环境工程毕业设计光接枝聚酯纤维吸湿性的研究.doc

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1、武汉科技学院武汉科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题目：光接枝聚酯纤维吸湿性的研究题目：光接枝聚酯纤维吸湿性的研究 院 系：环境与化学工程系 专 业：环境工程 学 生：顾玉花 学 号：0051154 指导老师：刘晓洪 摘 要 涤纶织物有许多优异的特性，其制品深得消费者喜爱。但其吸湿性差，并导 致透气性差、易产生静电、易玷污和染色困难等问题。因此其低吸湿性很大的限 制了涤纶的生产、染整加工和使用。 本论文研究了涤纶与丙稀酸光化学引发接枝共聚的改性方法。探讨了溶胀剂 浓度、溶胀时间与温度、二苯甲酮浸泡时间与浓度、辐照时间、单体浓度等因素 对接枝率和回潮率的影响。实验结果表明：当间甲酚的浓

2、度为 40%、溶胀时间为 2h、溶胀温度为 60、BP 丙酮溶液浸泡时间为 1h、BP 丙酮溶液的浓度为 0.2mol/L、光照时间为 2h、丙稀酸浓度为 0.58mol/L 时，聚酯纤维的接枝率和回 潮率较高且回潮率随着接枝率的增大而增加。改性后织物吸湿性明显改善，回潮 率由原来的 0.4%提高到 3.04%。 。最后，用红外光谱证明了聚丙烯酸接枝链的存 在。 关键词关键词：聚酯纤维；接枝共聚；光化学引发；回潮率；接枝率 ABSTRACT The polyester has many outstanding properties. So many consumers favor polyes

3、ter. But polyester is a kind of hydrophobic fiber. Such characteristics cause polyester low hydrophilic property, low air-conductivity, easy to get static and hard to dye. The graft copolymerization of acrylic acid on to polyester fiber was studied by photochemical initiation in this paper. The copo

4、lymerization reaction is greatly influenced by the concentration of sweller, the time and temperature of swell, the time and concentration of soak of BP, the irradiation time, the monomer concentration. The results show that the optimum reaction conditions are as follows: the concentration of swelle

5、r 40%, the sweller concentration 40%, the swell time 2h, the swell temperature 60, the soak time 1h, the soak concentration 0.2mol/L, the irradiation time 2h, the monomer 0.58mol/L. At the same time, The moisture regain of modified fabric will be raised along with grafting rate increase. The modifie

6、d fabrics hydrophilicity was improved greatly. The moisture regain was raised from 0.4% to 3.04%.The grafting fiber was also characterized by IR. Key words: polyester fiber; graft copolymerization; photochemical initiation; moisture regain; grafting rate 目目 录录 1 1 前言前言 .1 1 1.1 研究涤纶吸湿性的意义.1 1.2 提高涤纶

7、吸湿性的方法.1 2 2 原理部分原理部分 .6 6 2.1 纤维亲水性的定义.6 2.2 影响纤维亲水性的因素.6 2.3 表面光接枝机理和实施方法.7 2.4 影响表面光接枝的因素.9 3 3 实验部分实验部分.1111 3.1 原材料.11 3.2 仪器和设备.11 3.3 实验工艺.12 3.4 表征方法.13 3.5 红外光谱测试.14 4 4 结果与讨论结果与讨论 .1414 4.1 间甲酚对聚酯纤维增重率的影响.14 4.2 间甲酚浓度对接枝率和回潮率的影响.15 4.3 接枝率和回潮率的关系.16 4.4 间甲酚溶胀时间对接枝率和回潮率的影响.17 4.5 间甲酚溶胀温度对接枝

8、率和回潮率的影响.19 4.6 UV 光照时间对接枝率和回潮率的影响 .20 4.7 BP 丙酮溶液的浸泡时间对接枝率和回潮率的影响 .22 4.8 BP 丙酮溶液的浓度对接枝率和回潮率的影响 .23 4.9 AA 浓度对接枝率和回潮率的影响 .24 4.10 接枝纤维的红外光谱分析.26 5 5 结论结论 .2727 6 6 参考文献参考文献 .2828 1 前言 1.1 研究涤纶吸湿性的意义 涤纶自从上世纪以来，一直占据着化纤业的重要地位，被广泛应用于工业、 农业、服装、装饰等领域。涤纶纤维的许多物理、化学性质都优于天然纤维。如 强度高、耐磨性好、回弹性好等。其制品不易变形、不易起皱、挺括

9、、折皱保持 性好，且价格低廉，深得消费者喜爱，成为近年来化纤产品中产量增长最快的一 个品种1。 但是，由于涤纶是疏水性纤维，大分子中缺乏亲水性基团，分子链结构紧密， 结晶度和取向度较高。这造成涤纶的吸湿性差，在温度 20，相对湿度为 65%时， 几种纤维的回潮率如表 1-12, 其中涤纶回潮率最低。同时，其低吸湿性导致了其 透气性差、易产生静电、易玷污和染色困难等问题。 表 1-1 几种纤维的回潮率 纤维品种棉粘胶醋酯锦纶腈纶涤纶 回潮率7137420.4 因此，涤纶的低吸湿性很大地制约了涤纶的生产、染整加工和使用，所以， 随着消费水平的提高，提高涤纶织物吸湿性，从而改善穿着的舒适性3，提高织

10、 物的应用价值，成为目前涤纶研究中的一个迫切的课题。从环境保护的角度来说， 开发吸水性纤维可防止热带林减少，防止沙漠化。又如日本各纤维公司已开发出 的凉爽型纤维，穿着用这类纤维制作的衣服，不仅有舒适的感觉而且也能节约空 调的能源4。所以研究开发高吸湿性的纤维，对于保护环境也有重大意义。 1.2 提高涤纶吸湿性的方法 在高速发展的各学科的推动下，提高涤纶吸湿性的技术更加多样化，研究的 水平也迈向更高层次。提高涤纶纤维或织物吸湿性，国内外已进行了大量的研究 工作。按照纤维改性方法的本质特点，主要有三种方法：化学改性、物理改性和 表面改性。 1.2.11.2.1 化学改性化学改性 化学改性是在聚酯的

11、合成阶段与具有亲水性基团的第三组分进行共聚，以改 变聚酯的大分子链结构来提高涤纶的吸湿性能，主要是指大分子结构的亲水性基 团，来提高纤维的吸湿性和吸水性。该方法在其它疏水纤维，如锦纶、腈纶上已 获得一定应用，对于聚丙烯腈纤维，只要在共聚时增加第二单体丙烯酸甲酯的含 量，经过碱处理，与羟基和酰胺基相比，亲核反应性显著降低。然而，涤纶与锦 纶、腈纶相比，较难通过大分子设计，即改变大分子结构中亲水性基团含量的方 法来提高吸湿性。而且，亲水性单体用量也难控制，太少，亲水效果改善不明显； 过多，则使纤维失去原有的性能。 1.2.21.2.2 物理改性物理改性 物理改性是在不改变纤维大分子链结构的前提下，

12、通过改变喷丝板微孔的形 状，仿制具有表面沟槽的异形纤维；或采用与含有亲水基团的聚合物共混和复合 共纺的方法，来达到提高聚酯纤维吸湿性能的目的。 1.2.2.1 改变喷丝孔形状 改变喷丝孔形状对于提高纤维导湿性是简单、直观和行之有效的方法.导湿性 提高主要是由于在异形纤维的纵向产生了许多沟槽，纤维通过这些沟槽的芯吸效 应起到吸湿的功效。 日本东洋纺公司开发了一种 Y 形截面的涤纶称为”Triactor”。据称这种纤维的 吸水性和吸湿性可以与天然纤维相媲美，可见纤维截面形状对植物的舒适性和手 感来说是非常重要的。美国杜邦公司生产的”Coolmax”聚酯纤维，其横截面呈独 特的扁十字形，纤维表面在纵

13、向形成四个槽，拥有比一半纤维多出 20%的表面积， 其排汗功能优于其它同类纤维。台湾中兴纺织股份有限公司生产的”Cooplus”同样 是通过 Y 形和十字形截面，利用纤维表面微细沟槽产生毛细现象，使汗水扩散、 芯吸。这种方法工艺简单,能保证纤维原有的优良性质。 1.2.2.2 原料共混纺丝 采用含有亲水性基团的聚合物与聚酯共混进行纺丝的方法，同时采用特殊设 计的异形喷丝板研制生产吸湿纤维，如可选用带有吸湿基团磺酸盐的改性聚酯及 其常规聚酯的共混物等原料进行吸湿纤维的生产。 1.2.2.3 双组分复合共纺 双组分复合共纺，该方法是将聚酯和其他亲水性聚合物，用双螺杆进行复合 共纺，研制具有皮芯复合

14、形式的异形截面的新型吸湿排汗纤维，对其吸水性和外 观进行改善。通常将具有亲水性材料作为共纺复合纤维的芯层，将具异形截面的 常规聚酯作为复合共纺纤维的皮层，一般亲水性材料选用以聚醚改性聚酯和亲水 改性聚酰胺为多，两种组分分别起到了亲水吸湿和导湿的作用，使用该种复合纤 维具有吸湿、导湿的双重功能，达到吸湿排汗的目的。德国 BASF 公司申请了吸 湿排汗纤维专利，该专利是利用改进喷丝孔形状和选用 PET、PA 双组分复合共 纺的方法，使纤维吸湿排汗性能具有持久性。5 1.2.2.4 纤维表面粗糙化 纤维表面粗糙化，纤维表面越粗糙，亲水性就越好。因此，表面粗糙化也是 提高亲水性的一种方法。例如，将特定

15、化学组成的聚酯纤维在碱中处理，就能得 到表面粗糙化的纤维。这种方法虽然工艺简单，能提高纤维的保水率，但对吸湿 率的提高非常有限。6 1.2.31.2.3 表面改性表面改性 表面改性是指在不改变材料及其本体性能的前提下，赋予其表面新的性能。 如亲水性、抗静电性、染色性、耐老化性、生物相容性等。改善涤纶的吸湿性是 指在聚酯纤维的表面形成一层亲水性化合物，主要有涂层处理法和接枝共聚法。 1.2.3.1 涂层处理法 涂层处理法，是用亲水整理剂对纤维表面进行涂层处理，以改变聚酯纤维的 疏水性能。这种方法生产工艺简单，但耐久性差，这是因为亲水整理剂与纤维结 合不牢，经过洗涤后吸湿功能逐渐降低。 1.2.3

16、.2 接枝共聚法 接枝共聚法，是解决聚酯纤维表面吸湿性不稳定的最佳手段，有化学接枝和 物理接枝之分。它是用引发剂或高能射线（电子束、紫外光）或用低温等离子体 处理,使聚酯纤维表面产生游离基，然后亲水性单体（如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲 基丙烯酸羟乙酯等）在游离基上进行接枝聚合，从而形成耐久性的吸水性抗静电 的新表面层，用来提高聚酯纤维的吸湿性能7。 化学接枝8是在适当条件下用 BPO、H2O2之类的引发剂引发，在聚酯纤维的 表面接枝亲水性聚合物，使吸湿性能得到提高。但它的缺点是工序多周期长，只 能采用液相接枝，单体利用率和接枝效率较低，成本较高。 物理接枝(可分为 射线、低温等离子体和紫外光等辐射

17、接枝)具有许多化学 接枝所无法比拟的优点，如接枝工序比较简单，可采用液相接枝也可采用气相接 枝，接枝效率高，并且高分子材料中有无官能团均可，因此在聚酯纤维的吸湿性 能的改性中有较大的应用。 射线辐射接枝9可以改善聚酯纤维的吸湿性，但 射 线存在以下缺点：易穿透整个纤维材料而影响纤维的本体性能，特别是服用性能， 同时 射线辐照剂量又难于控制，因此 射线辐射接枝改性聚酯纤维表面的工业 化生产有一定困难。低温等离子体辐射，由于它主要由带电离子和中性离子组成， 由于其中含有大量的活性中心，常被用于高分子材料的改性7，但由于低温等离 子体需要复杂的仪器设备和高真空系统，并且处理时间长，所以也制约了其工业

18、 化生产。近年来的研究发现紫外光辐照接枝10改性聚酯纤维的表面，除可克服化 学接枝的缺点外，还可克服其他物理接枝的缺点，即具有以下优点：生产工序短， 可采用液相接枝，接枝效率高；反应只发生在纤维表面 50-100nm 深度内，不影 响纤维材料的本体性能，仍能保持好的服用性能；反应的开始和结束均由光源开 关控制，操作简便，重复性好；耗能少，原料消耗少，成本低，易于连续化操作。 因此，紫外光辐照接枝是极具工业应用前景的表面改型方法。 紫外光辐照接枝表面改性始于 1957 年的 Oster 等人（美国）的工作11，他们 首先将光敏剂与聚乙稀混合制片，然后在片材的表面实现光接枝聚合。紫外光辐 照接枝能

19、有效的对有机材料进行表面改性。 （1）改善其亲水性 由于聚烯烃的表面能太低，他们所表现出的疏水性是人们首先要改进的性能 之一。K.Yamada12等人用甲基丙稀酸为单体对 PE（聚乙烯）进行光接枝，原始 材料对水的接触角余弦为-0.05（接触角 为 93） ，改性后则变为 0.9（接触角 为 26）左右，PE 对水的浸润性明显改善。而且，当接枝量仅为 2*10- 2（mol/m2）时，接触角余弦就处于平衡值。该技术已用于制备具有永久防雾滴棚 膜。即用光接枝在薄膜表面经亲水性大单体接枝形成一亲水层，而膜的本体性能 不变。并且，光接枝法也用合成防雾、保温、生物降解、除草等性能的多功能地 膜。此外，

20、这种表面亲水处理法也可用来食品保鲜袋。13 （2）改善其印刷性 目前的 PE（聚乙烯） 、PP（聚丙烯）等工业包装薄膜，一般在印刷之前要 进行电晕处理，有时还要涂以特种底漆，然后使用昂贵的特种印刷油墨，因而成 本很高，且油墨耐久性不够，容易脱落。表面光接枝法可以将强极性的亲水基团 引上薄膜的表面，并且由于接枝链与基体薄膜以化学键相连，该新的表面具有持 久性，从根本上改善此问题。14 （3）改善高分子分离膜的分离性 对食品包装而言，除了表面或里层印刷、粘接、热封等必须考虑和解决的问 题外，对氧、水汽和香味的阻隔性是最为主要的指标。PE 和 PP 对水汽的阻隔性 优良，但对氧的阻隔性差；PET，N

21、YLON（尼龙）对氧有较高的阻隔性，但对水 较差；PVOH（聚乙烯醇）是最好的隔氧性薄膜，但因其溶解于水而难通过蒸煮 消毒这一关。理想的性能组合可由表面光接枝法实现：一种路线是把具有特殊阻 隔性能的聚合物接枝于 PE 或 PP 膜上；二是利用光接枝层合技术制备复合膜，例 如将 PVOH 夹于两 PE 膜之间可制成既隔氧又隔水的高档食品包装膜。 （4）改善其染色性 PET、PE 和 PP 都有纤维产品，目前只有 PET 用做布料，即俗称的涤纶、的 确良等，而 PP、PE 均因染色问题不能商业化，由于染色性差，较大的限制了聚 烯烃材料在纺织印染工业方面的用途。人们利用光接枝已做了大量的工作，如瑞

22、典皇家工学院利用连续法对纤维进行表面光接枝反应，将 MGA（甲基丙稀酸缩 水甘油酯）接枝到高强度 PE 上，用酸性染料酸橙染色，其染色吸收增加了 3.4 倍； 丙稀酸胺PET 纤维体系，用直接染料染色，染色吸收增加了 5.1 倍15，既可增 加 PET 吸水率，又可增加花色品种。 （5）改善其光稳定性 导致有机材料使用寿命缩短的主要原因之一是光，特别是紫外光线。因此稳 定材料的重要手段之一是加入紫外光稳定剂。通常是以一定比例将这类稳定剂机 械混入材料中。该方法的缺点是，需使用的光稳定剂量大且影响本体性能。因此 在材料表面上一层光吸收剂是一种经济且有效的方法。一则可以有效的保护本体 不受侵害，二

23、则由于稳定剂以化学键的形式和高聚物表面相连，没有一般方法中 稳定剂的迁移和流失问题。 （6）提高材料的生物活性和生物相容性 通过表面紫外光接枝方法还可赋予高分子材料表面一些特殊性能,例如生物 性。在改善生物活性方面,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) 是一个使用较多的单体, 主要是因为它带有的环氧基基团可与蛋白质中的氨基反应。白功健16等人在PET 的膜表面紫外光接枝上GMA ,通过进一步的反应,实现了对肝素和鱼精蛋白的固定,提 高了PE 的血液相容性及抗凝性。 2 原理部分 2.1 纤维亲水性的定义 纤维亲水性是指纤维吸收水分并将水分向邻近纤维输送的能力。由人体皮肤 表面分沁出来的水分有两种形式

24、，即气态的湿气和液态的汗水，因此一般习惯上 将纤维的亲水性机理分成吸湿性和吸水性两种形式。 气态水分受到纤维表面和内部的化学及物理作用而被吸收，这种性质称为纤 维的吸湿性。吸湿性主要取决于纤维的化学机构，与物理结构的关系较小。 液态水分在纤维表面扩散，被纤维中的空隙、毛细管和纤维之间的空隙所吸 收并握持，这种性质称为纤维的吸水性。吸水性的强弱既与纤维化学结构有关， 也与物理结构相联系，对于疏水性纤维，后者起主要作用，即纤维中的空隙或毛 细孔是决定其吸水性大小的主要因素。衡量纤维亲水性的指标包括吸湿率和保水 率。 吸湿率即在标准湿度（20，65相对湿度）纤维吸收气相水分达到平衡后 的含水百分率。

25、 保水率即浸没水中的纤维充分吸水平衡后，在离心罐中脱水，纤维所保持的 各种水分含量的百分数。 2.2 影响纤维亲水性的因素 纤维的亲水性取决于其化学结构和物理结构。纤维高分子中的极性基团，常 见的有羧基（COOH） 、酰胺基（CONH） 、羟基（OH） 、氨基（NH2）等， 都是亲水性基团，对水分子有相当的亲和力，主要是通过氢键与水分子的缔合作 用，使水分子失去热运动的能力，留存在纤维中。因此，纤维高分子结构中亲水 性基团的数目越多，基团的极性越强，纤维的亲水性就越好。按亲水性大小，几 种极性基团的排列顺序为：COONH3+NH2COOH 另一方面，物理结构也是决定纤维亲水性的重要因素。一般认

26、为，在纤维高 分子的结晶区或高序区，水分子难于扩散或渗入，呈现疏水性。而在非结晶区或 低序区以及形态结构粗糙、微孔或孔隙很多的区域，水分子易于扩散和停留，表 现为亲水性。 2.3 表面光接枝机理和实施方法 2.3.12.3.1 机理机理 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种常用的高分子材料，由于分子结构的 高度对称性，具有极优异的力学性能，耐化学腐蚀性，抗霉菌，抗微生物腐蚀性。 但是，PET 表面的疏水性和较差的抗静电性，是其使用中所存在的问题，因此开 展了大量的有关 PET 表面改性的研究，如共聚，共混合氧化等，但这些方法均影 响了 PET 的本体性能或只是暂时的改性。 表面接枝由于具有相当

27、多的优点而引起注意。本文选择了反应区域易控制和 对高聚物本体影响小的光化学改性法对 PET 纤维进行表面改性17。 聚酯纤维是一种碳链高分子合成纤维，在其分子上接枝比较困难。光化学接 枝通常指光敏剂在光照射下产生能使烯类单体聚合的活性中心的一种引发方式， 该方法引起的聚合称为光聚合。光接枝聚合反应对材料表面进行改性的原理，即 通过接枝聚合反应在 PET 纤维表面上引上一层接枝链，从而合成一个新的表面层， 由于每根接枝链与基体上的大分子链相连，新表面与基体一体性不可分割。首先 通过光敏剂的引发，使聚酯纤维大分子上的氢原子被夺取而产生大分子链自由基； 然后与丙烯酸单体不断进行加成，形成新的链自由基

28、，新的链自由基活性并没有 减弱，还会连续与丙烯酸加成，形成单元更多的支链自由基；最后，由于自由基 都有相互作用的强烈倾向，自由基之间会因发生偶合或歧化反应而发生链的终止。 下面将对丙烯酸与聚酯纤维接枝共聚反应的机理进行具体的探讨： （1）链引发 首先将 PET 纤维用溶胀剂溶胀：然后用二苯甲酮（BP）光敏剂浸泡进行预处 理后，在紫外光的照射下，二苯甲酮（BP）被激发到单线态 S，然后迅速复原到 三线态 T，夺取 PET 纤维中的氢原子，产生高聚物自由基进行接枝共聚反应。 以下聚酯纤维分子用 RH 表示，聚酯纤维大分子自由基用 R表示 M 表示接 枝单体分子，RM 表示接枝共聚物，BP*1为二苯

29、甲酮单重激发态，BP*3表示二苯 甲酮三重激发态。 激发：BP BP*1 BP*3 夺氢：BP*3 + RH BPH + R BP*3 + AA BPH + AA 由此开始产生大分子链自由基。 （2）链增长 引发阶段形成的链自由基活性很高，能与另一个丙烯酸单体加成，形成新的链自 由基，而新的链自由基的活性并没有衰减，能继续和其它丙烯酸单体反应，形成 单元更多的链自由基。 接枝：RM+ M RMM （3）链终止 自由基之间有相互作用的强烈倾向而使链终止。终止反应通常有偶合和歧化 两种方式。丙烯酸与聚酯纤维接枝共聚反应的链终止反应有以下几种情况： a 大分子链自由基与 AA 等自由基相互碰撞，发生

30、歧化反应而终止。 b 大分子链自由基与一个单体自由基相互碰撞，发生偶合反应而终止。 c 两大分子自由基之间发生偶合反应而终止。 RM+ RM RM-RM d 聚酯纤维大分子链自由基之间发生歧化反应而终止。 另外，在接枝共聚反应的同时，丙烯酸的均聚反应也在进行着，它们之间存 在着竞争关系。在含有单体和聚酯纤维的聚合体系中，产生的丙烯酸自由基通过 链式反应和单体丙烯酸结合而增长。 生成均聚物的过程： AA+ M M M+ M M2 M2+ M 均聚物. 2.3.22.3.2 实施方法实施方法 按接枝反应时单体所处的状态，通常可将表面光接枝划分为气相接枝和液相 接枝两大类。 气相接枝是指聚合物与待接

31、枝单体、光引发剂溶液同置于一密闭的容器中， 通入惰性气体排氧后（或不排氧） ，加热到溶剂的沸点使溶液蒸发，处于气态的 光敏剂分子在紫外光辐照下产生引发剂自由基，夺取基体表面的氢原子，产生表 面自由基，引发单体分子发生接枝反应。光敏剂也可涂在试样的表面。气相接枝 反应慢，辐射时间长。 图 2-1 气相表面光接枝反应装置13 图 2-2 Tuzuke 发明的液相反应装置13 液相接枝指聚合体直接置于待接枝单体、光敏剂及其助剂配成的溶液中进行 紫外光辐照接枝。根据光敏剂是否预先涂到基体表面，又分为一步法、二步法。 与气相法相比，液相接枝的工艺更为简便，生产成本相对较低，但生成的均聚物 较多。而气相法

32、的单体与光敏剂以蒸气态存在，自屏蔽效应小，表面单体浓度低， 均聚反应较少。18 2.4 影响表面光接枝的因素 在进行表面光接枝时，会发生单体的接枝反应，但同时也存在均聚反应，二 者为竞争关系，反应条件对此起决定作用。当反应方法不同时（气/液相） ，单体 接枝效率及接枝链在深度方向上的分布液不相同。如液相单体浓度大，均聚占优， 接枝链主要分布在表面；而气相接枝则相反。同类接枝反应中的影响因素很多， 如：聚合物基体类型、接枝单体和光敏剂的类型及浓度、溶剂类型、紫外光辐照 时间、接枝反应时间及氧气的影响等。对于各反应条件的影响的研究，可以找到 同时实现高接枝反应速率和高接枝效率的最佳反应条件。 （1

33、）聚合物基体 不同的基体在相同的条件下接枝活性会有所不同，例如杨万泰等研究了以 BP 为光敏剂，LDPE 为上层覆盖膜时，不同聚合基体接枝丙烯酸（AA）的活性 为：nylonPETPPLDPEHDPEOPP(取向 PP)PC。 不同基体接枝活性的差异主要是由其不同的物理化学参数，如表面化学组成、 相态等因素所决定的。由于接枝反应主要发生在无定形区，故低的结晶度和取向 度有利于表面光接枝。 （2）接枝单体 大多数表面光接枝属于自由基型反应，所以只有含不饱和键的单体适合光接 枝。丙烯酸类单体大多呈现出高的反应活性及接枝率；不同单体对反应中产生的 不同类型的自由基亲和力不同，由于极性的影响，丙烯酸类

34、倾向于和半频哪醇自 由基反应，而丙烯酸酯类极性稍弱，倾向于与表面自由基和大分子自由基反应。 为了得到特定的性能，我们还可以用含有第二官能团的不饱和单体来进行接枝， 这样接枝完后第二官能团可与含有特定功能基团的单体反应得到特定的性能。这 样的具有第二官能团的不饱和单体如丙烯酸类缩水甘油酯，它们包含有环氧基团， 可与其它某种功能性单体如光稳定剂、生物酶等进一步反应从而使聚合物表面获 得某些特性。 （3）光引发剂（或光敏剂）浓度 在聚合物本身不含光敏基团的情况下，自由基要靠引发剂提供。所以引发剂 浓度越高就可以提供越多的自由基，而后向聚合物表面转移，产生较多的表面自 由基，更易引发接枝聚合反应，但同

35、时均聚物也随之增加，因而要选择较合适的 引发剂浓度范围。 （4）溶剂 溶剂在大多数光接枝共聚反应中有着重要的地位。不同的溶剂会对光接枝产 生很大的影响，溶剂作为单体和引发剂的载体，它必须对引发剂呈惰性，能润湿 聚合物表面，对于液相光接枝它还应是接枝链和均聚物的良溶剂。因为光接枝反 应同时又是一个竞争反应，接枝链和均聚物附着在基体表面，会严重影响接枝链 自由基的活动范围，阻碍接枝反应的进行。 （5）紫外光辐照时间 紫外光辐照时间越长，即引发时间越长越彻底，接枝率应该越高。光照时间 越长，可发生夺氢反应的光敏剂量增多，有利于生成表面自由基，使 PET 表面接 枝反应的活性中心增多，导致接枝聚合物量

36、增多，即接枝率增加。但并不是辐照 时间越长越好，还要考虑能源消耗与性能之间的关系，所以也存在最佳辐照时间 的问题。 （6）接枝反应时间 在引发剂浓度相同的情况下，反应时间越长，单体与纤维表面接触越充分， 接枝效果越好。在对纤维进行接枝的研究实验结果中明确指出，接枝率随反应时 间的延长而增大。 （7）氧气 在自由基光引发剂体系中，目前存在的最大弊端，就是空气中氧的阻聚作用。 氧阻聚主要原因如下：（1）引发剂激发态的淬灭；（2）氧对自由基的清除。因 而，表面光接枝要在无氧状态下进行，一般是用氮气驱除氧。 3 实验部分 3.1 原材料 原料 产商 聚酯纤维 武汉博奇公司； 丙烯酸 化学纯，在使用前减

37、压蒸馏除去阻聚剂，上海五联化工厂； 间甲酚 化学纯，上海化学试剂公司； 丙酮 化学纯，武汉市江北化学试剂厂； 二苯甲酮 化学纯，天津远航化学品有限公司。 3.2 仪器和设备 器材 产商 紫外线高压汞灯 GGZ300 型，上海亚明照明有限公司； 石英试管 武汉制瓶厂； 电热恒温水浴锅 WMZK-01 型，北京医辽设备厂； 循环水式多用真空泵 SHB-B95 型，郑州长城科贸有限公司； 磨口瓶塞 武汉市玻璃仪器厂； 温度计 武汉温度计厂； 普氮 武汉锅炉集团气体厂； 量筒 天津玻璃仪器厂； 球形冷凝管 天津玻璃仪器厂； 烧杯 北京市玻璃仪器厂 ； 移液管 天津玻璃仪器厂； 容量瓶 武汉市玻璃仪器厂

38、； 电炉 武汉电炉丝厂； 磨口烧瓶 天津玻璃仪器厂； 电光天平 FA1004 型，上海天平仪器厂； 真空干燥箱 8761 型，上海浦东跃欣科学仪器厂； 鼓风恒温干燥箱 DHG101A 型，郑州巩义英峪予华仪器厂。 3.33.3 实验工艺实验工艺 3.3.13.3.1 实验工实验工艺艺 纤 纤维去油脂 干 燥称 重间甲酚浸泡 水 洗 光敏剂浸泡 加入水和 AA 通 N2 UV 辐照水 洗干 燥 3.3.23.3.2 实验步骤实验步骤 （1） 配制一定浓度的 BP 的丙酮溶液； （2） 将聚酯纤维煮沸去油脂，然后在 105oC 烘干，用电光天平称取 0.5 克 的纤维为实验材料； （3） 将实验原

39、料用 5ml 一定浓度的间甲酚浸泡（浴比 1：10） ，然后用蒸馏 水水洗纤维，去除间甲酚，并自然晾干； （4） 将纤维用一定浓度的 BP 的丙酮溶液浸泡（浴比 1：50） ，取出在空气 中自然干燥，使丙酮挥发； （5） 把处理好的纤维与一定量的 AA 和蒸馏水（浴比 1：100）一起置于石 英试管中，通氮气去除氧气，然后用橡胶塞塞住管口，放入 UV 辐射 装置中接枝聚合； （6） 取出纤维，放入沸水中煮沸，直至恒重，烘干称重计算接枝聚合。 3.4 表征方法 3.4.13.4.1 接枝率接枝率 3.4.1.1 测定步骤 （1） 纤维去油脂后，105烘干，称重 W1； （2） 接枝后，105烘干

40、至恒重，称重 W2。 3.4.1.1 计算 接枝率（%）=（W2W1）/W1*100 式中：W1纤维原重； W2接枝后的纤维干重。 3.4.23.4.2 回潮率回潮率（叁照 GB/T1995-1997 法测定） 3.4.2.1 测定步骤 （1） 称取烘干至恒重的接枝后纤维干重 W2； （2） 将烘干后的接枝纤维暴露于空气中吸收水分，每隔 15 分钟称量一次， 直至恒重，精确至 0.001 克，此为烘前质量 W3。 3.4.2.2 计算 回潮率（%）=（W3W2）/W2*100 式中: W2接枝后的纤维干重； W3烘前质量。 3.5 红外光谱测试 将纯接枝纤维用 Avatar360 型全智能傅立

41、叶红外光谱仪进行测试。 4 结果与讨论 4.1 间甲酚对聚酯纤维增重率的影响 将纤维干燥后称重，用 5ml 一定浓度的间甲酚浸泡 2h 后用蒸馏水水洗纤维， 去除间甲酚，烘干称重，得出不同浓度的间甲酚对试样增重率影响的实验数据， 结果见表 4-1，图 4-1 表 4-1 不同浓度的间甲酚对试样的影响 间甲酚浓度（）增重率（） 200.71 601.17 1003.15 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0153045607590105 间甲酚浓度（%） 增重率（%） 图 4-1 不同浓度的间甲酚对试样的影响 Fig 4-1 The effect of different conc

42、entrations of sweller on the polyester fiber 从表 4-1，图 4-1 中可以看出，不同浓度的间甲酚对试样有不同的影响，且随 着间甲酚浓度的增加，试样增重的百分比增大，这可能是由于间甲酚进入聚酯纤 维内部，结晶区的比例减少，同时晶体间距增大所致。 4.2 间甲酚浓度对接枝率和回潮率的影响 在溶胀温度为 60oC、溶涨时间为 2h、间甲酚的浴比为 1：10、0.2mol/LBP 的 丙酮溶液浸泡 1h、AA 浓度为 0.58mol/L、光照时间为 2h 的条件下，改变间甲酚 的浓度，得出间甲酚浓度与接枝率和回潮率的实验数据，见表 4-2，并做出间甲 酚

43、浓度与接枝率及回潮率的曲线关系如下： 表 4-2 间甲酚浓度对接枝率和回潮率的影响 间甲酚浓度 ()接枝率 n()回潮率 () 201.870.62 4025.053.04 6015.222.43 8012.202.09 10011.801.90 0 5 10 15 20 25 30 020406080100120 间甲酚浓度(%) 接枝率(%) 图 4-2 间甲酚浓度对接枝率的影响 Fig 4-2 The effect of concentration of sweller on the grafting rate 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 02040608010012

44、0 间甲酚浓度（%） 回潮率（%） 图 4-3 间甲酚浓度对回潮率的影响 Fig 4-3 The effect of concentration of sweller on the moisture regain 如表 4-2、图 4-2、图 4-3 所示，纤维的接枝率和回潮率均随着间甲酚浓度的 增加而增加，当其浓度为 40%时达到最大值，以后接枝率和回潮率均有所下降。 用间甲酚为溶胀剂，通过溶胀使纤维物理结构变得松弛，允许足够单体分子进入 纤维中与之反应，提高了纤维的接枝率和回潮率19；而当间甲酚浓度过大时，纤 维过分溶胀而粘在一起失去纤维特性，难进入纤维中与之反应，故接枝率和回潮 率下降。因此采用间甲酚的浓度为 40%。 4.3 接枝率和回潮率的关系 从多组接枝率和回潮率的数据中选择一组，见表 4-3,并做出接枝率和回潮率 的关系曲线如下： 表 4-3 接枝率和回潮率的关系 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 051015202530 接枝率(%) 回潮率(%) 图 4-4 接枝率与回潮率的线性关系 Fig 4-4 The linear relation between the grafting rate and the moisture regain 如图