聚丙烯纖維與丙烯酸輻射接枝共聚反應的研究

1、V o l.13高分子材料科學與工程N o131997年5月POL Y M ER I C M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G M ay1997聚丙烯纖維與丙烯酸輻射接枝共聚反應的研究姚占海饒蕾徐俊(中國科學院長春應用化學研究所,長春,130022摘要采用60Co2射線預輻照接枝法,研究了聚丙烯(PP纖維與丙烯酸(AA c在苯中的接枝共聚反應。討論了預輻照劑量、單體濃度、反應時間以及反應溫度對接枝共聚反應的影響。實驗結果表明,接枝率隨預輻照劑量和反應溫度的增加而增加。實驗獲得的接枝共聚物,其親水性有明顯的改善,但當預輻照劑量超過2M

2、rad時,機械強度有所下降。關鍵詞聚丙烯纖維,丙烯酸,接枝共聚反應,預輻照輻射接枝共聚是改善聚合物性能的有效手段之一。因此,國內外在這方面進行了很多研究工作。PP纖維以其廉價、低密度、耐化學性和優(yōu)良的力學性能而被廣泛使用。近年來,不少國家對它的改性有較大的興趣。除了采用共聚、共混等方法外,也報導了接枝共聚的方法,其中采用輻射接枝改善其染色性、耐熱性等方面的工作已取得了一定的效果15。本工作采用60Co2射線預輻照方法,在苯中將AA c單體接枝到PP纖維上。研究了預輻照劑量、單體濃度、反應時間和反應溫度對接枝率的影響。由于接上了親水基團,提高了PP纖維的親水性能,使PP材料具有更廣泛的用途。1實

3、驗部分1.1原料與儀器PP纖維:吉林省紡織工業(yè)設計研究院生產(chǎn)。AA c:分析純,北京化工廠產(chǎn)品,經(jīng)減壓蒸餾取5052 20mm H g餾分。其余試劑均為分析純。60Co2源:15萬居里鈷源從加拿大、俄羅斯進口,劑量率用硫酸亞鐵劑量計測定。1.2接枝共聚反應將PP纖維經(jīng)水洗、烘干、放在輻照管內,在空氣中經(jīng)15萬居里60Co2源輻照,預輻照劑量為6M rad。將預輻照的纖維投入四口瓶中,于接枝液(丙烯酸 苯反應1h,反應溫度為80收稿日期:1995-05-01,反應結束后取出纖維,水洗、烘干,得到PP 接枝纖維,接枝率(G f 按下式計算:G f =(W 1-W 0 W 0式中W 0、W 1分別表

4、示原始纖維和接枝后纖維的質量。1.3性能測試用傅利葉變換2紅外光譜(FT 2I R 測定接枝共聚物的官能團。用英國In stron 21121型電子拉力機測定PP 纖維和接枝共聚物的機械強度。2結果與討論2.1預輻照劑量的影響PP 纖維在空氣中經(jīng)60Co 2源輻照生成氫過氧化物,氫過氧化物在熱的作用下分解生成自由基可引發(fā)單體接枝6。F ig .1為接枝率與預輻照劑量的關系。F ig .1表明,接枝率隨預輻照劑量的增加而增加。說明隨預輻照劑量的增加,有更多的氫過氧化物形成,經(jīng)熱的作用產(chǎn)生的自由基數(shù)增多,在接枝反應中生成的接枝活性中心增多,因此接枝率增加。2.2單體濃度的影響苯除了作AA c 的分

5、散劑外,它對PP 纖維有溶脹的作用,增加PP 纖維的接枝表面積,同時也使AA c 單體能夠容易地擴散到接枝活性點處,易于接枝。F ig .2為接枝率與單體濃度的關系。由F ig .2可知,當單體濃度小于3m o l L 時,接枝率隨單體濃度的增加而增加;當單體濃度大于3m o l L 時,接枝率無明顯增加。這可能是由于在單體濃度達到3m o l L 后,隨著單體濃度的增加,單體在苯中的均聚程度增大,單體主要消耗于均聚反應,使接枝率變化不大。因此,過高的單體濃度對接枝共聚反應是不利的 。F ig .1Effect of pre irradi ation dose (P .D .on graf t

6、i ng (G f F ig .2Effect of mono mer concen tration (C on graf tii ng (G f 2.3反應時間的影響接枝反應時間與接枝率的關系如F ig .3所示。接枝率隨反應時間的增加而增加,曲線通過原點,表明在接枝過程中無誘導期。直線的斜率在很長一段區(qū)間皆維持1個常數(shù),觀察不到自加速現(xiàn)象,說明接枝反應平穩(wěn),反應混合物中缺乏高粘度變化。其中原因之一是均聚物的形成,均聚物不溶于反應混合物,從混合物中沉淀出來,因此對增加反應混合物粘度貢獻很小。2.4反應溫度的影響接枝反應溫度與接枝率的關系如F ig .4所示。由F ig .4可知,反應溫度在6

7、080時,接71第3期姚占海等:聚丙烯纖維與丙烯酸輻射接枝共聚反應的研究枝率隨反應溫度的增加而增加。當反應溫度為60時,接枝反應進行得較為緩慢,在1h 內接枝率為7%;當溫度升高至70時,接枝率增加到26%;繼續(xù)升高溫度至80,接枝率達35%,這是由于單體的擴散速率及其與自由基反應的能力是隨溫度升高而增加所致。特別是PP 纖維在空氣中輻照時產(chǎn)生的氫過氧化物一般需要60以上才能分解生成引發(fā)接枝反應的自由基,溫度越高,分解速度越快 。F ig .3Effect of reaction ti m e (t on graf ti ng (G f F ig .4Effect of reaction te

8、 mperature (T ongraf tii ng (G f 2.5接枝共聚物的鑒定F ig .5、F ig .6分別為PP 纖維、PP 2AA c 接枝共聚物的紅外光譜圖。PP 2AA c 接枝共聚物在1710c m -1處有明顯的羧基吸收峰。我們用N aO H 處理接枝物,其紅外光譜如F ig .7所示,發(fā)現(xiàn)1710c m -1處的峰消失,而在1540c m -1處出現(xiàn)羧酸根負離子的特征吸收峰,從而證實了本實驗獲得的是PP 2AA c 接枝共聚物 。F ig .7IR spectru m of PP -AAcNa F ig .8Effect of graf ti ng on ten s

9、ile strength (T.S .2.6接枝共聚物的性能PP 纖維是一種憎水性高分子材料,由于接上了親水基團,使接枝纖維具有良好的親水性81高分子材料科學與工程1997年能,可作親水性高分子過濾材料。F ig .8為接枝共聚物的接枝率與機械強度的關系。由F ig .8可知,當接枝率為10%30%時,接枝共聚物的機械強度基本不變。當接枝率繼續(xù)增加,則接枝共聚物的機械強度有所下降,這主要是因為射線輻照使PP 纖維降解所致。實驗中還發(fā)現(xiàn),接枝纖維的延伸性和柔軟性以及彈性均比原始試樣有所增加,、因此,PP 輻射接枝是其改性的有效手段。參考文獻1R am anan G ,R ao M H ,R ao

10、 K N .J .A pp l .Po lym .Sci .,1981,26:14392Sundardi F ,T akarta .J .A pp l .Po lym .Sci .,1978,22(11:31633M ukherjee A K ,Gup ta B D .J .A pp l.Po lym .Sci .,1985,30:34794M ukherjee A K ,Gup ta B D .J .A pp l.Po lym .Sci .,1985,30:44555Bu rch ill P T ,P inketon D M ,Stacew ing R H .J .Po lym .Sci .

11、,Part C ,1976,55:3036M eh ta I K ,et al.J .Po lym .Sci .,Po lym .Chem .Ed .,1989,27:53STUDY ON RAD I AT I ON GRAFT ING COPOLYM ER IZAT I ONOF ACRYL I C AC I D ONT O POLY PROPYL ENE F IBERYao Zhanhai ,R ao L ei ,Xu Jun(Chang chun Institu te of A pp lied Che m istry ,Ch inese A cad e m y of S ciences

12、,Chang chun ABSTRACTT he effects of p reirradiati on do se ,m onom er concen trati on ,reacti on ti m e and reacti on tem p eratu re on grafting have been discu ssed .T he resu lts of exp eri m en t show that the graft 2ing increases w ith the increase of p reirradiati on do se and m onom er concen traiton .T he p rod 2ucts ob tained from th is exp eri m en t show that hydrop h ilicity is i m p roved .B u t m echan ical strength of p roducts decreases w ith