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1、【4 6 】3 1 82 0 0 1 年l O 月 丝织物微波接枝甲基丙烯酸羟乙酯研究 包建军徐卫林 ( 四川大学高分子研究所,成都6 1 0 0 6 5 ) 摘要:研究了微波辐照下甲基阿烯酸羟乙酯( H E M A ) 对丝织物的接枝反应讨论了影响接枝反应的田素以及丝织物性能与 接枝率的关系。确认微波辐照接枝具有快速、高效和保持织物手感的优点。 关键词:咎织物甲基丙烯酸羟乙酯微渡辐射接枝共聚 中围分类号:T S1 9 54 1 4 1 实验 11 主要原料 真丝电力纺,织物密度8 7 9 m 2 ,四川南充丝织 厂。甲基丙烯酸羟乙酯( H E M A ) ,A I d r i c h 试剂,
2、纯 度9 7 。过硫酸铵( A F S ) 、甲酸、无水碳酸钠为市 售分析纯试剂。 1 2 微波辐照设备 实验微波设备包含一个功率可调的微波源,输 出频率2 4 5 0 M H z 、波长1 22 c m 的电磁波。用探针 耦合方式将微波从源引出后经环行器进入波导腔, 入射功率由定向耦合器和中功率计测量。微波能量 在波导腔内按1 1 习l 模式传播,与放置样品的聚四氟 乙烯( P 1 广F ) 反应器相遇,被样品吸收。样品温度的 测量采用V i c t o rD M - 6 9 0 2 数字式温度计,热电偶测 头用镍管屏蔽后按垂直于电场的方向插入P T F 反 效分解,不利于对纤维的处理而且温
3、度的提高会引 起毛纤维的膨化鳞片角过分张开,使氧化反应有向 内部进行的危险。因此,对p d s 来说处理温度不能低 于5 0 ,而p m s 和D C 在室温就可取得好的处理效 果。 3 3 用量的影响 p d s ,p m s ,D C 的纤维氧化剂消耗量随用量的增 加而上升,( 这里l x l s 用量8 时,数值有点异常,是 由于当溶液中p d s 浓度过高时。产生离子活度问题, 使得实验误差变大所致) 。为取得适当的处理效果, 使毛纤维不至于过度受损和泛黄,合适的用量为 p d s 为5 左右,p m s 为5 左右,D C 为3 5 左右。 3 4 反应时间 氧化剂消耗量均随时间的延
4、长而增加。但D c 不然,它的氧化反应进行很快,在2 0 r a i n 以内大部分 已完成。这是由于不同的反应机理,p c L s 、p m s 均为 过氧化物,反应中产生氧化自由基对毛纤维进行处 应器内部测温。功率、温度的测量结果经过电路处 理后由计算机实时采集和记录。 1 3 接枝共聚实验方法 1 3 1 微波原位接枝真丝电力纺精炼后裁成 4 5 0 m m 2 5 m m 的样条,浸轧含定量的单体、引发剂 和其它助剂的接枝溶液,携液率1 0 0 ,然后卷成筒 状置于P T F 反应器中接受一定时间,功率的微波照 射。接枝后的试样用温水冲洗,丙酮索氏抽提2 4 h , 真空干燥称重, 1
5、 计算接枝率。 兰 1 3 2 常规接篙 枝将1 9 织物 样条放入 1 0 0 m L 接枝溶 液中,溶液中含 定量的单体、引 时闻( s 雕固1 8 0 W a t tJ 世渡辐照接杖 过程中体系温度的变化 理。而D C 为释氯剂,与纤维反应的是( :1 2 。对碱溶 解度来说1 3 ( 3 处理时间不应大于6 0 m i n ,否则对纤维 损伤较大;为取得较佳效果,p i n s 、p d s 处理时间不应 少于6 0 m i n 。 4 结论 1 对p d s 来说,毛纤维吸附离子过程受影响较 大,在p H 较低时,有纤维对是谨的超当量吸附现 象;另外在毛纤维等电点左右对应着纤维电性的
6、变 化,导致纤维对岛睇一的吸附作用的变化。 2 对p m s 和D C 来说,提高温度会大大提高自 身无效的分解,使整个体系的反应浓度降低,还会引 起纤维严重泛黄和湿膨胀,所以p m s 和D C 的最佳 处理温度是室温。 参考文献 f 1 宋庆文:过硫酸钾的分析法,印染助剂) ,1 9 9 9 2 D r lD e h e y ,R a t t a G m b h ,M a n n h e i n ( C u r r e n tS t a t e O f A n n f c l n 喟 F m i s h e sF o rW 础M d l l i a n f lI n t e m a t i
7、 o n a l1 9 9 63 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十二卷第五期 发剂和其他助剂,体系用水浴加热到规定温度,反应 一定时问。反应后的样条按相同方法抽提、称重,计 算接枝率。 l4 测试 接枝织物的拉伸性能在l n s t r o n 一3 4 1 0 电子拉力 机上测试,试样尺寸1 5 0 m m 1 5 m m ,夹头距离 5 0 m m ,拉伸速度3 0 r a m r a i n ,记录织物的最大拉力 和与最大拉力对
8、应的伸长率。测试沿织物的经向进 行。织物的于折皱回复角按照国标G B 3 8 1 9 8 3 测 试;湿折皱回复角若按照L e e 和S i n 建泌的方法,将 织物在含0 5 - ? L 化剂O P 的去离子水中浸渍5 m i n 后用吸水纸吸去多余水分,然后按测量干折皱回复 角相同方式测量。整理前后织物刚柔性的变化采用 斜面法测定。 2 实验结果与讨论 2 1 丝织物与H E M A 接枝共聚反应的特点 试样浸轧含4 0 H E M A 和1 A P S 的接枝溶 液,然后施加1 8 0 W a t t 微波辐照,试样接枝率变化见 表l 。辐照5 m i n 后试样接枝率达到2 0 ,辐照
9、 1 0 r a i n 后反应接近完成,最终接枝率3 5 。在8 0 水浴中作常规接枝对比实验,反应溶液中含0 4 5 9 H E M A 和1 A P S ,结果表明对相同反应时间,常 规接枝的接枝率远低于微波辐照接枝;反应6 0 m i n 常规接枝的最终接枝率也不超过2 0 。以上事实 说明,微波辐照对比H E M A 为接枝单体、A P S 为引 发剂的丝纤维接枝体系有明显的促进作用,可以取 得高于常规接枝的接枝率和反应速率。 表1 微波辐照接枝和常规接枝时反应时间与接枝率的关系 反应过程中体系的温度变化见附图。辐照初期 试样温度迅速上升,对比原样织物的升温曲线,确定 H E M A
10、 对微波有强吸收;之后由于H E M A 聚合放 热,在辐照时间4 5 m i n 时试样温度出现一个峰值; 辐照时间5 m i n 后试样温度略有下降,并平衡在约 8 0 。 22 影响辐照接枝的因素 微波接枝反应受体系中H E M A 、甲酸及引发剂 A P S 浓度影响。固定H E M A 浓度4 0 、微波辐照 功率1 8 0 W 、甲酸浓度1 、辐照时间2 0 r a i n ,考察引 发剂用量对微渡接枝反应的影响,结果见表2 。可 见当A P S 浓度小于1 时提高引发剂浓度可以使接 枝率迅速上升;A P S 浓度为1 2 时改变引发剂浓 度对接枝率没有明显影响;A P s 浓度超
11、过2 后会 导致接枝率下降,可能因为大的引发剂浓度会导致 更多的单体白聚发生。 表2 引发剂浓度对微渡接枝的影响 引发剂浓度( ) o o0 5o Io2 5o 51017 52 5 接枝率( ) l36 21 5o1 8o2 733 323 5o2 95 固定A P s 浓度1 、甲酸浓度1 、微波辐照条 件1 8 0 W 、2 0 m i n ,考察了单体浓度的对聚合反应的 影响,结果见表3 。H E M A 接枝率随着单体浓度增 加几乎线形上升,与文献E 9 报道的情况相似。 表3 单体浓度对微渡接枝的影响 H E M A 浓度( ) 0 51 02 03 04 06 0鲫 接枝串( )
12、 0 4 89 31 672 853 324 455 55 加入有机酸对反应的影响见表4 ,加入少量甲 酸有提高接枝率的作用。可能的原因:l ,真丝的等 电点在3 5 5 2 范围内,酸性条件下丝纤维放出质 子或接受质子的能力差,易被引发呈游离基状态;2 , 甲酸是一种纤维蓬松剂;3 ,甲酸具有还原性,可以与 丝素中含有的约01 3 胱氨酸_ l “作用,还原打开 双硫键( 一s s ) ,从而削弱纤维大分子间的联接,增 强H E M A 向纤维内部的渗透。 表4 甲酸对微波接枝反应的影响 H C O O H 浓度( ) 0 0 5l23468 接枝率( ) 3 113 253 323 3 1
13、3 283 163 133 05 23 微波辐照H E M A 接枝对织物性能的影响 固定A P S 浓度1 ,H C ( X ) H 浓度1 5 和微波 辐照条件1 8 0W ,2 0 r a i n ,改变H E M A 的浓度,制备 系列接枝率微波接枝试样。按照A P S 浓度1 , H C O O H 浓度15 ,以不同量单体配制1 0 0 m l 接枝 溶液,加入1 9 丝织物试样后加热到7 5 ,恒温1 h , 然后升高温度到8 5 反应4 0 m i n ,制备系列接枝率 的常规接枝样。 丝织物的机械性能随接枝率变化见表5 。表中 数据显示常规接枝织物强力随接枝率提高逐渐损 失,
14、当接枝率为5 5 6 时只有原样的8 2 ;微波接 枝样在小的接枝率时织物强度提高,当接枝率超过 1 6 后织物强度下降,但即使接枝率达到5 5 5 仍 保有原样强度的9 0 。 有研究指出【1 0 在外力作用下,导致丝织物 中纤维断裂的主要原因是丝素大分子间的相对滑 移。接枝聚合物在丝纤维大分子间形成的缠结不利 于大分子链的相对滑移,导致断裂强度增加;另一方 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【4 8 】- 3 2 0 2 0 0 1 年1 0 月
15、 表5 微波辐照接枝和常规接枝织物的 拉伸性能与H E M A 接枝率的关系 面,在加捻丝表面形成的聚合物又会使拉伸时基本结 构单元的移动性受到限制,造成应力集中,使断裂强 度下降。据此可以认为,常规接枝时删A 接枝在 相当程度发生在织物表面,后一种因素起主要作用, 使织物强力下降;微波辐照可以调整丝素大分子结 构,促进单体向纤维内部的扩散运动,使接枝深入织 物内部,因此可以保持、甚至提高接枝织物的强度。 织物抗弯长度随接枝率的变化见表6 。常规接 枝织物的弯曲长度随着接枝率提高呈上升趋势,原 因是接枝聚合物在丝纤维表面和内部无定形区的沉 积和聚集,会影响纤维大分子运动的自由度,损坏丝 纤维的
16、柔曲性。微渡辐照有助于单体向纤维内部渗 透,减少接枝物聚集,接枝织物抗弯长度指标显著优 于常规接枝织物,赋予织物更加柔软的手感。 衰6 微波辐照接枝和常规接枝织物的抗弯长度比较 常规接枝微波辐照接枝 接枝率( )抗弯长度( 订T )接枝卑( )抗弯长度( n 0 6 4 9 3 1 67 2 85 3 32 4 45 5 55 H E M A 接枝可能封闭丝素大分子上的部分亲 水基团,及降低水分的可及区域,使吸湿性降低;另 一方面,接枝单体H E M A 是亲水性单体,对真丝绸 的吸水性有部分补偿。总体上H E M A 接枝对丝织 物吸湿性影响不大,因此接枝后的真丝绸对穿着舒 适性没有影响。
17、表,微波辐照接枝织物的回潮牢 接枝率( ) 0 6 41 672 853 32 4 455 55 2 回潮幸( ) 71 067 066 26 5 965 5 64 760 1 H E M A 接枝可以赋予织物一定的抗皱性能。 如表7 所示,织物的干弹性随着接枝率增大有一定 提高,但当按枝率超过一定值时干弹性反而下降;织 物的湿弹性则始终随着接枝率增大f i j 提高,且提高 幅度较火。回弹性增加归结于接枝聚合物在大分子 问形成类似交联作用的缠结。由于接枝在水介质中 进行,丝纤维有一定的溶胀,微波辐照也有助于单体 向纤维内的渗透,因此试样的湿弹性提高较大,且接 枝率高,湿折皱回复角也越大。当接
18、枝率较高时,由 于纤维的表面形成了一层聚合物包覆物,干弹性反 而下降。 裹8 微渡辐照接杖织物的回潮率、5 m i n 弹性折皱回复角 3 结论 1 微波以为A P S 催化剂、以H E M A 为接枝单 体的蚕丝接枝体系有显著促进作用,微波原位接枝 技术可以充分利用微波的“热点”效应,实现单体对 织物的快速接枝,并能提高最终的接枝率。 2 实验确定微波辐照条件1 8 0 W a t t 、2 0 m i n 时, 接枝的适宜条件为A P S 浓度1 、甲酸浓度1 2 ;H E M A 接枝率随着单体浓度增加近似线形上 升。 3 微波接枝H E M A 后的织物更好地保持了织 物的强度和手感,
19、接枝率达到5 5 5 仍保有原样强 度的9 0 ,接枝织物的弯曲长度在接枝率小于3 0 时没有变化,接枝率5 55 只增加约4 6 ,显著优 于常规接枝织物;H E M A 接枝对丝织物吸湿性影响 不大;接枝干弹性随着接枝率增大有一定提高,但当 接枝率超过约2 5 后干弹性下降;在实验范围内, 织物的湿弹性始终随着接枝率增大而提高。 参考文献 :I 巫拱生等:柞蚕丝接枝共聚反应的研究,纺织学报,1 9 8 2 ( 8 ) :3 8 2 M a s u h i r o T s u k a d a ,e ta lJA p p lP o l y mS c i ,1 9 9 3 ( 4 9 ) :5
20、9 3 5 9 8 3 M a s t d a i r oT s u k a d a ,JA V O IP o l y m 鳊,1 9 8 8 ( 3 5 ) :9 6 5 9 7 2 4 SAA b d e l H a f i z ,JA p p lP o l y mS c i ,1 9 9 5 ( 5 8 ) :2 0 0 5 2 0 1 1 5 G i u l i a n oF r e d & ,J A p p tP o t y mS c i ,1 9 9 6 ( 6 0 ) :1 8 6 7 1 8 7 6 61 RG e d y e ,e a l1 9 9 1 ( 1 ) :3 1
21、7 7 AGW h i t t a k e r ,o “ a lJo fM i c r o w a v eP o w e ra n dE l e c t r o m a g n e t i cE n e r g y1 9 9 4 ( 4 ) :1 9 5 2 1 9 8 J 蹦,t e dP o l y mP r e p r1 9 9 1 ( 3 ) :2 4 4 - - 2 4 6 【9 G i u t i a n oF r e d d i ,JA p p lP o l y mS c i ,1 9 9 6 ( 6 0 ) :1 8 6 7 1 9 7 6 1 0 邓金华等:用H E M A 接枝增重丝织物性能的研究,浙江丝绸 工学院报,1 9 9 6 ( 1 ) :3 4 3 9 【1 1 李拣高:丝绸材料学,北京:纺织工业出版社,1 9 9 4 ( 6 ) 仲眈H町拍拍砷 il 1m控他弱伸盯坞 1 1 1 1 2 2 2 4 。焉他篇冀 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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