共混改性聚合物纤维

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1、碱性共聚酰胺共混改性PTT纤维的性能研究(南通大学化学化工学院高分子材料与工程132朱梦成1308052064)摘要将聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、添加剂碱性共聚酰胺和聚乙基甲基丙烯 酸锌(Surlyn)在哈克流变仪中共混，并制得共混纤维。研究了共混物的相容性以 及共混纤维的染色性。结果表明:加人Surlyn后，共混物相容性大大改善，添加 剂分布趋向均匀，共混物中PTT/添加剂/Surlyn质量比为95/5/2.0时，增容效 果最佳；当纤维中三胺摩尔分数小于5%时，添加剂对共混纤维的力学性能影响 不大。当纤维中三胺摩尔分数为3%时。纤维取向度为86.2%;当纤维中三胺摩尔 分数为5%时，纤维

2、对酸性红BG的上染率达71.3%。色牢度不低于4级。关键词碱性共聚酰胺；共混改性；相容性；染色化学循环；最新进展；聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT )属于缩聚型高分子材料，由于高分子链紧密敛 集，结晶度和取向度较高，分子结构中又缺乏能和染料分子发生反应的活性基团， 因此染料分子不易进入纤维内部。酸性染料价廉、色谱齐全、色泽鲜艳，酸性 染料可染聚酯的应用前景广阔悼J。将含有氨基等碱性基团的聚合物混入m中， 可以使其实现酸性染料的可染J。为使哪达到酸性染料可染，通常在Prr中引入 的第三组分为含氮的二元酸，二元醇或羟基酸，或者是胺(叔胺、季胺)类化合物。 作者利用己二酸二甲酯与三胺类物质通过酯交换合成

3、出了新型的碱性共聚酰胺 M。该聚合物作为一种新型的添加剂，与聚酯共混纺丝，可使PTT纤维实现酸性 染料可染。1. 实验1.1原料碱性共聚酰胺添加剂：自制；m切片：工业级，特性粘数为I. 0dL / g，杜邦公司产；增容剂聚乙烯基甲基丙烯酸锌(Surlyn):美国Aldrich chemical公司产；醋酸钠、冰醋酸、缓染剂阿白格Set:汽巴精化有限公司产； 酸性红BG：市售。1.2仪器Haake转矩流变仪：RC90型，德国Haake公司制；熔融纺丝机：直 径25 mm，喷丝板孔数36孔，日本ABE公司制；Barmag 30B拉伸机：德国Barmag Spinzwim公司制；NEXUS-670型

4、傅立叶红外.拉曼光谱仪：美国Nicolet公司制； D/max 一 2550PC 18kW转靶x射线衍射仪：日本理学公司制；JSM-5600LV型电 子显微镜：JEOL El本电子株式会制；Baoling RY-25012常压型染样机、UV 一2100型分光光度计、SF600电脑测色配色仪：美国Datacolor公司制。1.3共混物试样制备将添加剂在100120C真空干燥24h, Surlyn在60 一 80C真空干燥12 h, 将干燥好的P11、添加剂与Surlyn按一定配比混合均匀，在Haake转矩流变 仪的密炼机上塑化共混，温度为250C，转速为40 r / rain，混合时间为5 mi

5、n, 共混物试样1，24, 3。，4，5中PI r/添加剂/ Surlyn的质量比分别 为 95 / 5 / 0, 95 / 5 / 0. 25, 95 / 5 / 1. 0, 95 / 5 / 2. 0. 95 / 5 / 2. 5。1.4纤维试样的制备将添加剂与PTT切片先按照一定的比例共混，再加入质量分数2%的Surlyn。 将共混物拉成条后，在切粒机上造粒，得到共混m切片。将切片放在干燥箱中预 结晶8h,温度为80 一 100C,然后放入真空干燥机中干燥24 h,温度为120C。 在熔融纺丝机上进行纺丝，纺丝温度2502800C,纺丝速度6001 200 m/min。 两道拉伸，接触式

6、加热，拉伸3倍。纤维试样1为PTT纤维，试样2不含Surlyn, 三胺摩尔分数为1%,试样3, 4, 5, 6, 7中三胺摩尔分数分别为1%, 2%, 3%, 4%, 5%。1.5共混纤维的染色共混纤维染色之前先进行预处理将质量为2 g的纤维用非离子表面活性剂白猫超强洗涤剂溶液(2 s/L)在 60C、浴比为50： 1条件下处理30 min，洗干净后放在去离子水中待用。然后 用移液管移取适量的酸性红BG染液于锥形瓶中，再加入适量的缓染剂和缓冲液， 然后加去离子水至100 mL。将纤维加入锥形瓶中，摇匀，使纤维全部浸入液体 中。然后将锥形瓶放置在常压型染样机中，按上述染色工艺进行染色，染色完毕

7、后将上述残液和空白染浴在分光光度计上分别测得其吸光度，因染浴太浓，将其 稀释25倍后进行测试。按文献5计算染色后纤维的表面深度(K/S值)、上染 率(E)和总固色率(r)。1.6性能测试红外光谱：采用NEXUS670型傅立叶红外.拉曼光谱仪测试，扫 描范围为4000400cm,分辨率为2 cm。形态结构：将共混试样置于70C的甲 酸中刻蚀10 min，经刻蚀后，由扫描电子显微镜(SEM)观察试样断面形态。力学 性能：在岛津AGS500纤维强力机上测试，夹持长度为25 em，拉伸3倍。结晶 度和取向度：用x射线衍射仪进行测试。根据文献6计算纤维的结晶度(ot)和 纤维的取向度。染色性能：按GB/

8、T 3920-1997(纺织品色牢度试验耐摩擦色牢 度，在Y571B型染色牢度摩擦仪上进行。按GB/T 3921. 3 一 1997纺织品 色牢度试验耐洗色牢度：试验3，在SW28A型耐洗色牢度试验机上进行。组合 试样的制备参照GB / T 6151 一 1997中纺织品色牢度试验通则。染色后纤维 的表面深度在Datacolor SF600型电脑测色配色仪上测得，使用D65光源。2. 结果与讨论2.1共混试样的相容性2.1.1共混试样的红外光谱从图1可以看出，m的酯羰基结构出峰于720cm 一处。44试样中该峰位移了 2个波数，于718cm 1处。这是由于高温混炼时，m与添加剂充分混合，冷却后

9、， Surlyn分子链上的zn2+与PrI上的酯羰基发生配位，形成一 COOzn结构，使 其力常数减小，从而向低波数位移。同样，试样中添加剂的CN振动峰位于1 546 ca叫处，而试样的该峰也位移了 2个波数，于1544cm 一处。由于Surlyn游离 出来的Zn+和添加剂的端基（一 NH：）发生配位，形成一 NHzn2+的结构，使其 力常数减小。图1共和试样的红外光谱H胃.I LFL ipeclni M hlernl sanrplm图1共混试样的红外光谱FigIR spectra of blend samplesSurlyn分子链 上的zn可以与Prr、添加剂上的酯羰基、端胺基发生配位，从而

10、可使Surlyn与 PTT、添加剂间有较好的相互作用以改善其界面相容性。2.1.2共混试样的SEM分析由图2中1。试样扫描照片可看到，简单共混成的P1w添加剂体系出现明显 的晶相分离，作为分散相的添加剂相互聚集形成大小不一的球粒，两相之间有清 晰界面，分散相尺寸较大且分布不均，这是典型的不相容合金的形态。这表明了 P1fI、添加剂的简单共混物的相容性很差。加入Surlyn后，分散相添加剂的尺 寸变小，分布趋向均匀且断面粗糙得多，微孔特别是100 nm左右微孔的数目明 显增多，34试样还可看到许多银纹状物的存在，显示韧性断裂的特征，说明 Sur-lyn在两相之间起到了增容效果。Surlyn的加入

11、有利于改善PTT、添加剂之 间的界面相容性，降低二者的相分离程度，当所加Surlyn的量合适时，添加剂 以较小的微粒分散于共混体系中，当PIW添加剂/ Surlyn为95/5/2. 0时， 即试样4。增容效果最佳。可见Surlyn的加入使P1T /添加剂共混物的晶区的相 容性得到了改善。当PIT/添加费/ 1 / Surlyn质量比为95/5/2. 5时，即试 样5。的分散相尺寸反而稍有增大，而且粒径的大小又趋于不均匀，这是由于 Surlyn自身分子链间的作用力较大而使添加剂聚集成较大的颗粒，出现应力集 中点，共混体系相分离程度反而增大，材料断裂倾向于脆性断裂方式旧J，导致 其增容效果变差。1

12、332典戒试样的EM.册片Fig. 2 SEM imagn- of blertdi umfiki2.2共混纤维的力学性能及超分子结构由表1可知，断裂伸长和拉伸强度随添加剂含量的增加而下降。这表明碱性 共聚酰胺添加剂与PrT基质是不相容的。正如前面相容性分析，添加增容剂是必 要的，在纤维中三胺摩尔分数小于5%，添加剂对纤维力学性能的影响不大。共混改性PTT耕雄的力学性他TsKk 1 M如laniB fKraperiieS- nf mnddliM PTT ftlnr成样单篷拽UN，断聪停a12.343. L6泓322.3S4.某31,257.285简32.27*.瓯42.30虫建点4i7, IS8

13、6.052.264 .部也宕S6-264.2327.141.685.772-412J&.339.5注新堆中如烦的质It分散为L %廓由表1还可以看出，哪纤维的取向度最低，试样5的取向度最高为86. 2%。 这是由于添加剂和Surlyn的加入，有效的降低了 Prr分子之间的作用力，使其 在实验条件下拉伸时分子链容易舒展并有效排列，从而使共混纤维的取向度有了 明显的提高。但是当添加剂含量较大时，降低了 m与添加剂之间的相容性，尽管 加入了 Surlyn，但是分子之间的相容性不如试样5的好。试样的结晶度随着添 加剂含量的增多，呈现递减趋势，这有利于纤维的染色。2.3共混纤维的染色性能从表2中可以看出

14、，未加入添加剂时，因为没有可以吸收酸性染料的基团， 纤维不上染，加入添加剂以后，E有了明显的改善。随着三胺含量的增加，E逐 渐提高。当纤维中三胺摩尔分数为5%,纤维E达71. 3%, r为60. 2%。通过 引入含有碱性基团的共聚酰胺添加剂，m纤维对酸性染料具有亲和性。这是由于 添加剂中的氮容易生成季胺化合物，接纳酸性介质中的氢离子而带正电荷，这种 正电荷集中在聚合物主链的碱性基团上，作为吸收酸性染料的染色位。酸性染料 主要依靠范德华力和氢键上染纤维，染液的pH值在等电点以下，纤维带正电， 染料阴离子主要依靠静电引力被纤维吸附，染料扩散进入纤维以后，与一 NH 一 生成离子键结合，从而使纤维上

15、染。共混理性PTT肝率的find nod 由 X PTT bkiid tthtrK/SiJl%呈诜后11_41Q.6516.6S33.8Wk 349_463.Q板8525.1M-I65,231.78洞漕68,9睫.328.123-77L360.2由表3可知，随着共聚酰胺添加剂的加入，试样的耐摩擦牢度和耐洗色牢度 都有了一定的提高。单纯的m纤维用酸性染料染色时，颜色比较浅，且皂洗时易 产生浮色。加入添加剂的之后，由于添加剂中酰胺基团及氨基的引入，改善了纤 维对染料的亲和力，染料渗透均匀，染料与纤维结合好，表面浮色除净，耐摩擦 牢度和耐洗色牢度得到了提高，均不低于4级，染色质量得到改善。衰3 蹬性丑BG染料果色的肝雄牲牢度J Cnlcrr hflimw oF flhcr dytd with red BGW祯干湿魅3444-545444-554-54445444-374-3444-53. 结论a. Sudyn分子链上的Zn2+可以与肿、添加剂上的酯羰基、端胺基发生