聚丙烯-有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體系制備與結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、本研究以聚丙烯(PP)為基體，首先合成與聚丙烯具有良好復(fù)配性能的聚苯乙烯(PS)及聚苯乙烯雜化材料(Hy-PS)，然后系統(tǒng)研究PP/PS，PP/Hy-PS共混體系性能、該改性共混體系細(xì)旦共混纖維的成形、并著重分析纖維成形過程中有機(jī)分散相(PS)形態(tài)的演變與無機(jī)微納顆粒的分散性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該共混體系成纖過程的分散相形態(tài)的可控。最終制備含有原位納米尺度梯度分布的PS相微纖結(jié)構(gòu)及良好無機(jī)微納顆粒分散性的改性PP復(fù)合纖維，結(jié)合分散染料可染的細(xì)旦

2、聚丙烯纖維染色工藝研究，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)/無機(jī)同步復(fù)合改性細(xì)旦可染聚丙烯纖維的研制。通過研究得到如下結(jié)論：
　　 以乙醇為分散介質(zhì)，采用鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)Y2O3粒子進(jìn)行表面修飾，有效提高了Y2O3微納粒子在有機(jī)溶劑苯乙烯中的分散性與穩(wěn)定性。Y2O3粒子的表面修飾效果受偶聯(lián)劑用量的控制存在最優(yōu)的配比，紫外可見光譜及透射電鏡分析表明，以12％比例修飾Y2O3粒子后，其粒子簇較松散，團(tuán)聚程度最小，分布較均勻，分散性最佳。通過紅外光譜分析可知，

3、鈦酸酯偶聯(lián)劑與Y2O3微納粒子之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)存在著化學(xué)吸附和物理吸附。通過靜態(tài)接觸角測(cè)量可知，經(jīng)過偶聯(lián)劑修飾的Y2O3微納粒子在水相和油相(苯乙烯相)中的接觸角和自由能都有所提高，并且隨著偶聯(lián)劑用量的增加而增大。
　　 采用原位懸浮聚合制備了Hy-PS(Y2O3)和Hy-PS(Garamite)兩個(gè)雜化體系。Hy-Ps(Y2O3)體系，在固定單體苯乙烯用量的情況下，隨Y2O3粒子用量的增加，Y2O3-PS雜化材料中Y2

4、O3微納粒子的包覆率降低。在固定Y2O3和單體苯乙烯用量情況下，隨BPO引發(fā)劑用量的增加，Y2O3微納粒子的實(shí)際含量先增加后降低。而在固定單體苯乙烯用量，改變引發(fā)劑BPO用量的情況下，鈦酸酯偶聯(lián)劑的含量對(duì)Y2O3微納粒子的實(shí)際含量有很大的影響。SEM及電子能譜掃描表征結(jié)果顯示，經(jīng)表面修飾的Y2O3粒子較均勻地分散在Y2O3-PS雜化材料中。Hy-PS(Garamite)體系，當(dāng)膨潤(rùn)土的添加量超過8％時(shí)，聚合產(chǎn)物PS/Garamite粒子

5、中膨潤(rùn)土含量隨膨潤(rùn)土用量增加變化不大。光譜分析可以確認(rèn)原位懸浮聚合產(chǎn)物粒子中存在PS及有機(jī)改性的膨潤(rùn)土Garamite。XRD表明聚合反應(yīng)前后膨潤(rùn)土的層間距變化不大，在原位懸浮聚合過程中，未發(fā)生苯乙烯在膨潤(rùn)土片層中的插層聚合反應(yīng)，聚合產(chǎn)物的TEM測(cè)試結(jié)果表明膨潤(rùn)土在聚合產(chǎn)物中分散性良好。
　　 PS/PP、Hy-PS/PP共混體系性能研究表明，PS及Hy-PS的加入影響了PP的結(jié)晶形態(tài)，使共混體系結(jié)晶速率增加。PS/PP和Hy-

6、PS/PP相同比例的共混體系Hy-PS/PP對(duì)于PS/PP體系，其熔融峰位置向低溫偏移，體系熔點(diǎn)略低，其結(jié)晶峰位置向高溫偏移，結(jié)晶溫度有較明顯的提高。動(dòng)態(tài)溫度掃描結(jié)果顯示，共混體系的表觀粘度、損耗模量、儲(chǔ)能模量都隨著溫度的升高而降低。同等PS含量下，由于雜化體系中Y2O3和膨潤(rùn)土的引入，Hy-PS/PP體系的表觀粘度、損耗模量、儲(chǔ)能模量高于PS/PP體系。
　　 Hy-PS/PP共混體系纖維成形研究表明，在共混改性體系制備中采用

7、預(yù)混捏合工藝和靜態(tài)混合器，在紡絲成形階段采用金屬砂代替?zhèn)鹘y(tǒng)的海砂，保證了PS/PP共混體系和Hy-PS/PP共混體系的熔融紡絲成形，紡制的改性纖維的單絲纖度均小于1dtex，達(dá)到了細(xì)旦化的要求.在同等牽伸倍數(shù)下，Hy-PS/PP共混纖維比PS/PP共混纖維的聲速模量有所增加。在相同牽伸倍數(shù)下，PS/PP纖維和Hy-PS/PP纖維的結(jié)晶度比純PP的結(jié)晶度低，PS/PP和Hy-PS/PP改性共混纖維的斷裂強(qiáng)度較純PP略有降低，但降低的范圍仍

8、能滿足紡織后加工的要求。
　　 無機(jī)、有機(jī)添加劑在共混纖維中的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究表明，無機(jī)分散相在共混纖維表面分布均勻，在共混體系內(nèi)有部分軟團(tuán)聚，但總體分布較均勻，且富集于PP與PS相界面間。有機(jī)分散相從計(jì)量裝置進(jìn)入噴絲孔階段的剪切流動(dòng)開始形變，在重力絲階段微纖化和梯度化有一定的雛形，最終在初生纖維的單軸拉伸成形階段形成了分散相的兩維梯度相分布，且隨著卷繞速度的增加，纖維內(nèi)部分散相微纖化和徑向梯度分布加劇，在高速卷繞下發(fā)生PS微纖破裂

9、。LDPE/PA6和PP/PS共混體系經(jīng)熔融紡絲初生纖維單軸拉伸成形后，分散相在纖維橫截面呈現(xiàn)相反的梯度分布，這一差異的形成主要是組成成分特性和紡絲線上溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的不同而引起的.
　　 改性共混纖維染色性能研究表明，染色條件，如染色溫度、時(shí)間、浴比、PH值和助劑等對(duì)PP/PS共混纖維的染色效果均有影響.由于Hy-PS(Y2O3)/PP共混纖維表面中所含有的納米雜化Y2O3在冰醋酸的作用下形成了Y離子，該離子與分散染料能形成絡(luò)

10、合物，使得染料能夠更好的吸附在共混纖維表面，不容易脫落。而Hy-PS(Garamite)/PP共混纖維中膨潤(rùn)土存在大量的羥基，可提高與染料分子的親和作用，因此，在相同的染色條件下，相近規(guī)格(纖度、取向度、結(jié)晶度相近)的共混纖維，Hy-PS(Y2O3)/PP和Hy-PS(Garamite)/PP體系的上染率、染色深度K/S值、顏色飽和度C*值都較PP/PS體系有著進(jìn)一步的提高。耐摩擦牢度、皂洗牢度和耐汗?jié)n牢度試驗(yàn)表明，改性共混纖維的染色牢