聚丙烯纖維與丙烯酸輻射接枝共聚反應(yīng)的研究

1、V o l.13高分子材料科學(xué)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(yīng)的研究姚占海饒蕾徐俊(中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所,長春,130022摘要采用60Co2射線預(yù)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(yīng)。討論了預(yù)輻照劑量、單體濃度、反應(yīng)時間以及反應(yīng)溫度對接枝共聚反應(yīng)的影響。實驗結(jié)果表明,接枝率隨預(yù)輻照劑量和反應(yīng)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(dāng)預(yù)輻照劑量超過2M

2、rad時,機械強度有所下降。關(guān)鍵詞聚丙烯纖維,丙烯酸,接枝共聚反應(yīng),預(yù)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(nèi)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(xué)性和優(yōu)良的力學(xué)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(dǎo)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(yù)輻照方法,在苯中將AA c單體接枝到PP纖維上。研究了預(yù)輻照劑量、單體濃度、反應(yīng)時間和反應(yīng)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(shè)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(yīng)將PP纖維經(jīng)水洗、烘干、放在輻照管內(nèi),在空氣中經(jīng)15萬居里60Co2源輻照,預(yù)輻照劑量為6M rad。將預(yù)輻照的纖維投入四口瓶中,于接枝液(丙烯酸 苯反應(yīng)1h,反應(yīng)溫度為80收稿日期:1995-05-01,反應(yīng)結(jié)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(zhì)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(jié)果與討論2.1預(yù)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(yù)輻照劑量的關(guān)系。F ig .1表明,接枝率隨預(yù)輻照劑量的增加而增加。說明隨預(yù)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(yīng)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(guān)系。由F ig .2可知,當(dāng)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(dāng)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(yīng),使接枝率變化不大。因此,過高的單體濃度對接枝共聚反應(yīng)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(yīng)時間的影響接枝反應(yīng)時間與接枝率的關(guān)系如F ig .3所示。接枝率隨反應(yīng)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(dǎo)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(yīng)平穩(wěn),反應(yīng)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(yīng)混合物,從混合物中沉淀出來,因此對增加反應(yīng)混合物粘度貢獻很小。2.4反應(yīng)溫度的影響接枝反應(yīng)溫度與接枝率的關(guān)系如F ig .4所示。由F ig .4可知,反應(yīng)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(yīng)的研究枝率隨反應(yīng)溫度的增加而增加。當(dāng)反應(yīng)溫度為60時,接枝反應(yīng)進行得較為緩慢,在1h 內(nèi)接枝率為7%;當(dāng)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(yīng)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(yīng)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(xué)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(guān)系。由F ig .8可知,當(dāng)接枝率為10%30%時,接枝共聚物的機械強度基本不變。當(dāng)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