聚丙烯纖維的性能及改性

1、華東理工大學20112012學年第一學期合成纖維改性課程論文 2011.10班級 材制080 學號 10082683 姓名 周超 開課學院 材料學院 任課教師 劉 敏 成績 論文題目：（1）綜述某種纖維的特性、國內(nèi)外研究或生產(chǎn)現(xiàn)狀和應(yīng)用等；（2）綜述某種纖維的改性研究進展。論文要求：題目任選，根據(jù)論文題目，通過查閱文獻資料，內(nèi)容能夠反映教師要求，論文格式符合規(guī)范（參見華東理工大學學報），字數(shù)不少于4000字。包括中文摘要、關(guān)鍵詞、正文和參考文獻。不可以整篇抄襲，如果抄襲，論文以零分計。教師評語：內(nèi)容與要求的吻合情況（5） 摘要 （10）關(guān)鍵詞 （5） 綜述內(nèi)容 （50）正文組織結(jié)構(gòu) （15）

2、參考文獻及標注 （15）教師簽字：劉敏 2011年 10月 日聚丙烯纖維的性能及改性材制080（10082683） 周超摘要：聚丙烯纖維是上個世紀六十年代開發(fā)出的新纖維品種。由于其原料來源豐富，生產(chǎn)過程簡單，成本低，因而應(yīng)用廣泛。其最大的優(yōu)點是質(zhì)地輕，而且保暖性好、耐化學腐蝕，強度及耐磨性好。聚丙烯纖維具有許多優(yōu)良的性能，但也有蠟感強、手感偏硬、難染色、易積聚靜電等缺點。因此對其進行改性，開發(fā)新品種已成為聚丙烯纖維發(fā)展的主要方向。關(guān)鍵詞：聚丙烯，丙綸，染色，細旦，抗菌保健聚丙烯纖維（亦稱PP，中國稱丙綸）于1960年由意大利蒙特卡蒂尼公司首先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的新纖維品種，丙烯聚合物有3種構(gòu)型，纖

3、維生產(chǎn)使用的是等規(guī)度大于95%的等規(guī)聚丙烯。由于聚丙烯纖維原料來源豐富，生產(chǎn)過程簡單，成本低，應(yīng)用廣泛，因此20世紀70年代以后聚丙烯生產(chǎn)發(fā)展迅速。1997年其產(chǎn)量已經(jīng)達到387×104t（占合成纖維總產(chǎn)量的15.6%），超過聚丙烯腈纖維成為僅次于滌綸、棉綸的第三大合成纖維。我國聚丙烯纖維的生產(chǎn)開始的較晚，但發(fā)展速度較快，19781997年間聚丙烯纖維產(chǎn)量增長了40多倍，而同期合成纖維增長不足10倍。足見聚丙烯纖維發(fā)展勢頭之強勁1。以等規(guī)聚丙烯為原料紡絲制得的等規(guī)聚丙烯合成纖維,是化學纖維中最輕的品種；強度為3562cN/dtex；耐磨性僅次于聚酰胺纖維；耐腐蝕性良好，尤其是對無機酸

4、、堿穩(wěn)定性很好；不發(fā)霉,不腐爛,不怕蟲蛀等。但染色較困難。目前，可采用染料或顏料熔體著色、色母?；蜃⑸淙旧燃彸捎猩z；也有在聚合時加入添加劑進行共聚或接枝共聚，使聚合體大分子上引入能與染料相結(jié)合的極性基團，再按常規(guī)法染色。聚丙烯纖維還有耐光性差、靜電大、耐燃性差等缺點，可采用加入各種添加劑的方法加以改善2。 聚丙烯纖維通常采用熔體紡絲法生產(chǎn)。將聚丙烯樹脂加入立式或臥式螺桿擠出機加熱熔融，通過計量泵由噴絲頭擠出，在空氣中冷卻成纖。工業(yè)上還采用膜裂成纖法制得割裂和膜裂纖維。聚丙烯纖維熔體紡絲的特點是：一般用單頭等螺距螺桿擠壓機,為適應(yīng)成纖聚丙烯熔體粘度高、流動性差的特點,螺桿壓縮比要大，最小為2

5、.8，計量段盡可能短,螺桿長徑比范圍為2026。由于分子量大，紡絲時熔體溫度一般比熔點高出100130，也可采用加分子量調(diào)節(jié)劑等方法以降低紡絲溫度。冷卻成型過程中結(jié)晶速度較快，冷卻溫度宜稍低3。丙綸的縱面平直光滑，截面呈圓形。丙綸最大的優(yōu)點是質(zhì)地輕4，其密度僅為0.91g/cm3是常見化學纖維中密度最輕的品種，所以同樣重量的丙綸可比其他纖維得到的較高的覆蓋面積。丙綸的強度高，伸長大，初始模量較高，彈性優(yōu)良。所以丙綸耐磨性好。此外，丙綸的濕強基本等于干強，所以它是制作漁網(wǎng)、纜繩的理想材料。丙綸質(zhì)輕保暖性好；幾乎不吸濕，但芯吸能力很強，吸濕排汗作用明顯；丙綸的吸濕性很小，幾乎不吸濕，一般大氣條件下

6、的回潮率接近于零。但它有芯吸作用，能通過織物中的毛細管傳遞水蒸氣，但本身不起任何吸收作用。丙綸的染色性較差，色譜不全，但可以采用原液著色的方法來彌補不足。丙綸有較好的耐化學腐蝕性，除了濃硝酸，濃的苛性鈉外，丙綸對酸和堿抵抗性能良好，所以適于用作過濾材料和包裝材料。丙綸耐光性較差，熱穩(wěn)定性也較差，易老化，不耐熨燙。但可以通過在紡絲時加入防老華劑，來提高其抗老化性能。此外，丙綸的電絕緣性良好，但加工時易產(chǎn)生靜電。丙綸彈力絲強度僅次于錦綸，但價格卻只有錦綸的1/3；制成織物尺寸穩(wěn)定，耐磨彈性也不錯，化學穩(wěn)定性好。但熱穩(wěn)定性差，不耐日曬，易于老化脆損，為此常在丙綸中加入抗老化劑。聚丙烯纖維由于有以上優(yōu)

7、良性能，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛。聚丙烯纖維最主要的用途是裝飾和服裝。聚丙烯纖維因其密度小、質(zhì)量輕、覆蓋力強、耐磨性好、抗微生物、抗蟲蛀、易清洗，特別適于制造裝飾織物，如：墻壁裝飾物、地毯、毛毯、紙的增強物、帆布等等。隨著紡絲技術(shù)的進步及改性產(chǎn)品的開發(fā)，其在服裝領(lǐng)域應(yīng)用日漸廣泛。由聚丙烯短纖維制成的非織造布和直接成網(wǎng)制成非織造布及復合材料廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生和保健領(lǐng)域，如紡粘法和熔噴法非織造布可用于一次性手術(shù)衣、被單、口罩、蓋布、液體吸收墊、婦女用衛(wèi)生巾等。此外聚丙烯纖維還應(yīng)用于香煙濾嘴、漁具、涂層織物、人造草坪等領(lǐng)域。 聚丙烯纖維具有許多優(yōu)良的性能，但也有蠟感強、手感偏硬、難染色、易積聚靜電等缺

8、點。因此對其進行改性，開發(fā)新品種已成為聚丙烯纖維發(fā)展的主要方向。 聚丙烯纖維分子中無親染料基團，分子聚集結(jié)構(gòu)緊密，因此常規(guī)聚丙烯纖維一般難染，聚丙烯纖維的染色問題長期以來都用色母粒原液染色，但色譜不廣在織造時不能進行調(diào)色，換色，上染和印花，限制了織物品種多樣化。對聚丙烯纖維進行染色改性，除了與染料的選擇、上染的條件有關(guān)外，纖維的結(jié)構(gòu)與性能是關(guān)鍵。為此從不同角度著手研究，對纖維本身的性質(zhì)加以改進。大致有兩種途徑：一是對纖維表面進行改性另一種方法是在聚丙烯中加入其它組分進行共混改性或在聚合時加入其它單體進行共聚改性通過使纖維結(jié)構(gòu)疏松(但能保持原有的力學性能)及使纖維內(nèi)部具有染座使聚丙烯纖維更易染色

9、。近年來已開發(fā)出帶有長脂肪烴支鏈的親油性染料可染聚丙烯纖維，但只能染到淺色。也有在紡前加入一些金屬鹽如硬脂酸鐮硬脂酸鋅等，以引入金屬離子，就可能與金屬離子形成絡(luò)合物的染料染色。隨著共混技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用及相容劑技術(shù)的發(fā)展，將聚丙烯與其它聚合物共混進行聚丙烯染色改性也是-個重要的方法。如聚丙烯纖維與聚酯共混，形成基體一微纖兩相結(jié)構(gòu)，在兩相間存在大量相界面形成大量微型紋孔隙，這種孔隙作為染料擴散滲透的坑道，使染料易于擴散到纖維內(nèi)部，借助于聚酯中的酯基和苯環(huán)將染料吸附，從而達到染色的目的5。也有用共聚酰胺對聚丙烯進行共混改性，從而得到可染熱膨松的聚丙烯纖維。目前較多使用的是把聚丙烯與非極性、弱極性高

10、聚物共混以增加結(jié)構(gòu)的疏松性，以利于染料分子進入，或與極性可染添加劑與相容劑一起共混。所選添加劑如環(huán)氧丙烯基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯的嵌段共聚物，或N-取代馬來酸酐與聚苯乙烯的嵌段共聚物等。東華大學應(yīng)用聚烯烴掭加劑并選擇了合適的相容劑進行聚丙烯的可染改性獲得較大成功制得單絲纖度12 dtex可染丙綸，大大拓寬了聚丙烯纖維在服用領(lǐng)域的應(yīng)用。繼中國紡織大學研制開發(fā)成功具有90年代國際領(lǐng)先水平的細旦、超細旦丙綸長絲及其制品-蒙泰絲系列產(chǎn)品后，因其性能優(yōu)良，已受到消費者的青睞。為進一步仿真、超真，國內(nèi)外已有紡制微細旦丙綸三葉異形復絲的報道，該產(chǎn)品具有手感柔軟、光澤柔和、導濕性、抱合性及蓬松性好等優(yōu)點，可賦予

11、織物仿真絲和仿羊毛的風格。以熔融指數(shù)(MFI)為3538的聚丙烯切片為原料可得到異形度50% 60% 的三葉異形絲。也有報道用三葉有光短纖制造絨頭紗6。在織物仿真領(lǐng)域也有將丙綸和其它天然纖維混紡的報道，將紡前著色的抗菌細旦丙綸經(jīng)紗和100% 真絲緯紗交織，制成了具有真絲織物美感的機織物。這種經(jīng)紗的存在，可使織物在強季風季節(jié)地區(qū)滿足防腐、防霉的要求，還可賦予織物強度和可洗性，而不損失織物的懸垂性、光澤和柔軟手感7。 抗菌保健纖維的開發(fā)和應(yīng)用抗菌是紡織品發(fā)展提出的又一新要求。紡織品的抗菌由最初的織物后整理(包括涂層和浸漬)發(fā)展到開發(fā)抗菌性成纖高聚物。按抗菌劑的成分可以分為三類即(1)天然抗菌劑：近

12、代用生物技術(shù)從甲殼類動物中提取的脫乙酰殼多糖等；(2)有機類抗菌劑：如有機鹵化物，季胺及胍類等；(3)無機類抗菌劑：包括兩大類，一類為含抗菌活性金屬如銀、銅、鋅等的無機類，另一類是近年發(fā)展起來的光催化半導體陶瓷抗菌劑。目前，國內(nèi)外關(guān)于抗菌織物加工方法的報道很多，一般分為兩種(1)先制抗菌纖維，然后把該纖維制成抗菌織物(2)把織物用抗菌劑進行后處理以獲得抗菌性能。當前市場上的各種抗菌織物中，以后處理加工居多，但根據(jù)發(fā)展趨勢，必將向抗菌纖維方面發(fā)展。抗菌纖維的制備可以通過接枝法、離子交換法、濕法紡絲法、熔融共混紡絲法、復臺紡絲法等 聚丙烯的抗菌改性大多采用與抗菌劑共混紡絲的方法，而方法的關(guān)鍵是選擇

13、一種理想的抗菌劑即要求選用能耐高溫而且與聚丙烯有良好的相容性及分散性的抗菌劑，由于共混紡絲使抗菌劑均勻地分散于纖維的內(nèi)部，因此所制得的抗菌纖維及其制品有優(yōu)良的耐洗牢度，從而抗菌效果也持久。東華大學根據(jù)抗菌劑本身的有效性、毒性、廣譜性、成本及穩(wěn)定性，已研究出一種新型高聚物型抗菌舔加劑(ABD)，并將ABD與聚丙烯共混紡絲，在250的紡絲條件下，熱穩(wěn)定性及可紡性良好，銣得了抗菌效果顯著、抗菌譜廣且單絲纖度小于l.2dtex的抗菌聚丙烯纖維8。瑞士山道士公司推出兩個用于聚丙烯纖維抗菌化學藥品MBP96-60，MBP97-65。熔融紡絲用抗菌添加劑的研究國內(nèi)已廣泛開展，上海合纖所對市場已有的抗菌劑進行

14、了篩選改造獲得了可熔紡用的抗菌劑。目前應(yīng)用于共混紡絲法的無機類抗菌劑以泡沸石之類無機物質(zhì)居多，國內(nèi)已報道的無機類MRNM ·350納米級殺菌粉應(yīng)用在纖維中可達到殺菌抗菌的目的。美國FFT公司的SAI，US纖維使用了獲美國EPA批準的安全性抗菌劑Microban，該試劑布滿整個纖維的截面，可耐重復洗滌9。也可借用陶瓷物質(zhì)的抗菌功能開發(fā)含陶瓷的抗菌纖維。如在切片中共混加入有遠紅外輻射特征的陶瓷微粒制得的遠紅外纖維具有保健的功效。而加入高比重的陶瓷微粒，還可改善織物的懸垂性能10。在用作土工布的聚丙烯纖維中，等量加入碳黑，可增加纖維的物理和化學耐久性11。目前納米材料的開發(fā)成功為熔融共混紡

15、絲法提供了優(yōu)等的材料，更拓寬了共混改性方法的應(yīng)用面且有利于紡制細旦絲。共聚改性也是一個有效的方法，但工藝較為復雜，成本也高，據(jù)報道日本窒素公司采用復合紡絲法制取乙丙皮芯結(jié)構(gòu)的抗菌纖維及美國的抗菌縫合線都有較好的抗菌效果。當前抗菌織物(纖維)主要應(yīng)用于服裝(內(nèi)衣)和醫(yī)療衛(wèi)生方面(墊套及醫(yī)院的消毒服等)。但隨經(jīng)濟發(fā)展和新產(chǎn)品的開發(fā)必將在抗菌混凝土、全新概念的抗菌汽車、抗菌織物制成的過濾介質(zhì)等方面也有大的發(fā)展前途。通常對于不同相對分子質(zhì)量聚丙烯經(jīng)熔融擠壓紡絲，采用一步法或二步法工藝路線、調(diào)節(jié)不同的加工工藝可得到不同強度聚丙烯纖維使其適合不同的應(yīng)用領(lǐng)域。為進一步提高纖維的強度和模量，較新資料報道一些學

16、者通過對聚丙烯紡絲和拉伸、熱處理工藝過程的合理控制來獲得，從提高大分子鏈伸展程度和結(jié)晶度著手，已獲得生產(chǎn)高強聚丙烯纖維的合理途徑，如用相對分子質(zhì)量大于40萬、等規(guī)度99 以上的聚丙烯樹脂，在280下擠壓妨絲，在低速卷繞下得到六方晶體再進行較低溫度下的一級拉伸之后在較高溫度下的二級拉伸，得到高度取向單斜晶體纖維，從而制得84 cNdtex高強纖維。又可通過不同工藝路線的組合制得模量較高的纖維，即先用紡拉一步法連續(xù)拉伸，再用不連續(xù)拉伸使纖維具有高結(jié)晶度從而使纖維的動態(tài)模量達到69 GPa。最新報道12，日本使用全同立構(gòu)的聚丙烯系纖維通過在高于結(jié)晶溫度的加熱條件下(145)，用大于10倍的拉伸比進行

17、拉伸，開發(fā)出強度高達1.04GPa、摸量高達12.74 GPa，熱收縮率為4.5 的高強高模聚丙烯長絲。這種纖維的結(jié)晶度高達75% ，100% 為a晶，不僅具有優(yōu)良的力學性能而且具有更強的耐化學藥品性，如對芳香有機溶劑苯類亦有極強的耐久性。這一產(chǎn)品的開發(fā)成功，使聚丙烯纖維在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中跨上了一個新的臺階。也有報道奧地利Asota股份有限公司開發(fā)了高強聚丙烯短纖維，纖度16 dtex，強度6 cNdtex，延伸度小于30 ，可用于室外紡織品、絕緣材料及土工紡織品上。共混改性也是提高聚丙烯纖維力學性能的一種方法，添加劑與相容劑一起摻人聚丙烯中進行共混擠出，由于兩相間應(yīng)力傳遞的改善可提高聚丙烯的抗

18、沖擊強度，此類改性多用于聚丙烯增韌改性。據(jù)報道，通過在纖維級聚丙烯中加入2 8 的無規(guī)聚苯乙烯，經(jīng)紡絲和拉伸試驗，獲得了可拉伸性改善的改性纖維。初生纖維中存在的近球晶形態(tài)的聚苯乙烯提高了初生絲的塑性形變性能。在拉伸絲中，聚苯乙烯分子所表現(xiàn)出的特性剛度使得纖維提高了剛度和抗蠕變性。由此看來，高強聚丙烯纖維和紗線的開發(fā)，拓展了聚丙烯的應(yīng)用領(lǐng)域。聚丙烯的理論強度約為4 GPa，相應(yīng)的單絲強度約為43 cNdrex，這說明 用聚丙烯生產(chǎn)高強度纖維潛力還遠未得到充分利用，進一步開發(fā)的方向為：聚合物優(yōu)化，特別是相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布；加工工藝過程的設(shè)計。聚丙烯纖維的吸濕性低，是聚丙烯纖維的特點之一

19、，但它作為衛(wèi)生用品醫(yī)用材料中的無毒基材時 卻又是個缺點。因聚丙烯纖維的吸附功僅為棉花的12左右，與水的接觸角為86°，幾乎沒有吸濕能力，由于吸濕能力低，也導致了靜電現(xiàn)象嚴重，限制了它在被單、衣料、內(nèi)衣褲、尿布、衛(wèi)生巾、醫(yī)用繃帶等無紡布領(lǐng)域的應(yīng)用。有許多工作者對改進聚丙烯纖維表面吸濕性進行了研究。近來利用反應(yīng)性相容劑的連接作用；通過共價鍵將生物活性物質(zhì)固著于基材表面，具有抗菌、吸水、粘著功能，這已成為生物高分子領(lǐng)域的研究熱點。如以甲基丙烯酸十八醇酯與丙烯酰胺共聚物與聚丙烯共混可大幅度提高聚丙烯纖維親水性、粘合強度，而在這體系中的改性劑本身兼有相容劑的作用，使改性劑與聚丙烯纖維本體可緊密

20、聯(lián)系。此外也有采用化學處理，使其帶上親水性基團，或采用不同的油劑，來提高聚丙烯纖維這方面的性能13。此外還可改善聚丙烯的一些其它性能，如PP-g-PCI 相容劑用于無機填料對聚丙烯增強、填充改性等。如為了制得微孔聚丙烯纖維，研究者使用含有CaCO3填料的聚丙烯纖維進行拉伸，再經(jīng)HCl-CH3OH 處理，去除纖維中的CaCO3填料。由于填料粒子分散均勻，使制得的纖維具備聚丙烯原先同樣的織物質(zhì)地。通過調(diào)整填料的含量、拉伸比，可以對制品的性能加以控制14。另有文獻報道，100份聚丙烯切片與0.1份N，N-二環(huán)己基-2，6-萘二甲酸二酰胺共混造粒，紡絲，于l1O下拉伸3.2倍，得到孔隙率52%平均孔徑

21、0.035 nm的微孔聚丙烯纖維15。近二十年來隨著聚丙烯工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，用于纖維方面的比重大大增加。聚丙烯纖維的開發(fā)應(yīng)用正朝高性能化、功能化等高附加價值的方向發(fā)展 為此建議；(1)利用國內(nèi)現(xiàn)有的聚丙烯裝置開發(fā)多品種、高品位的聚丙烯樹脂，以滿足多方面的需要 (2)聚丙烯纖維的應(yīng)用前景非常廣闊，應(yīng)充分發(fā)揮聚丙烯纖維固有的特點，積極開發(fā)新型多功能細旦聚丙烯纖維及其織物系列。(3)加大高強高模聚丙烯纖維的研究和開發(fā)力度充分發(fā)揮聚丙烯大分子的潛在能力，擴大聚丙烯纖維在工業(yè)和國防上的應(yīng)用面 (4)提高現(xiàn)有聚丙烯短纖維的質(zhì)量，積極開發(fā)新品種。(5)注重新型聚丙烯改性技術(shù)的應(yīng)用和推廣，以利于開發(fā)出更多更新型的產(chǎn)品?？梢灶A見，在21世紀，聚丙烯纖維的應(yīng)用會得到更大的發(fā)展。參考文獻：1 鄔國銘.高分子材料加工工藝學.北京：中國紡織出版社，2000.962 陳彥模，朱美芳，張瑜.聚丙烯纖維改性新進展.合成纖維工業(yè)，2000.2：233 吳大成.合成纖維熔體紡絲.北京：紡織工業(yè)出版社，19804 美M.Ahmed編，吳宏仁，趙華山等譯.聚丙烯纖維的科學與工藝（上、下冊）.北京：紡織工業(yè)出版社，19875 三菱人造絲.JP8-1l3 83719966 New plant for polypropylene Fine FibersChemical