聚丙烯-超細(xì)羽絨粉體復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、在紡織工業(yè)中，只有等規(guī)立構(gòu)聚丙烯(iPP)可以被用來生產(chǎn)紡織纖維，這是因?yàn)閕PP纖維具有較高的結(jié)晶度和取向度，規(guī)整性較好。因此，iPP纖維被廣泛的用作縫紉線、繃帶、織物袋和生物醫(yī)用材料。但是，由于iPP纖維缺乏染色性能，限制了其在紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用。羽絨是一種天然的蛋白質(zhì)纖維材料，除了少量的用于服裝和床上用品中作保暖填充材料以及在復(fù)合材料中作為增強(qiáng)材料之外，大部分只是簡(jiǎn)單加工處理用作飼料或采用發(fā)酵等方法進(jìn)行降解，造成了大量的浪費(fèi)。相對(duì)于

2、羊毛纖維，羽絨纖維表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性能。因而，由羽絨纖維制備的超細(xì)粉體更適合作為iPP纖維的填充材料，制備iPP/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合纖維，改善iPP纖維的染色性能、回潮率和親水性能。
　　 本文首次探討了超細(xì)羽絨粉體的熱穩(wěn)定性能，研究了粉體粒徑對(duì)其熱穩(wěn)定性能的影響，獲得了超細(xì)羽絨粉體進(jìn)行熔融加工的溫度范圍。本文使用的超細(xì)羽絨粉體平均粒徑為2.34μm,82％超細(xì)羽絨粉體的粒徑低于4μm,65％超細(xì)羽絨粉體的粒徑集中在1-2μm，

3、超細(xì)羽絨粉體外觀形貌為圓形、蝌蚪形或針狀形。相比羽絨纖維，超細(xì)羽絨粉體具有較高的比表面積和回潮率。羽絨纖維及其粉體存在四個(gè)吸熱特征峰:第一個(gè)吸熱峰為回潮率;第二個(gè)吸熱峰為結(jié)晶區(qū)的解體;第三個(gè)吸熱峰為-S-S-、氫鍵和鹽式鍵的分解;第四個(gè)峰為氨基酸肽鏈的降解。隨著羽絨粉體粒徑的減小，第一個(gè)吸熱峰逐漸增加，這是由于回潮率增加的緣故;其余三個(gè)吸熱峰逐漸減小，表明其熱穩(wěn)定性能下降。證明了在粉體制備過程中機(jī)械力破環(huán)了羽絨蛋白質(zhì)的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和大分子

4、結(jié)構(gòu)。
　　 分析了羽絨纖維制備成超細(xì)羽絨粉體后的染色性能與機(jī)理。在同一染色溫度和染料濃度條件下，超細(xì)羽絨粉體擁有比羽絨纖維更大的上染率，然而其染色后的色深值(K/S)卻小于羽絨纖維的K/S值。這是由于超細(xì)羽絨粉體對(duì)光的反射系數(shù)與散射系數(shù)均大于羽絨纖維所致。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明超細(xì)羽絨粉體擁有有低溫染色的能力和應(yīng)用前景。超細(xì)羽絨粉體可以被多種酸性染料染色，并可以依靠三原色進(jìn)行配色，開發(fā)出新型顏料體系。
　　 超細(xì)羽絨粉體表

5、面的極性功能基團(tuán)導(dǎo)致其與iPP基體存在界面問題。本文采用硬脂酸接枝改性超細(xì)羽絨粉體的表面，探討硬脂酸改善iPP基體與超細(xì)羽絨粉體相容性的有效性與機(jī)理。ATR-FTIR表明超細(xì)羽絨粉體與硬脂酸發(fā)生了酯化反應(yīng)，并在一定程度上改善了超細(xì)羽絨粉體在水中的分散性。超細(xì)羽絨粉體的填充，在一定程度上破壞了iPP基體的結(jié)晶度，并誘導(dǎo)了iPP基體β型晶體結(jié)構(gòu)的形成，降低了復(fù)合材料中iPP基體的熔點(diǎn)（Tm)，提高了iPP基體的結(jié)晶峰溫度（Tp)。超細(xì)羽絨粉

6、體經(jīng)硬脂酸改性后，顯示出與iPP基體較好的相容性和分散性，提升了復(fù)合材料的力學(xué)性能。復(fù)合材料的親水性取決于粉體的含量，較高的粉體含量可以獲得高親水率，而硬脂酸改性超細(xì)羽絨粉體降低了復(fù)合材料的親水率。
　　 結(jié)晶度和結(jié)晶過程是影響iPP/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合纖維性能的重要因素。采用Avarami方程、Ozawa方程和Mo’方程分析純iPP、iPP/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合材料、iPP/硬脂酸改性超細(xì)羽絨粉體復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，研究了超

7、細(xì)羽絨粉體以及硬脂酸改性對(duì)iPP基體結(jié)晶過程的影響。超細(xì)羽絨粉體在iPP基體中充當(dāng)了成核劑的作用，但同時(shí)降低了iPP基體的結(jié)晶速率，阻礙了iPP基體的結(jié)晶進(jìn)程。在iPP基體結(jié)晶進(jìn)程中，超細(xì)羽絨粉體降低了iPP基體的首次結(jié)晶進(jìn)程，加速了iPP基體的二次結(jié)晶進(jìn)程。超細(xì)羽絨粉體經(jīng)硬脂酸改性后加快了iPP基體的結(jié)晶速率，硬脂酸作為相容劑可以有效的調(diào)節(jié)、控制、優(yōu)化iPP/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合材料的結(jié)晶速率、結(jié)晶進(jìn)程以及結(jié)晶度。經(jīng)Dobreva和Gut

8、zowa方程計(jì)算，iPP/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合材料的成核能力隨粉體含量的增加而增加。通過Kissinger方程和Takhor方程分別進(jìn)行計(jì)算，隨著粉體含量的增加iPP/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合材料的結(jié)晶活化能增加，結(jié)晶能力越來越困難。超細(xì)羽絨粉體經(jīng)硬脂酸改性后，其成核機(jī)理與晶體生長(zhǎng)過程較為復(fù)雜，無法采用Dobreva和Gutzowa方程、Kissinger方程和Takhor方程進(jìn)行詳細(xì)和正確的計(jì)算與分析。
　　 采用不相容相分離原理，通過添

9、加熱塑性聚氨酯(TPU)制備iPP/TPU復(fù)合纖維、iPP/TPU/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合纖維，然后將TPU通過二甲基甲酰胺(DMF)進(jìn)行萃取，制備出iPP多孔纖維與iPP/超細(xì)羽絨粉體多孔復(fù)合纖維。通過調(diào)整TPU的含量控制多孔纖維的孔徑大小和尺寸分布，使超細(xì)羽絨粉體暴露于外界環(huán)境，更好的發(fā)揮其天然蛋白粉體的作用。隨著TPU含量的增加，iPP/TPU復(fù)合纖維、iPP/TPU/超細(xì)羽絨粉體復(fù)合纖維的可紡性降低。實(shí)驗(yàn)證明30％TPU含量在iPP基

10、體中可以形成連續(xù)的分散相，有利于形成連續(xù)的孔隙結(jié)構(gòu)，而且仍然具有可紡性能。高含量TPU經(jīng)過萃取，能夠制得尺寸較大且呈細(xì)長(zhǎng)形分布的孔隙結(jié)構(gòu)，同時(shí)導(dǎo)致單根纖維裂解為多根纖維。隨著粉體含量的增加，iPP/超細(xì)羽絨粉體多孔復(fù)合纖維的回潮率逐漸增加，染色性能逐漸增強(qiáng)，但是iPP/超細(xì)羽絨粉體多孔復(fù)合纖維的水洗色牢度較低。
　　 建立了超細(xì)羽絨粉體表面涂覆iPP纖維的方法。研究了紡絲溫度對(duì)涂覆iPP纖維表面超細(xì)羽絨粉體涂覆量與分布的影響。紡

11、絲溫度越高，涂覆iPP纖維表面超細(xì)羽絨粉體含量越高，分散性越好。超細(xì)羽絨粉體表面涂覆iPP纖維改善了iPP纖維的回潮率、親水性能與染色性能，且可以采用多種染料、不同顏色進(jìn)行上染。涂覆iPP纖維表面超細(xì)羽絨粉體的脫落導(dǎo)致了涂覆iPP纖維具有較差的水洗色牢度。
　　 將染色后的超細(xì)羽絨粉體填充到iPP纖維中，可以獲得色深值較高的iPP復(fù)合纖維。超細(xì)羽絨粉體經(jīng)三原色染色后，可以調(diào)配成色彩豐富的色系，然后填充到iPP纖維中，提供了一種可