纖維專(zhuān)用親水性聚丙烯的制備

王素玉

（中國(guó)石油化工股份有限公司北京燕山分公司樹(shù)脂應(yīng)用研究所，北京市 102500）

纖維專(zhuān)用親水性聚丙烯的制備

王素玉

（中國(guó)石油化工股份有限公司北京燕山分公司樹(shù)脂應(yīng)用研究所，北京市 102500）

采用共混改性法，以聚丙烯（PP）為基礎(chǔ)原料，加入一定量親水助劑，制備了親水性PP。研究了親水性PP的親水性能和加工應(yīng)用性能。結(jié)果表明：所制親水性PP的接觸角約為30.0°，遠(yuǎn)低于純PP（約為102.0°），且隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，親水助劑逐漸遷移到制品表面，親水效果更佳，并具有良好的可紡性能；反復(fù)洗滌后，用親水性PP制備的纖維具有長(zhǎng)久的親水性能，在水中具有良好的分散性，各項(xiàng)性能達(dá)到GB/T 21120—2007要求。

聚丙烯 親水性 接觸角 應(yīng)用

聚丙烯（PP）的結(jié)晶度高、分子鏈中不含極性基團(tuán)，用其制備的纖維橫截面呈圓形、結(jié)構(gòu)致密、缺少微孔和縫隙等，因此，PP纖維不具備親水性。PP的這種疏水性使其應(yīng)用范圍受到限制。一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域?qū)P纖維有特殊要求，醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域（如消毒濕巾、傷口敷料、止血帶、繃帶、紗球布、藥膏布、吸液墊布等）要求其具有良好的血液、藥液吸收性能，個(gè)人用品領(lǐng)域（如嬰兒尿布、婦女衛(wèi)生巾、成人失禁墊等）、家庭衛(wèi)生領(lǐng)域（如嬰兒揩布、家具餐具清潔布等）則要求PP纖維有較高親水性，產(chǎn)業(yè)用布方面的許多材料（如電池隔膜板）則要求PP纖維具有很高的電解液吸收能力。建筑行業(yè)大量使用的混凝土中摻入適量具有親水性能的PP纖維可提高混凝土的抗裂開(kāi)性能，從而提高混凝土的耐久性。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)PP的親水改性研究日益增多，主要有紡絲階段加入親水物質(zhì)的共混改性和后整理親水改性。采用輻照工藝，在PP分子鏈上接枝親水單體是后整理改性的一種，這種改性方法又分為預(yù)輻照法和共輻照法。PP的親水改性也可采用在PP中加入表面活性劑、對(duì)制品表面處理及改變制品表面結(jié)構(gòu)等方法。在PP中加入表面活性劑是賦予疏水PP具備親水吸濕性能的較為有效和簡(jiǎn)便的方法[1-2]。本工作采用共混改性法制備親水性PP，研究了親水性PP的性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

PP，熔體流動(dòng)速率（MFR）為18 g/10 min，標(biāo)記為PPK，中國(guó)石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司生產(chǎn)。表面活性劑，陰離子型表面活性劑：均為自制。

1.2 儀器與設(shè)備

ZSK-53型雙螺桿擠出機(jī)，德國(guó)WP公司生產(chǎn)；TP-402-2型熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀，日本Tester公司生產(chǎn)；INSTRON-2340型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)， 美國(guó)Instron公司生產(chǎn)；AR-160型自動(dòng)密度儀，日本長(zhǎng)計(jì)量器制作所生產(chǎn)；Lab-station Brabender型扭矩流變儀，螺桿長(zhǎng)徑比為25，德國(guó)Brabender公司生產(chǎn)。

1.3 試樣制備

在PPK中加適量表面活性劑作親水助劑，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，即得親水性PP，簡(jiǎn)稱(chēng)PP1。

在275 ℃條件下進(jìn)行紡絲實(shí)驗(yàn)，所制纖維分別標(biāo)記為：PPFK，用PPK直接制備的纖維；PPF1，用PP1制備的纖維；PPF2 ，為PPFK采用既親水又親油的助劑進(jìn)行后處理得到的纖維。

1.4 性能測(cè)試

MFR按GB/T 3682—2000測(cè)試；密度按GB/T 1033.1—2008測(cè)試；接觸角按ISO 15989:2004測(cè)試；纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T 14337—2008測(cè)試；PP的拉伸斷裂應(yīng)力和斷裂拉伸應(yīng)變按GB/T 1040.2—2006測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 親水性能

PP表面沒(méi)有極性基團(tuán)，其表面能很小，臨界表面張力相當(dāng)?shù)?，僅為31～34 N/m，所以其表面潤(rùn)濕性和親水性很差。為使PP具有親水性能，需添加一種具有足夠低表面張力、能潤(rùn)濕PP表面而本身又帶有極性基團(tuán)的表面活性劑作親水助劑，對(duì)PP改性?？商砑拥絇P中的表面活性劑有：脂肪酸鹽，芳烴環(huán)氧乙烷加成物及其衍生物，一種烷氧基苯酚和一元、雙元或三元甘油酯混合物，一種聚氧化亞烯脂肪酸酯，或是以上組分中一部分的混合物。

表面活性劑與PP應(yīng)該部分相容，若相容性太好，經(jīng)加工后不能遷移到PP纖維表面，起不到親水作用；若相容性太差，表面活性劑經(jīng)熱加工后全部聚集到PP表面，那么PP纖維不耐洗滌，親水性不能維持長(zhǎng)久。

2.1.1 放置時(shí)間對(duì)親水性能的影響

接觸角是在固、液、氣三相交界處，自固液界面經(jīng)液體內(nèi)部到氣體界面的夾角，接觸角大小是評(píng)判纖維親水性的重要指標(biāo)[3]。接觸角越小，纖維的潤(rùn)濕性越好。接觸角大于90°為不潤(rùn)濕，小于90°為潤(rùn)濕，平衡接觸角不存在或?yàn)?則為鋪展。

使用扭矩流變儀將PPK和PP1擠制成寬50 mm，厚0.5 mm的樣片，于23 ℃、恒溫、恒濕條件下分別放置24，48，72，96 h后，測(cè)試其接觸角。從表1看出：PP1樣片的接觸角約為30.0°，遠(yuǎn)低于PPK樣片，說(shuō)明PP1樣片的親水性能良好。隨放置時(shí)間延長(zhǎng)，PPK樣片的接觸角變化很小，約為102.0°。隨放置時(shí)間延長(zhǎng)，PP1樣片的接觸角逐漸變小，說(shuō)明親水助劑逐漸遷移到樣片表面，親水性能有所提高。

表1 不同存放時(shí)間條件下PP樣片的接觸角Tab.1 Contact angle of the PP samples for different storage time

2.1.2 洗滌次數(shù)對(duì)親水性能的影響

將PPFK，PPF1，PPF2用蒸餾水分別洗滌0，1，2，3次，自然狀態(tài)晾干后，測(cè)其接觸角。從圖1看出：PPF1的接觸角遠(yuǎn)低于PPFK和PPF2，說(shuō)明PPF1的親水效果優(yōu)于PPF2和PPFK； PPF2被洗滌的次數(shù)越多，接觸角越大，由親水性能變?yōu)槭杷阅?；隨洗滌次數(shù)增多，PPF1的接觸角變化平穩(wěn)，具有長(zhǎng)久的親水性能。

圖1 不同PP纖維接觸角隨洗滌次數(shù)變化的曲線Fig.1 Curves of contact angle change of different PP fibers with washing times

2.1.3 水中的分散性能

將相同規(guī)格的纖維同時(shí)放入水中，觀察纖維束的分散狀態(tài)，以此判斷纖維的親水性能。從圖2看出：纖維在水面散開(kāi)，即分散好的是PPF1纖維；纖維在水面聚集在一起，即分散差的是PPFK。這說(shuō)明親水性的PPF1在水中具有良好分散性。

圖2 不同PP纖維在水中的分散情況Fig.2 Dispersion performance of different PP fibers in water

2.2 加工應(yīng)用

纖維專(zhuān)用親水性PP應(yīng)具有較高力學(xué)性能、加工性能的同時(shí)，賦予纖維親水性能，且親水性可以保持較長(zhǎng)時(shí)間，滿足纖維使用周期的要求。同時(shí)，親水性PP應(yīng)保持普通PP的加工性能，在加工條件下能保持纖維的親水性能。從表2看出：與PPK相比，PP1的MFR和懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度略高，斷裂拉伸應(yīng)變明顯提高。這說(shuō)明親水助劑起增塑作用，減小了PP分子鏈的內(nèi)摩擦，使PP的熔體黏度降低、流動(dòng)性能增加。

表2 不同PP的物性Tab.2 Physical properties of different PP samples

委托某地毯廠對(duì)PP1進(jìn)行紡絲，并與從韓國(guó)進(jìn)口的親水性PP纖維（PPFGW）進(jìn)行對(duì)比。紡絲試驗(yàn)表明，PP1的紡絲加工性能優(yōu)良，無(wú)斷絲、毛絲現(xiàn)象。從表3看出：PPF1的斷裂強(qiáng)度與PPFGW相近，而斷裂伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于PPFGW。因此，PPF1應(yīng)用于混凝土領(lǐng)域中，對(duì)改善混凝土的耐久性、防龜裂性具有良好效果。

表3 不同PP纖維的性能Tab.3 Properties of different PP fibers

在國(guó)家建筑工程質(zhì)量檢測(cè)檢驗(yàn)中心按GB/T 21120—2007測(cè)試了PPF1的性能，從表4看出：PPF1符合GB/T 21120—2007中用于混凝土的防裂抗?jié)B纖維性能指標(biāo)要求。

表4 親水PP纖維的性能Tab.4 Properties of the hydrophilic PP fibers

3 結(jié)論

a）在PP中加入親水助劑可降低PP的熔體黏度，提高熔體流動(dòng)性能，對(duì)PP加工有利。

b）通過(guò)共混改性的方法生產(chǎn)的纖維專(zhuān)用親水性PP具有良好的力學(xué)性能、親水性，耐水洗性能長(zhǎng)久。隨放置時(shí)間延長(zhǎng)，親水助劑逐漸遷移到制品表面，親水效果更佳。

c）所制PPF1在水中具有良好的分散性能，且具有長(zhǎng)效性，可滿足混凝土用防裂抗?jié)B纖維性能的要求。

[1] 江移.聚丙烯非織造布親水改性的研究[J].非織造布，2008，16（3）：20-22.

[2] 李紅祝，王虹，余調(diào)娟，等.聚丙烯非織造布親水改性的研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2006（1）：6-8.

[3] 丁曉峰，陳沛智，管蓉. 接觸角測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用[J].分析試驗(yàn)室，2008（27）：72-75.

Preparation of hydrophilic polypropylene special resin for fibers

Wang Suyu

（Resin Application Research Institute of Beijing Yanshan Company， SINOPEC， Beijing 102500， China）

Hydrophilic polypropylene（PP） was prepared by blending modification method based on PP as raw material added a certain proportion of hydrophilic agent. The hydrophilicity and processing performance of the hydrophilic PP was studied. The results show that the contact angle of the hydrophilic PP is about 30.0°which is much less than 102.0°of pure PP. And with the extension of the storage time， the hydrophilic additives gradually migrate to the product surface， which leads to more effective hydrophilicity. Meanwhile the resin has good processing spinnability. The fibers made of the hydrophilic PP have long-term hydrophilicity and excellent dispersion performance in water after repeated washing. All properties of the hydrophilic PP fibers reach the requirements of GB/T 21120—2007.

polypropylene； hydrophilicity； contact angle； application

TQ 325.1+4

B

1002-1396（2015）02-0021

2015-03-28；

2015-06-26。

王素玉，女，1970年生，高級(jí)工程師，1992年畢業(yè)于天津紡織工業(yè)學(xué)院化纖專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事合成樹(shù)脂新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和加工應(yīng)用的工作。聯(lián)系電話：（010）81342378；E-mail：wangsy.yssh@sinopec.com。