整體接枝率更高，但就親油單體接枝率而言，基本達(dá)到飽和。另一方面，非織造布的接枝率較高時，其剛度變大，纖維間孔隙變小，所以依靠非織造布間隙和孔洞毛細(xì)管作用來吸附油品的貢獻(xiàn)越來越小。

表2 不同接枝率下PET/PA6紡粘水刺非織造布的親油性能Tab.2 Oleophilic properties of PET/PA6 nonwovens of different grafting rates

2.5 柔軟性分析

由表3可知，接枝后PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布的柔軟度隨接枝率的增大先升高后下降。這主要是因為在接枝率較小時，接枝前處理以及接枝后的超聲波洗滌使水刺非織造布纖維間的纏結(jié)力削弱，纖維彼此間的結(jié)合、纏繞變松懈而使柔軟度增加。當(dāng)接枝率不斷增大，親水親油基團(tuán)與纖維的結(jié)合點(diǎn)增多，相互交聯(lián)產(chǎn)生的牽制強(qiáng)力越來越大，導(dǎo)致非織造布的柔軟度變差。

表3 不同接枝率下PET/PA6非織造布的抗彎剛度性能Tab.3 Stiffness of nonwovens of different grafting rates

3 結(jié)論

通過紫外光接枝將丙烯酰胺和丙烯酸丁酯接枝到PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布上，能在一定程度上改善非織造布的親水親油性能，但對其柔軟性有一定影響，可根據(jù)應(yīng)用需要來平衡三者之間的關(guān)系。當(dāng)PET/PA6雙組分紡粘水刺非織造布對親水、親油單體的接枝率為18.32%時，接枝后非織造布的吸水率提高了39.25%，吸油率提高了73.58%，非織造布的柔軟度較好，可應(yīng)用于擦拭布領(lǐng)域。

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