聚酯纖維及織物的電子束輻照改性.pdf

1、聚酯（PET）纖維大分子呈直線型、排列緊密、結構對稱，因此PET纖維具有諸多優(yōu)良性能，如較高的斷裂強度和彈性模量、適中的回彈性、優(yōu)異的耐熱性、良好的耐水洗性、較好的耐腐蝕性、以及較好的對弱酸和弱堿的穩(wěn)定性。采用熔體紡絲獲得的PET纖維的結晶度和取向度較高，玻璃化溫度在78℃左右。作為目前使用量最大的合成纖維，PET纖維目前存在兩個主要問題：一是大分子缺少極性親水基團，標準大氣條件下的回潮率只有0.4％，導致普通聚酯纖維不僅吸水性和染色性

2、差，且容易產生靜電、親膚性能不好，在一定程度上限制了它的應用；二是由于同質化競爭，導致PET纖維產能過剩，行業(yè)效益下滑，需要尋找新的市場突破點。因此，對PET纖維進行親水、功能化改性，改善其吸濕性能并豐富纖維的品種，提高其附加值，具有重要的理論意義和實用價值。
　　理想的聚酯纖維表面改性，應在不損害聚酯纖維原有的優(yōu)良性能的基礎上，同時兼具耐久性和良好的經濟效益，且環(huán)境友好。作為常用的一種電離輻射，電子束（EB）輻照加工被廣泛應用于

3、高分子材料的改性，具有環(huán)境友好、可連續(xù)化操作、批量處理、成本低、對基材損害小等優(yōu)點。因此，本文以EB輻照為手段，對PET纖維進行改性研究，研究了經過EB輻照后的PET纖維及織物的結構和性能，并對其進行抗菌接枝改性、親水改性以及保濕親膚改性研究，制備具有不同功能的PET纖維。具體的研究工作如下：
　?。?）EB直接輻照的PET纖維及織物的結構和性能變化研究。采用電子順磁共振譜儀（ESR）、X射線衍射儀（XRD）、傅里葉紅外光譜儀（F

4、T-IR/ATR）、強伸度儀、掃描電鏡（SEM）、差示掃描量熱儀（DSC）和熱失重分析儀（TG）等手段，對EB輻照后的PET纖維及織物的結構和性能進行了表征，考察了輻照劑量、輻照氣氛等因素的影響。研究結果表明：①經過EB輻照后，認為在PET大分子上產生的自由基為-CH2-?H-，這是后續(xù)接枝和功能化改性的必要前提條件。②在空氣氣氛中，PET大分子受輻照后發(fā)生了降解，隨著EB輻照劑量的增加，PET纖維的粘均分子量降低；當輻照劑量為300k

5、Gy時，PET纖維的分子量在不同輻照氣氛中的順序為Mη氧氣>Mη空氣>Mη氮氣；③EB輻照后，PET纖維的結晶結構沒有發(fā)生變化，只是結晶度有所增加；④DSC分析顯示，EB輻照后PET纖維的熔點升高，但隨輻照劑量的增加而降低，當輻照劑量增加到500kGy時，DSC曲線上的熔融峰變寬并呈現雙峰現象；TG分析顯示，相比于未輻照PET纖維的分解溫度437.9℃，輻照后纖維的分解溫度增加，且隨著輻照劑量的增加而增加，當輻照劑量為400kGy時分解

6、溫度提高到441.2℃，而輻照劑量為500kGy時分解溫度稍有下降到439.1℃。⑤隨著輻照劑量的增加，PET纖維表面的粗糙程度增加。當輻照劑量為400kGy時，纖維表面出現大量的“島狀”凸起，而輻照劑量為500kGy時，纖維表面的刻蝕更加嚴重，“島狀”凸起呈現大量的溝壑和裂縫；⑥經EB輻照后，一方面，PET纖維的斷裂強力下降，輻照劑量為50kGy時纖維的斷裂強力下降3.8%，之后隨著輻照劑量增加斷裂強力增加，當輻照劑量增加到200kG

7、y時纖維斷裂強力增加到未輻照時的水平，超過這個輻照劑量后纖維的斷裂強力又開始下降；另一方面，經EB輻照后，PET纖維的斷裂伸長率降低，輻照劑量低于175kGy時纖維的斷裂伸長率低于未輻照的PET纖維，當輻照劑量大于175kGy時，纖維的斷裂伸長率隨著輻照劑量的增加而增加，且高于未輻照的PET纖維；⑦當輻照劑量低于350kGy時，EB輻照的PET織物的滴水擴散時間低于未輻照織物，說明輻照后PET織物的親水性能有所提高。高于350kGy時，

8、其滴水擴散時間反而增加，織物的親水性能下降。與等離子體改性高分子親水性能一樣, EB輻照PET織物同樣存在“即時效應”，隨著放置時間的延長，織物的親水性能下降。
　?。?）PET纖維EB輻照抗菌接枝改性研究。通過EB輻照，在PET纖維表面接枝丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEA），并進行季胺化處理，制備具有抗菌性能的改性PET纖維。研究了輻照劑量、單體濃度、浴比和溶劑等因素對接枝率的影響，并對EB輻照接枝共聚的機理和動力學進行了探討。①

9、以甲苯為溶劑，采用共輻照接枝共聚方式，將DMAEA成功接枝到PET纖維表面。隨EB輻照劑量和單體濃度的增加，接枝率增加；隨著浴比的增大，接枝率呈現先增加后降低的趨勢。本實驗中最佳的共輻照反應條件為：輻照劑量100kGy、單體濃度50%、浴比1:20。②通過碘甲烷對PET表面接枝的PDMAEA進行季胺化處理的效果比氯化芐好，季胺化處理可以構建基于聚陽離子改性的PET抗菌表面?？咕阅軠y試表明，接觸60min后，經碘甲烷季胺化處理的接枝樣品

10、的抑菌率為75%，而經氯化芐季胺化處理的接枝樣品的抑菌率為60%；且隨著改性纖維與細菌接觸時間的延長，抗菌性能明顯增強。
　　（3）PET纖維EB輻照親水接枝改性研究。以2-丙烯酰胺基-甲基丙磺酸（AMPS）和丙烯酸（AA）作為共聚單體，采用EB輻照，在PET纖維表面接枝共聚，以提高PET纖維的親水性能。研究雙組份接枝單體在PET上的接枝情況，考察了輻照劑量、雙組份單體濃度、浴比、阻聚劑用量和AA/AMPS摩爾比對接枝率的影響。結

11、果發(fā)現：①隨著輻照劑量和單體濃度的增加，AA/AMPS在PET纖維上的接枝率增加，超過30kGy后接枝率增長趨緩；浴比和阻聚劑用量對接枝率有一個最大值；隨著AA/AMPS比例的降低，接枝率先升高后降低，也存在一個最佳值。本實驗最優(yōu)化的反應條件為：輻照劑量30kGy、單體濃度50%、浴比1:35、FeSO4·7H2O用量為1.75×10-2mol/L和AA/AMPS的摩爾比為9:1。②在PET纖維上單獨接枝AMPS非常困難，接枝率非常低，

12、而共聚接枝AA/AMPS的接枝率高于分別單獨接枝AA和AMPS的接枝率，可見AA和AMPS在接枝共聚時具有協(xié)同作用。③AA/AMPS被成功接枝到PET纖維表面，接枝后纖維的晶體構型沒有變化，但是結晶度都有不同程度的提高；接枝后 PET纖維的熔點稍微提高，但是TG表明，失重5%、10%、45%及最大失重率峰值的溫度都降低，并且接枝率越高、相同失重率時的溫度越低。④隨著 AA/AMPS接枝率的增加，PET纖維的回潮率增加，接枝率20%時回潮

13、率達到2.63%；接枝率12.4%時，芯吸高度由未接枝的4.6cm升高到11.2cm，且水洗后芯吸高度基本沒有變化。
　?。?）PET纖維EB輻照保濕、親膚功能改性研究。采用先在PET纖維表面輻照接枝醋酸乙烯酯（VAc）和丙烯酸縮水甘油酯（GMA），然后通過化學反應在其表面通過共價鍵分別固著膠原蛋白和玻尿酸的技術途徑，制備了具有保濕、親膚性能的PET纖維，提供了一種新的方法。1）研究了輻照劑量、單體濃度、浴比和阻聚劑對VAc接枝率

14、的影響，考察了HCl濃度、處理時間對聚醋酸乙烯酯水解程度，以及不同膠原蛋白濃度對纖維表面固著的影響。結果表明：①隨輻照劑量的增加，VAc接枝率增加，且單體濃度、浴比和CuSO4用量都有一個最佳值。本實驗中，最優(yōu)化的反應條件為：輻照劑量100kGy、單體濃度60%、浴比1:30和CuSO4用量為0.5%（w/w）。②隨著HCl濃度和處理時間的增加，表面接枝聚醋酸乙烯酯樣品的水解程度增加，樣品的芯吸高度由純PET織物的4.63cm增加到8.

15、6cm。③通過戊二醛作為橋接將膠原蛋白固著到纖維表面，改性 PET織物的親水性能進一步提高，芯吸高度升高到13.2cm，且水洗5次后樣品的吸濕性能仍然很好，其芯吸高度為11.8cm。④FT-IR/ATR、SEM和XPS等手段分析顯示，膠原蛋白通過共價鍵的形式固著到PET纖維的表面。⑤表面固著膠原蛋白的PET織物與皮膚貼合三天后，皮膚摸起來比較濕潤、潤滑，效果要比純 PET織物的好，皮膚沒有過敏或刺癢的感覺。2）研究了輻照劑量、單體濃度和

16、浴比對GMA接枝率的影響，并通過開環(huán)反應以共價鍵連接玻尿酸，考察了不同濃度和處理時間對表面固著玻尿酸的影響。結果表明：①隨著輻照劑量和單體濃度的增加，GMA接枝率增加，浴比為1:25時接枝率出現最大值，與接枝醋酸乙烯酯的規(guī)律一致。②在玻尿酸濃度為0.3g/100ml時，改性 PET織物的吸水率和芯吸高度分別為124.3%和14cm，并且隨著處理時間的增加，樣品表面固著的玻尿酸含量和吸水率增加。經過5次水洗后, PET織物表面固著玻尿酸的

17、密度從0.94g/m2降到0.62g/m2，PET織物的芯吸高度從14cm下降到10.1cm，表明其仍然具有較好的吸濕性能。③表面固著玻尿酸的PET織物與皮膚貼合時間越長，皮膚表面越濕滑、滋潤，但是要比表面固著膠原蛋白的PET織物貼合效果整體感覺差一點。
　　本文通過對EB輻照后的PET纖維及織物的結構和性能的研究，指出了輻照后自由基的產生是 PET纖維表面改性和功能化的基礎。并采用EB輻照手段，分別制備了具有抗菌、親水、保濕親膚