2-纤维材料的改性方法.pptx
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2-纤维材料的改性方法.pptx
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,第一节化学改性方法第二节物理改性方法第三节生物改性方法,1,2,第一节化学改性方法,聚合物的化学改性是通过聚合物的化学反应,改变大分子链上的原子或原于团的种类及其结合方式的一类改性方法。
经化学改性,改变了已有成纤高聚物大分子的化学结构,从而改善了纤维的性能或赋予其新的性能,如染色性、吸湿性、抗静电性、防污性、高收缩性、阻燃性等,扩大其应用领域。
化学改性的效果具有耐久性,但成纤高聚物化学结构的改变,在一定程度上也会引起聚合物高次结构的某些变化,从而引发纤维一系列性能的变化。
化学改性方法有接枝共聚、嵌段共聚、无规共聚、交联、大分子链侧基官能团反应、表面化学改性等。
一、接枝和嵌段共聚改性,3,4,接枝和嵌段共聚物都是多组分聚合物,并可能是多相。
通过接枝和嵌段共聚,可以将亲水的和亲油的、酸性的和碱性的、塑性的、高弹性的以及互不相容的两种链段键接在一起,赋予其特殊的性能。
因此,聚合物的接枝和嵌段改性,已成为扩大聚合物应用领域、改善聚合物材料性能的种简单而又行之有效的方法。
从组成考虑,接枝和嵌段聚合物都可称作共聚物但其合成机理与常规的无规、交替共聚有所不同。
自由基聚合、离子聚合、逐步聚合等多种聚合机理几乎都可以产生活性中心。
活性中心在主链上,将进行接枝;活性中心处于末端,则形成嵌段共聚物。
接枝共聚改性,定义:
接枝共聚是指在大分子链上通过化学键结合适当支链或功能性侧基的反应,所形成的产物称作接枝共聚物。
性能决定于:
主链;支链(组成、结构、长度以及支链数)长支链的接枝物类似共混物;支链短而多的接枝物则类似无规共聚物。
实例:
酸性和碱性的共聚物;亲水和亲油共聚物;两种互不相溶的共聚物。
一.接枝共聚原理,形成活性接枝点,产生接枝点,接枝共聚物,接枝共聚活性种提供:
引发剂催化剂,由引发剂化学分解、光、高能辐射等均能产生自由基活性种;阴离子型催化剂、阳离子型催化剂、配位催化剂等能产生离子活性种。
活性点处于链的末端,聚合后将形成嵌段共聚物;活性点处于链的中间,聚合后才形成接枝共聚物。
枝共聚反应中接枝点特征和主链结构,二.接枝共聚方法,接枝方法主要分为:
链转移法、活性基团引入法和功能基反应法。
1.链转移法,定义:
利用反应体系中的自由基夺取聚合物主链上的氢而链转移,形成链自由基,进而引发单体进行聚合,产生接枝。
在链转移接枝中,影响接枝效率的因素:
引发剂、聚合物主链结构、单体种类、反应配比及反应条件等。
接枝效率=,接枝在聚合物上的单体质量+接枝单体均聚物质量,接枝在聚合物上的单体质量,100%,在接枝共聚过程中,通常有三种聚合物混合:
接枝的原聚合物、已接枝的聚合物及单体的自聚或混合单体的共聚物。
如聚合物主链上同时有几种可以夺取的氢,则接枝点往往是在酯基的甲基上。
一般认为,过氧化物苯甲酰(BPO)的引发效率比偶氮二异丁氰(AIBN)好,原因是自由基的活泼性。
通过化学引发剂BPO引发接枝4-乙烯基吡啶,对聚丙烯纤维进行表面改性。
BPO分解为初级自由基(C6H5COO)或次级自由基(C6H5),这些自由基可直接从聚丙烯主链夺取氢原于而产生能够进行接枝的大分子链自由基,进而引发单体进行聚合,产生接技:
接枝共聚改性法可将含有离子交换基团的单体直接共聚。
由这种方法生产的离子交换纤维,其分子链上功能基团分布均匀且含量很高。
例如,聚乙烯醇(PVA)、聚烯烃、聚丙烯腈(PAN)等纤维为基体,接枝苯乙烯再磺化成强效离子交换纤维。
聚丙烯与聚苯乙烯接技共聚,再磺化能使纤维具有苯磺酸基团一阳离子交换基团。
目前,主要的研究方向是通过接枝的方法使纤维获得所得的功能基团。
如将聚烯烃纤维在BPO引发下与苯乙烯接枝共聚,然后通过化学反应引入所得的官能团,制备了强酸性、强碱性和弱碱性离子交换纤维。
2.活性基团引入法,原理:
首先在聚合物的主干上导入易分解的活性基团,然后在光、热作用下分解成自由基与单体进行接枝共聚。
甲基丙烯酸甲酯接枝物,叔碳上的氢很容易氧化,生成氢过氧化基团,进而分解为自由基,由此可利用聚对异丙基苯乙烯支取甲基丙烯酸甲酯接枝物。
注意的问题:
若产生HO和RO类的自由基时,会引发单体自聚。
为了提高接枝效率,需要除去这类自由基,除去方法为应用氧化还原体系。
提高接枝效率方法:
降低反应温度;提高单体和聚合物的浓度;减少主链上的空间位阻。
离子型聚合物也可用此法生产接枝点制备接枝共聚物,某些聚合物不必预先引入易产生自由基的活性基团,直接利用辐射能也能在聚合物的特定部位产生自由基型的接枝点与单体进行共聚。
侧连含有那些容易受辐射照激发产生自由基的结构,如:
3.功能基反应法,含有侧基功能基的聚合物,可加入端基聚合物与之反应形成接枝共聚物,优点:
接枝效率高,接枝的聚合度则由端基聚合物的聚合度决定,所以这种接枝方法可用于高分子材料的分子设计和合成。
4.其它方法-大单体技术合成接枝共聚物,近40年的研究表明,人们可以合成设计的接枝共聚物,即采用大分子单体与小分子单体共聚合成规整接枝共聚物,也就是大单体合成接枝共聚物的技术,这使其不仅在化学领域中应用广泛,在医学、工程材料等领域也有独特的应用。
(1)大单体的制备方法:
定义:
大分子单体指分子链末端具有可聚合官能团的线型聚合物,相对分子质量为1000-20000,末端可聚合官能团一般是不饱和的双键,也可以是环氧基或能再聚合的其它杂环。
合成大单体的关键:
是在线型聚合物末端引入可进一步聚合的官能团。
合成大单体的主要方法有阴离子聚合、阳离子聚合、自由基聚合等方法。
优点:
更简单、更广泛的合成接枝共聚物;能合成数量繁多的接枝共聚物;大单体技术还可将两种性能差异较大的聚合物(如亲水和亲油)以化学键结合。
(2)大单体与小单体合成接枝共聚物技术:
主链由小单体聚合而成;支链为相对分子质量分布均匀的大单体。
聚合物作为还原剂或者氧化剂与小分子的氧化剂或还原剂反应,结果可生成聚合物大分子自由基,引发单体进行接技反应。
例如,以聚乙烯醇为主链、聚丙烯腈为接枝链的接校共聚物,即P(VA-g-AN)的合成,聚乙烯醇主链作为还原剂,四价铈离子(Ce4+)作为氧化剂发生氧化还原反应,生成聚乙烯醇大分子自由基:
用淀粉、纤维素等代替聚乙烯醇也能进行氧化还原接枝反应。
例如淀粉在Ce4+作用下与丙烯腈、丙烯酸或丙烯酰胺的接枝,现有许多文献报道。
25,直接利用辐射能(紫外光、射钱或X射线)和低温等离子体,也能在聚合物的特定部位产生自由基型的接枝点与单体进行共聚。
如PVA在受到射线幅照时发生主链上氢脱离而形成活性中心,进而引发接枝共聚。
在适当条件下聚酯纤维大分子上的亚甲基容易被氧化,氧化后可与乙烯基单体进行接枝共聚反应。
接枝反应时,既可采用化学反应法,也可采用放射线辐照法。
前者需要引发剂或溶胀剂等,多为液相反应。
如果在接枝反应中混合并用几种单体,由于相互诱导作用,一般会取得更好的接枝效果。
26,聚烯烃纤维通过接枝反应,在非极性聚合物分子链上接枝极性官能团,改进其亲水性、粘接性、涂饰性、油墨印刷性。
按枝反应一般采用自由基接枝,主要的接枝单体有马来酸酐及其酯、丙烯酸及其酯、甲基丙烯酸及其酯、丙烯腈、丙烯酰胺等。
聚酰胺纤维接枝丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈,除了一般的引发剂,还可用铈离子引发在聚酰胺6纤维上接枝,用二甲基苯胺和铜离子引发在聚酰胺66纤维上接枝(二甲苯胺可自身氧化产生自由基,而铜离子则起加速作用),用高锰酸钾/硫酸体系引发在聚酰胺66纤维上接枝。
除了化学引发,还可借助光引发和辐射接技。
经接枝改性后,纤维的超分子结构受到某种程度的破坏强度有所降低,伸长率增加,手感变差,但通常对纤维制品的服用性能影响不大。
嵌段共聚改性,一.基本原理,定义:
嵌段共聚物分子链具有线型结构,是由至少两种以上不同单体聚合而成的长链段组成。
嵌段共聚可以看成是接枝共聚的特例,其接枝点位于聚合物主链的两端。
嵌段共聚物可分为三种链段序列基本结构形式:
嵌段共聚类型种类举例,乙烯嵌段共聚物苯乙烯-丁二烯,苯乙烯-异戊二烯丙烯酸类和聚乙烯吡啶乙烯-丙烯嵌段共聚物,碳氢链段共聚物苯乙烯-二烯类,二烯-二烯类聚丙烯酸类和聚乙烯吡丙烯酸类,乙烯吡啶啶嵌段共聚物,表常见嵌段共聚物,续表2-2常见嵌段共聚物,嵌段共聚类型种类举例,醚-醚醚-烯烃醚-酯碳酸酯类碳酸酯-碳酸酯酰胺类酰胺-酰胺,酰胺-醚亚胺酯聚氨酯纤维聚硅氧烷交联环氧树脂,二.嵌段共聚物制备方法,1.活性聚合反应法,常用方法:
在活性阴离子聚合体系依次加入不同单体合成。
SBS的夹层三嵌段共聚物制备,原理:
烯类单体A进行阴离子聚合,直到A全部反应完毕,向体系中加入单体B,聚合物链A阴离子引发B单体聚合,然后终止,生成了AB两嵌段共聚物,终止前若再向体系加入单体C,可继续引发聚合,生成三嵌段共聚物等。
阳离子聚合缺点:
伴有链转移,链终止等反应,较难进行活性聚合。
在较特殊条件下,虽然也曾合成得到少数嵌段共聚物,但尚无工业应用。
2.其它合成方法,在机械力的作用下,当剪切力大到一定的程度,可使主链断裂,形成端基自由基,通过化学反应能产生嵌段共聚物。
(1)力化学法,
(2)偶联法,例子:
两个活性AB-链用1,6-二溴己烷偶联,端基预聚物两端都带有官能团,两种组成不同的预聚物各自的端基官能团不同,但能相互反应。
(3)链交换反应法,两种聚合物融合熔融后,能产生链交换反应,生成部分嵌段共聚物,例子:
聚酯和聚酰胺共热,(4)端基聚合物反应法,有些共聚改性是通过预聚合反应和链增长反应两个阶段制备嵌段共聚物,例如,将预先合成的聚丙烯腈与含羧基、氨基等的乙烯基单体反应,得到AB型嵌段共聚物,该共聚物可制得具有高选择分离性和高水通量的真空纤维膜。
利用己内酰胺开环后所生成的氨基己酸与聚乙二醇的羟基进行酯化反应,制备PA6-PEG嵌段共聚物。
37,二、共聚改性,化学共聚改性中通过在聚合物主链上引入第三、第四组分,从而部分或全部破坏聚合物的结晶性能,改变大分子链的刚性,提高分子链间的相互作用力,或是在大分于结构中引入一定的极性基团,改善聚合物对染料的亲和力。
由于这种改性是在大分子结构中进行的,因此相对于其他的纤维改性而言其效果具有明显的持久性。
38,39,共聚法可用于制备功能化纤维,如阻燃纤维、抗静电纤维、抗起球纤维等。
共聚阻燃改性是在聚酯的合成阶段将阻燃单体与聚酯组分进行缩聚以制备阻燃共聚酯的化学改性方法。
由于阻燃单体固定在聚酯大分子链上,在使用过程中不会发生溶解或渗析现象,因而这种改性方式具有相对的持久性,毒性较低。
阻燃单体:
丙烯酸五溴苄酯,40,用PEG作为抗静电剂,PEG-PET作为相容剂,进行PET、PEG、PEG-PET三元共混纺丝,可以减少PEG的用量,获得持久的抗静电效果。
也可在PEG-PET共聚体中再加入第三共聚体聚氧化乙烯醚(PON),形成嵌段共聚(酯一醚)型抗静电剂,再与PET共混纺丝,制得具有抗静电性能的改性涤纶。
共聚合法制备抗起球纤维是通过与第三、第四组分共缩聚并引入抗起球剂来制备抗起球聚酯的一种方法。
共聚合的主要目的是在纤维中引入适当比例的弱键,然后在整理及加工过程中令这些弱键分解,使纤维强度降低,从而达到抗起球的目的。
其中的第三、第四组分包括SIPM(间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠)、聚醚、含硅氧结构化合物等。
41,腈纶本身即为一种二元或三元的改性共聚物,通过共聚改善了其弹性、可纺性和染色性等。
通过与适当的单体共聚,其他的一些重要性能,如吸湿性、抗静电性、阻燃性等也都可以得到改善。
42,已有的商品化芳香族聚酰胺如Kevlar只溶于浓硫酸,不溶于其他溶剂,因此其加工成型困难。
高性能芳香族聚酰胺的共聚改性大都以聚对苯二甲酸对苯二胺(PPTA)为基础。
在PPTA共缩聚改性中,其性能的改变与加入的第三、第四单体的结构有关。
43,共聚改性的优点是改变了大分子的结构,从根本上改变了大分子的性质,因而纤维的性能改变是永久性的;缺点是改性剂的量很难控制,过多或过少都会使纤维丧失原有的一些优良性能,并造成纺丝困难。
44,化学反应改性是利用聚合物大分子上的反应性基团按分子设计进行化学反应,从而改合物的性能或提供特殊功能。
聚丙烯腈(PAN)大分子的侧基是氰基(-CN),其极性强,较活泼,可进行各种化学反应。
PAN纤维在受热时(400),相邻氰基间发生缩合反应,脱氢形成由萘啶环构成的梯形大分子。
此时PAN纤维具有优良的阻燃性和耐热性,称为预氧化纤维。
经进一步热处理(400-1000),脱去杂原子,形成碳纤维。
氰基部分水解成羧基,可制得抗静电腈纶;再经过交联反应,可制得高吸水材料;将氰基水解为羧基和酰胺基,可制得离子交换腈纶。
45,46,纤维交联的目的主要是为了改善纤维的水溶性和力学性能。
利用酸酐及醛与壳聚糖纤维表面的-NH2反应可对壳聚糖纤维交联,酸酐交联的壳聚糖纤维不溶于水且强度也可提高,而醛交联的纤维在提高纤维强度的同时,往往易使纤维变脆。
丁烷四羧酸对粘胶纤维的交联改性:
47,五、表面化学处理改性,聚合物材料表面惰性、憎水性,界面劣化表面处理改性是通过化学和物理方法,改变已有成纤高聚物大分子的表面化学结构及粗糙程度,以达到改善纤维的表面性能的目的。
对纤维表面涂层、氧化、刻蚀、减量处理等可改变纤维的许多性能,如强力、伸长、磨擦、比表面积、吸湿、吸色等。
(一)表面氧化处理,目的:
改变聚合物的表面粗糙度及表面极性基团的含量,48,49,碳纤维表面有很多孔隙、凹槽、杂质及结晶等,主要由碳和少量的氮、氧、氢等元素组成。
(PAN碳纤维中的碳含量约95%,石墨纤维碳含量达99%以上)碳纤维表面只含碳、氢、氧元素,未经表面处理的碳纤维表面约含有16.5%羟基、3.4%羰基,由于极性基团的含量很少,不利于其与基体树脂的粘结。
碳纤维SEM形貌,复合材料界面相,气相氧化法,通过氧化纤维表面,从而引入极性基团,并给予适宜的粗糙度,来提高复合材料界面的粘接强度和材料的力学性能。
介质:
热空气或其中混合了一定量的空气、O2、O3、CO2、CO、SO2、水蒸气等气体的混合气体。
处理温度:
一般400-600。
反应时间:
根据碳纤维的种类和所需氧化程度而定。
50,石墨纤维的表面处理,优点:
设备简单,反应时间短,容易和CF生产线衔接起来,无污染,可连续处理。
缺点:
反应较难控制,易使纤维纵深氧化,使CF拉伸强度损伤大。
处理时应避免过度氧化,51,液相氧化处理,常用的处理方法之一,主要是去掉碳纤维表面的弱界面层WBL,引入各种极性官能团而提高复合材料的界面粘接性能。
最常用的氧化剂:
硝酸用硝酸氧化碳纤维,可使其表面产生羧基、羟基和酸性基团,氧化后的碳纤维表面所含的各种含氧极性基团和沟壑明显增多,利于提高纤维与基体材料之间的结合力。
比气相氧化温和,一般对碳纤维不产生过度的凹坑和裂解,在一定条件下含氧基团数量较气相氧化多。
52,53,高性能纤维聚对亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维具有超高的耐热性能和超强的力学性能,用其制备的复合材料在航天、航空和国防等高新技术领域有重要的应用前景。
由于PBO纤维表面缺少强极性基团,在复合材料中极易在复合界面形成弱点,从而限制了其应用。
强质子酸如多聚磷酸、甲基磺酸等可使PBO分子链中的杂原子质子化,降低分子间的相互吸引力,减少分子间的相互作用能,并通过化学氧化溶解刻蚀PBO纤维皮层,甚至使其暴露出内部微纤结构,增加了纤维表面的粗糙程度,达到改善纤维与树脂间界面结合的目的。
PBO:
54,
(二)表面涂层处理,气相沉积法表面电聚合偶联剂涂层聚合物涂层表面生成晶须法,55,气相沉积法,把碳纤维加热到1200,用甲烷(乙炔、乙烷)一氮混合气体处理,甲烷在碳纤维表面分解,形成无定形碳的涂层。
处理后所得到的复合材料层间剪切强度可提高2倍。
先用喹啉溶液处理碳纤维,经干燥后在1600下裂解,所得到的复合材料层间剪切强度可提高2.7倍。
还可以用羧基铁、二茂铁和酚醛等热解后的沉积物来提高其界面性能。
56,57,表面电聚合,表面电聚合技术是近年来发展起来的碳纤维表面改性的一项新技术。
在电场的引发作用下使物质单体在碳纤维表面进行聚合反应,生成聚合物涂层,从而引入活性基团,使纤维与基体的连接强度大幅提高。
如在水相条件下,在碳纤维表面电化学聚合吡咯,聚合后纤维表面自由能可提高40%,从而使纤维对树脂基体如环氧、聚酰胺的浸润性大大改善。
58,偶联剂涂层,偶联剂在化学结构上具有双宫能团,一部分官能团能与纤维表面反应形成化学健,另一部分官能团与树脂反应形成化学键。
这样偶联剂就在树脂与纤维表面起到一个化学煤介的作用,将二者牢固地连在起。
用偶联剂处理的优点在于不损伤纤维本身的力学性能且有较好的界面改性效果。
偶联剂类型,有机硅烷类偶联剂有机铬络合物偶联剂钛酸酯偶联剂,n=03,(Volan沃兰),59,常用表面处理偶联剂,60,61,偶联剂涂层,PBO纤维偶联剂处理前后的单丝拔出强度,62,聚合物涂层,碳纤维经表面处理后,再使其表面附着薄层聚合物的处理,即上浆处理。
这层涂覆层既保护了碳纤维表面,同时又提高碳纤维对基体树脂的浸润性。
常用的聚合物有聚乙烯醇、聚醋酸乙烯、聚缩水甘油醚、酯环族环氧化合物等,这些聚合物都合有两种基团,能同时与碳纤维表面及树脂结合。
63,表面生成晶须法,在碳纤维表面,通过化学气相沉积生成碳化硅、硼化金属、TiO2、硼氢化合物等晶须,能明显提高复合材料的层间剪切强度,并且晶须质量只占纤维的0.5%-4%,晶须含量在3%-4%时层间性能达到最好。
第一节化学改性方法第二节物理改性方法第三节生物改性方法,64,65,等离子体改性高能射线改性电晕处理共混改性超声波改性紫外线照射改性纤维成型及后加工方法超临界二氧化碳技术,66,通过等离子体处理,可产生以下效果:
使碳纤维表面的沟槽加深,粗糙度增加在纤维的表面产生了一些活性基团如COOH,COO,OH,-CO等,等离子体改性,等离子体(plasma)是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态,常被视为是物质的第四态,被称为等离子态,或者“超气态”,也称“电浆体”。
改善纤维的浸润性、粘接性、亲水性、染色性、物理或电性能,以及纤维表面的消毒和清洁等。
67,高能射线改性,常用的高能射线主要是射线和高能电子束(射线)。
辐射增加了纤维表面的活性基团,使纤维的表面粗糙度和湿润性有显著提高,增加了表面自由能,且对纤维无损害,是一种可以用于工业生产的有效方法。
采用60Co-射线共辐射技术改善碳纤维因表面光滑和化学惰性,克服其与树脂基体浸润性差、复合材料界面容易形成应力弱点的不足。
68,电晕处理,电晕处理是利用静电放电方式对聚合物材料表面进行处理。
电晕放电因简便易行、处理效果好,是一种最常用的表面处理方法。
电晕放电产生的高能粒子与聚合物表面作用,使聚合物表面产生自由基和离子,在空气中氧的作用下,聚合物表面可形成各种极性基团,并使聚合物表面粗化,降低表面污染,因而改善了聚合物的粘接性和润湿性。
经电晕处理后,PBO纤维表面含氧量增多、表面润湿性得到改善,单丝拔出的PBO/环氧界面剪切强度(IFSS)提高了25.6。
69,共混改性,聚合物共混是指两种或两种以上聚合物材料、无机材料以及助剂在一定温度下进行机械掺杂,最终形成一种宏观上均匀且力学、热学、光学及其他性能得到改善的新材料的过程。
聚合物共混物不但使各组分性能互补,还可根据实际需要对其进行设计,以期得到性能优异的新材料。
由于不需要新单体合成、无须新聚合工艺,聚合物共混物是实现高分子材料高性能化、精细化、功能化和发展新品种的重要途径。
70,1、与无机小分子共混最常用的是在基质中添加无机陶瓷粉末,赋予纤维远红外发射性能及抗菌性能。
此类超细粉末在共混加工时的相容性、流变性能是研究的重点。
2与有机低分子共混有机低分子化合物来源广泛,价格也较低廉,因而得以广泛应用。
此类共混技术多应用于化学纤维的抗静电、抗菌、阻燃改性等领域。
3与有机高分子共混其应用也相当广泛,包括结晶有机高分子和非晶有机高分子。
此领域研究的重点是添加剂和基质的力学相容性,通常要添加第三组分充当增容剂来改善共混物的可纺性。
71,2104-2109Hz的声波利用超声波技术,通过增加纤维表面极性基团的含量和纤维表面的粗糙度来提高界面性能,是一种对纤维无损害、能够提高材料机械性能的有效方法。
把动物纤维浸在含活性无机粉末的水溶液中,然后用超声波处理。
水溶液中的无机粉末受到超声波细密的振动,使黏附在纤维上的杂质和鳞片在无机粉末的振动作用下而被除去,经超声波处理后,动物纤维上的鳞片被除去,且纤维性能不受任何影内,纤维手感变柔软、无刺痛感,还极大地改善了动物纤维的染色性能和防缩性能。
超声波改性,72,当紫外线能量超过高分子化学结合能时,紫外线照射高分子纤维材料使分子链产生裂解,在有氧的大气条件下,大气中的氧分子变成臭氧、活性氧。
高分子纤维材料被氧化,其表面生成羧基、醛基、羟基和羰基等。
经紫外线处理后的高分子纤维材料可引入丰富的极性基团,如一OH、-NH2等,从而提高高分子纤维材料的亲水性、吸湿性、抗静电性;引入消臭、抗菌物质,则可使高分子纤维材料具有消臭、抗菌性。
紫外线发生装置可采用低压汞灯、紫外灯、黑光灯、重氢灯、氙灯等。
激光也可产生紫外光。
紫外线照射改性,纤维成型及后加工方法,73,74,超临界二氧化碳技术,超临界二氧化碳技术在高聚物改性、上浆、无水染色等方面已取得重大进展,也可用超临界二氧化碳作为介质将可溶解的化合物如UC稳定剂、憎水剂、芳香剂转移到纤维上,对纤维进行改性。
这种技术具有防止纤维降解、完全不需要水、节约能源、无污染和加工灵活的优点。
用超临界二氧化碳取代水作为介质进行染色可减少水资源的浪费、具有良好的工艺效果。
在用此法对涤纶的染色过程中,纤维玻璃化转变温度下降、熔点提高、结晶度增加、纤维收缩率提高。
第一节化学改性方法第二节物理改性方法第三节生物改性方法,75,76,果胶是原棉和麻纤维中的一种伴生物。
利用果胶酶来去除棉、麻纤维中的果胶等杂质,使纤维表面的纤维素大分子分解,同时果胶呈游离状态,可达到棉纤维表皮杂质去除的效果。
天然蚕丝中丝胶也可以采用脂酶和蛋白酶加以去除。
利用酶进行精练处理,通常不会影响纤维的骨架,而且可使对纤维的破坏降至最低。
植物纤维去杂及天然蚕丝的脱胶,77,可使用纤维素酶和蛋白酶对纱线或织物进行“生物抛光”处理,可对纤维素分子结构中的-1,4-葡萄糖苷键或蛋白质中肽键有特殊的催化作用,从而去除纱线表面伸出的小纤维末端和小球。
随着失重率的增加,纤维和织物的强力会减小。
酶处理通常只能使纤维断头减弱,并不会使其从纱线本体脱离。
生物抛光,78,改善聚合物表面的物理结构,酶对天然高分子材料表面修饰的最典型代表是毛的缩绒处理。
采用蛋白酶对羊毛表面鳞片结构进行修饰:
羊毛在蛋白酶的作用下,通过蛋白酶对羊毛CMC球状蛋白的水解使羊毛细胞(包括鳞片细胞和皮质细胞)剥离纤维主体。
79,羊毛由鳞片细胞、皮质细胞和细胞膜复合物(CMC)组成,80,牛仔布的“酶洗”是一种绿色环保的新工艺,通过纤维素酶对牛仔服表面的剥蚀作用,使服装表面部分纤维素水解,造成纤维在洗涤时随摩擦的促进作用而发生脱落,并使吸附在纤维表面的靛蓝染料一起去除,从而产生石磨洗涤效果。
在棉纤维的超级柔软整理中,可利用纤维素酶对棉的水解作用使织物表面改性,通过控制处理失重率为35左右,获得丝一般的超级柔软手感和新的织物风格。
81,微生物合成与改性纤维,聚羟基烷基酸酯(PHA)纤维,82,短梗霉多糖(Pullulan)纤维,
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- 纤维 材料 改性 方法