聚丙烯纤维的性能及改性.doc

华东理工大学20112012学年第一学期合成纤维改性课程论文 2011.10班级 材制080 学号 10082683 姓名 周超 开课学院 材料学院 任课教师 刘 敏 成绩 论文题目：（1）综述某种纤维的特性、国内外研究或生产现状和应用等；（2）综述某种纤维的改性研究进展。论文要求：题目任选，根据论文题目，通过查阅文献资料，内容能够反映教师要求，论文格式符合规范（参见华东理工大学学报），字数不少于4000字。包括中文摘要、关键词、正文和参考文献。不可以整篇抄袭，如果抄袭，论文以零分计。教师评语：内容与要求的吻合情况（5） 摘要 （10）关键词 （5） 综述内容 （50）正文组织结构 （15） 参考文献及标注 （15）教师签字：刘敏 2011年 10月 日聚丙烯纤维的性能及改性材制080（10082683） 周超摘要：聚丙烯纤维是上个世纪六十年代开发出的新纤维品种。由于其原料来源丰富，生产过程简单，成本低，因而应用广泛。其最大的优点是质地轻，而且保暖性好、耐化学腐蚀，强度及耐磨性好。聚丙烯纤维具有许多优良的性能，但也有蜡感强、手感偏硬、难染色、易积聚静电等缺点。因此对其进行改性，开发新品种已成为聚丙烯纤维发展的主要方向。关键词：聚丙烯，丙纶，染色，细旦，抗菌保健聚丙烯纤维（亦称PP，中国称丙纶）于1960年由意大利蒙特卡蒂尼公司首先实现工业化生产的新纤维品种，丙烯聚合物有3种构型，纤维生产使用的是等规度大于95%的等规聚丙烯。由于聚丙烯纤维原料来源丰富，生产过程简单，成本低，应用广泛，因此20世纪70年代以后聚丙烯生产发展迅速。1997年其产量已经达到387104t（占合成纤维总产量的15.6%），超过聚丙烯腈纤维成为仅次于涤纶、棉纶的第三大合成纤维。我国聚丙烯纤维的生产开始的较晚，但发展速度较快，19781997年间聚丙烯纤维产量增长了40多倍，而同期合成纤维增长不足10倍。足见聚丙烯纤维发展势头之强劲1。以等规聚丙烯为原料纺丝制得的等规聚丙烯合成纤维,是化学纤维中最轻的品种；强度为3562cN/dtex；耐磨性仅次于聚酰胺纤维；耐腐蚀性良好，尤其是对无机酸、碱稳定性很好；不发霉,不腐烂,不怕虫蛀等。但染色较困难。目前，可采用染料或颜料熔体着色、色母粒或注射染色等纺成有色丝；也有在聚合时加入添加剂进行共聚或接枝共聚，使聚合体大分子上引入能与染料相结合的极性基团，再按常规法染色。聚丙烯纤维还有耐光性差、静电大、耐燃性差等缺点，可采用加入各种添加剂的方法加以改善2。 聚丙烯纤维通常采用熔体纺丝法生产。将聚丙烯树脂加入立式或卧式螺杆挤出机加热熔融，通过计量泵由喷丝头挤出，在空气中冷却成纤。工业上还采用膜裂成纤法制得割裂和膜裂纤维。聚丙烯纤维熔体纺丝的特点是：一般用单头等螺距螺杆挤压机,为适应成纤聚丙烯熔体粘度高、流动性差的特点,螺杆压缩比要大，最小为2.8，计量段尽可能短,螺杆长径比范围为2026。由于分子量大，纺丝时熔体温度一般比熔点高出100130，也可采用加分子量调节剂等方法以降低纺丝温度。冷却成型过程中结晶速度较快，冷却温度宜稍低3。丙纶的纵面平直光滑，截面呈圆形。丙纶最大的优点是质地轻4，其密度仅为0.91g/cm3是常见化学纤维中密度最轻的品种，所以同样重量的丙纶可比其他纤维得到的较高的覆盖面积。丙纶的强度高，伸长大，初始模量较高，弹性优良。所以丙纶耐磨性好。此外，丙纶的湿强基本等于干强，所以它是制作渔网、缆绳的理想材料。丙纶质轻保暖性好；几乎不吸湿，但芯吸能力很强，吸湿排汗作用明显；丙纶的吸湿性很小，几乎不吸湿，一般大气条件下的回潮率接近于零。但它有芯吸作用，能通过织物中的毛细管传递水蒸气，但本身不起任何吸收作用。丙纶的染色性较差，色谱不全，但可以采用原液着色的方法来弥补不足。丙纶有较好的耐化学腐蚀性，除了浓硝酸，浓的苛性钠外，丙纶对酸和碱抵抗性能良好，所以适于用作过滤材料和包装材料。丙纶耐光性较差，热稳定性也较差，易老化，不耐熨烫。但可以通过在纺丝时加入防老华剂，来提高其抗老化性能。此外，丙纶的电绝缘性良好，但加工时易产生静电。丙纶弹力丝强度仅次于锦纶，但价格却只有锦纶的1/3；制成织物尺寸稳定，耐磨弹性也不错，化学稳定性好。但热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损，为此常在丙纶中加入抗老化剂。聚丙烯纤维由于有以上优良性能，因此它的应用领域很广泛。聚丙烯纤维最主要的用途是装饰和服装。聚丙烯纤维因其密度小、质量轻、覆盖力强、耐磨性好、抗微生物、抗虫蛀、易清洗，特别适于制造装饰织物，如：墙壁装饰物、地毯、毛毯、纸的增强物、帆布等等。随着纺丝技术的进步及改性产品的开发，其在服装领域应用日渐广泛。由聚丙烯短纤维制成的非织造布和直接成网制成非织造布及复合材料广泛应用于医疗卫生和保健领域，如纺粘法和熔喷法非织造布可用于一次性手术衣、被单、口罩、盖布、液体吸收垫、妇女用卫生巾等。此外聚丙烯纤维还应用于香烟滤嘴、渔具、涂层织物、人造草坪等领域。 聚丙烯纤维具有许多优良的性能，但也有蜡感强、手感偏硬、难染色、易积聚静电等缺点。因此对其进行改性，开发新品种已成为聚丙烯纤维发展的主要方向。 聚丙烯纤维分子中无亲染料基团，分子聚集结构紧密，因此常规聚丙烯纤维一般难染，聚丙烯纤维的染色问题长期以来都用色母粒原液染色，但色谱不广在织造时不能进行调色，换色，上染和印花，限制了织物品种多样化。对聚丙烯纤维进行染色改性，除了与染料的选择、上染的条件有关外，纤维的结构与性能是关键。为此从不同角度着手研究，对纤维本身的性质加以改进。大致有两种途径：一是对纤维表面进行改性另一种方法是在聚丙烯中加入其它组分进行共混改性或在聚合时加入其它单体进行共聚改性通过使纤维结构疏松(但能保持原有的力学性能)及使纤维内部具有染座使聚丙烯纤维更易染色。近年来已开发出带有长脂肪烃支链的亲油性染料可染聚丙烯纤维，但只能染到浅色。也有在纺前加入一些金属盐如硬脂酸镰硬脂酸锌等，以引入金属离子，就可能与金属离子形成络合物的染料染色。随着共混技术日益广泛的应用及相容剂技术的发展，将聚丙烯与其它聚合物共混进行聚丙烯染色改性也是-个重要的方法。如聚丙烯纤维与聚酯共混，形成基体一微纤两相结构，在两相间存在大量相界面形成大量微型纹孔隙，这种孔隙作为染料扩散渗透的坑道，使染料易于扩散到纤维内部，借助于聚酯中的酯基和苯环将染料吸附，从而达到染色的目的5。也有用共聚酰胺对聚丙烯进行共混改性，从而得到可染热膨松的聚丙烯纤维。目前较多使用的是把聚丙烯与非极性、弱极性高聚物共混以增加结构的疏松性，以利于染料分子进入，或与极性可染添加剂与相容剂一起共混。所选添加剂如环氧丙烯基丙烯酸甲酯与聚苯乙烯的嵌段共聚物，或N-取代马来酸酐与聚苯乙烯的嵌段共聚物等。东华大学应用聚烯烃掭加剂并选择了合适的相容剂进行聚丙烯的可染改性获得较大成功制得单丝纤度12 dtex可染丙纶，大大拓宽了聚丙烯纤维在服用领域的应用。继中国纺织大学研制开发成功具有90年代国际领先水平的细旦、超细旦丙纶长丝及其制品-蒙泰丝系列产品后，因其性能优良，已受到消费者的青睐。为进一步仿真、超真，国内外已有纺制微细旦丙纶三叶异形复丝的报道，该产品具有手感柔软、光泽柔和、导湿性、抱合性及蓬松性好等优点，可赋予织物仿真丝和仿羊毛的风格。以熔融指数(MFI)为3538的聚丙烯切片为原料可得到异形度50% 60% 的三叶异形丝。也有报道用三叶有光短纤制造绒头纱6。在织物仿真领域也有将丙纶和其它天然纤维混纺的报道，将纺前着色的抗菌细旦丙纶经纱和100% 真丝纬纱交织，制成了具有真丝织物美感的机织物。这种经纱的存在，可使织物在强季风季节地区满足防腐、防霉的要求，还可赋予织物强度和可洗性，而不损失织物的悬垂性、光泽和柔软手感7。 抗菌保健纤维的开发和应用抗菌是纺织品发展提出的又一新要求。纺织品的抗菌由最初的织物后整理(包括涂层和浸渍)发展到开发抗菌性成纤高聚物。按抗菌剂的成分可以分为三类即(1)天然抗菌剂：近代用生物技术从甲壳类动物中提取的脱乙酰壳多糖等；(2)有机类抗菌剂：如有机卤化物，季胺及胍类等；(3)无机类抗菌剂：包括两大类，一类为含抗菌活性金属如银、铜、锌等的无机类，另一类是近年发展起来的光催化半导体陶瓷抗菌剂。目前，国内外关于抗菌织物加工方法的报道很多，一般分为两种(1)先制抗菌纤维，然后把该纤维制成抗菌织物(2)把织物用抗菌剂进行后处理以获得抗菌性能。当前市场上的各种抗菌织物中，以后处理加工居多，但根据发展趋势，必将向抗菌纤维方面发展。抗菌纤维的制备可以通过接枝法、离子交换法、湿法纺丝法、熔融共混纺丝法、复台纺丝法等 聚丙烯的抗菌改性大多采用与抗菌剂共混纺丝的方法，而方法的关键是选择一种理想的抗菌剂即要求选用能耐高温而且与聚丙烯有良好的相容性及分散性的抗菌剂，由于共混纺丝使抗菌剂均匀地分散于纤维的内部，因此所制得的抗菌纤维及其制品有优良的耐洗牢度，从而抗菌效果也持久。东华大学根据抗菌剂本身的有效性、毒性、广谱性、成本及稳定性，已研究出一种新型高聚物型抗菌舔加剂(ABD)，并将ABD与聚丙烯共混纺丝，在250的纺丝条件下，热稳定性及可纺性良好，铷得了抗菌效果显著、抗菌谱广且单丝纤度小于l.2dtex的抗菌聚丙烯纤维8。瑞士山道士公司推出两个用于聚丙烯纤维抗菌化学药品MBP96-60，MBP97-65。熔融纺丝用抗菌添加剂的研究国内已广泛开展，上海合纤所对市场已有的抗菌剂进行了筛选改造获得了可熔纺用的抗菌剂。目前应用于共混纺丝法的无机类抗菌剂以泡沸石之类无机物质居多，国内已报道的无机类MRNM 350纳米级杀菌粉应用在纤维中可达到杀菌抗菌的目的。美国FFT公司的SAI，US纤维使用了获美国EPA批准的安全性抗菌剂Microban，该试剂布满整个纤维的截面，可耐重复洗涤9。也可借用陶瓷物质的抗菌功能开发含陶瓷的抗菌纤维。如在切片中共混加入有远红外辐射特征的陶瓷微粒制得的远红外纤维具有保健的功效。而加入高比重的陶瓷微粒，还可改善织物的悬垂性能10。在用作土工布的聚丙烯纤维中，等量加入碳黑，可增加纤维的物理和化学耐久性11。目前纳米材料的开发成功为熔融共混纺丝法提供了优等的材料，更拓宽了共混改性方法的应用面且有利于纺制细旦丝。共聚改性也是一个有效的方法，但工艺较为复杂，成本也高，据报道日本窒素公司采用复合纺丝法制取乙丙皮芯结构的抗菌纤维及美国的抗菌缝合线都有较好的抗菌效果。当前抗菌织物(纤维)主要应用于服装(内衣)和医疗卫生方面(垫套及医院的消毒服等)。但随经济发展和新产品的开发必将在抗菌混凝土、全新概念的抗菌汽车、抗菌织物制成的过滤介质等方面也有大的发展前途。通常对于不同相对分子质量聚丙烯经熔融挤压纺丝，采用一步法或二步法工艺路线、调节不同的加工工艺可得到不同强度聚丙烯纤维使其适合不同的应用领域。为进一步提高纤维的强度和模量，较新资料报道一些学者通过对聚丙烯纺丝和拉伸、热处理工艺过程的合理控制来获得，从提高大分子链伸展程度和结晶度着手，已获得生产高强聚丙烯纤维的合理途径，如用相对分子质量大于40万、等规度99 以上的聚丙烯树脂，在280下挤压妨丝，在低速卷绕下得到六方晶体再进行较低温度下的一级拉伸之后在较高温度下的二级拉伸，得到高度取向单斜晶体纤维，从而制得84 cNdtex高强纤维。又可通过不同工艺路线的组合制得模量较高的纤维，即先用纺拉一步法连续拉伸，再用不连续拉伸使纤维具有高结晶度从而使纤维的动态模量达到69 GPa。最新报道12，日本使用全同立构的聚丙烯系纤维通过在高于结晶温度的加热条件下(145)，用大于10倍的拉伸比进行拉伸，开发出强度高达1.04GPa、摸量高达12.74 GPa，热收缩率为4.5 的高强高模聚丙烯长丝。这种纤维的结晶度高达75% ，100% 为a晶，不仅具有优良的力学性能而且具有更强的耐化学药品性，如对芳香有机溶剂苯类亦有极强的耐久性。这一产品的开发成功，使聚丙烯纤维在工业应用领域中跨上了一个新的台阶。也有报道奥地利Asota股份有限公司开发了高强聚丙烯短纤维，纤度16 dtex，强度6 cNdtex，延伸度小于30 ，可用于室外纺织品、绝缘材料及土工纺织品上。共混改性也是提高聚丙烯纤维力学性能的一种方法，添加剂与相容剂一起掺人聚丙烯中进行共混挤出，由于两相间应力传递的改善可提高聚丙烯的抗冲击强度，此类改性多用于聚丙烯增韧改性。据报道，通过在纤维级聚丙烯中加入2 8 的无规聚苯乙烯，经纺丝和拉伸试验，获得了可拉伸性改善的改性纤维。初生纤维中存在的近球晶形态的聚苯乙烯提高了初生丝的塑性形变性能。在拉伸丝中，聚苯乙烯分子所表现出的特性刚度使得纤维提高了刚度和抗蠕变性。由此看来，高强聚丙烯纤维和纱线的开发，拓展了聚丙烯的应用领域。聚丙烯的理论强度约为4 GPa，相应的单丝强度约为43 cNdrex，这说明 用聚丙烯生产高强度纤维潜力还远未得到充分利用，进一步开发的方向为：聚合物优化，特别是相对分子质量和相对分子质量分布；加工工艺过程的设计。聚丙烯纤维的吸湿性低，是聚丙烯纤维的特点之一，但它作为卫生用品医用材料中的无毒基材时 却又是个缺点。因聚丙烯纤维的吸附功仅为棉花的12左右，与水的接触角为86，几乎没有吸湿能力，由于吸湿能力低，也导致了静电现象严重，限制了它在被单、衣料、内衣裤、尿布、卫生巾、医用绷带等无纺布领域的应用。有许多工作者对改进聚丙烯纤维表面吸湿性进行了研究。近来利用反应性相容剂的连接作用；通过共价键将生物活性物质固着于基材表面，具有抗菌、吸水、粘着功能，这已成为生物高分子领域的研究热点。如以甲基丙烯酸十八醇酯与丙烯酰胺共聚物与聚丙烯共混可大幅度提高聚丙烯纤维亲水性、粘合强度，而在这体系中的改性剂本身兼有相容剂的作用，使改性剂与聚丙烯纤维本体可紧密联系。此外也有采用化学处理，使其带上亲水性基团，或采用不同的油剂，来提高聚丙烯纤维这方面的性能13。此外还可改善聚丙烯的一些其它性能，如PP-g-PCI 相容剂用于无机填料对聚丙烯增强、填充改性等。如为了制得微孔聚丙烯纤维，研究者使用含有CaCO3填料的聚丙烯纤维进行拉伸，再经HCl-CH3OH 处理，去除纤维中的CaCO3填料。由于填料粒子分散均匀，使制得的纤维具备聚丙烯原先同样的织物质地。通过调整填料的含量、拉伸比，可以对制品的性能加以控制14。另有文献报道，100份聚丙烯切片与0.1份N，N-二环己基-2，6-萘二甲酸二酰胺共混造粒，纺丝，于l1O下拉伸3.2倍，得到孔隙率52%平均孔径0.035 nm的微孔聚丙烯纤维15。近二十年来随着聚丙烯工业的发展，生产技术水平的不断提高，用于纤维方面的比重大大增加。聚丙烯纤维的开发应用正朝高性能化、功能化等高附加价值的方向发展 为此建议；(1)利用国内现有的聚丙烯装置开发多品种、高品位的聚丙烯树脂，以满足多方面的需要 (2)聚丙烯纤维的应用前景非常广阔，应充分发挥聚丙烯纤维固有的特点，积极开发新型多功能细旦聚丙烯纤维及其织物系列。(3)加大高强高模聚丙烯纤维的研究和开发力度充分发挥聚丙烯大分子的潜在能力，扩大聚丙烯纤维在工业和国防上的应用面 (4)提高现有聚丙烯短纤维的质量，积极开发新品种。(5)注重新型聚丙烯改性技术的应用和推广，以利于开发出更多更新型的产品。可以预见，在21世纪，聚丙烯纤维的应用会得到更大的发展。参考文献：1 邬国铭.高分子材料加工工艺学.北京：中国纺织出版社，2000.962 陈彦模，朱美芳，张瑜.聚丙烯纤维改性新进展.合成纤维工业，2000.2：233 吴大成.合成纤维熔体纺丝.北京：纺织工业出版社，19804 美M.Ahmed编，吴宏仁，赵华山等译.聚丙烯纤维的科学与工艺（上、下册）.北京：纺织工业出版社，19875 三菱人造丝.JP8-1l3 83719966 New plant for polypropylene Fine FibersChemical F