聚丙烯-超細羽絨粉體復合纖維的結構與性能研究.pdf

1、在紡織工業(yè)中，只有等規(guī)立構聚丙烯(iPP)可以被用來生產(chǎn)紡織纖維，這是因為iPP纖維具有較高的結晶度和取向度，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域的應用。羽絨是一種天然的蛋白質纖維材料，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合材料中作為增強材料之外，大部分只是簡單加工處理用作飼料或采用發(fā)酵等方法進行降解，造成了大量的浪費。相對于

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粉體更適合作為iPP纖維的填充材料，制備iPP/超細羽絨粉體復合纖維，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羽絨粉體的熱穩(wěn)定性能，研究了粉體粒徑對其熱穩(wěn)定性能的影響，獲得了超細羽絨粉體進行熔融加工的溫度范圍。本文使用的超細羽絨粉體平均粒徑為2.34μm,82％超細羽絨粉體的粒徑低于4μm,65％超細羽絨粉體的粒徑集中在1-2μm，

3、超細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吸熱特征峰:第一個吸熱峰為回潮率;第二個吸熱峰為結晶區(qū)的解體;第三個吸熱峰為-S-S-、氫鍵和鹽式鍵的分解;第四個峰為氨基酸肽鏈的降解。隨著羽絨粉體粒徑的減小，第一個吸熱峰逐漸增加，這是由于回潮率增加的緣故;其余三個吸熱峰逐漸減小，表明其熱穩(wěn)定性能下降。證明了在粉體制備過程中機械力破環(huán)了羽絨蛋白質的聚集態(tài)結構和大分子

4、結構。
　　 分析了羽絨纖維制備成超細羽絨粉體后的染色性能與機理。在同一染色溫度和染料濃度條件下，超細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。這是由于超細羽絨粉體對光的反射系數(shù)與散射系數(shù)均大于羽絨纖維所致。另外，實驗結果表明超細羽絨粉體擁有有低溫染色的能力和應用前景。超細羽絨粉體可以被多種酸性染料染色，并可以依靠三原色進行配色，開發(fā)出新型顏料體系。
　　 超細羽絨粉體表

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

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，提升了復合材料的力學性能。復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，而硬脂酸改性超細羽絨粉體降低了復合材料的親水率。
　　 結晶度和結晶過程是影響iPP/超細羽絨粉體復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/超細羽絨粉體復合材料、iPP/硬脂酸改性超細羽絨粉體復合材料的非等溫結晶動力學，研究了超

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

8、zowa方程計算，iPP/超細羽絨粉體復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方程分別進行計算，隨著粉體含量的增加iPP/超細羽絨粉體復合材料的結晶活化能增加，結晶能力越來越困難。超細羽絨粉體經(jīng)硬脂酸改性后，其成核機理與晶體生長過程較為復雜，無法采用Dobreva和Gutzowa方程、Kissinger方程和Takhor方程進行詳細和正確的計算與分析。
　　 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復合纖維、iPP/TPU/超細羽絨粉體復合纖維，然后將TPU通過二甲基甲酰胺(DMF)進行萃取，制備出iPP多孔纖維與iPP/超細羽絨粉體多孔復合纖維。通過調整TPU的含量控制多孔纖維的孔徑大小和尺寸分布，使超細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復合纖維、iPP/TPU/超細羽絨粉體復合纖維的可紡性降低。實驗證明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)的孔隙結構，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長形分布的孔隙結構，同時導致單根纖維裂解為多根纖維。隨著粉體含量的增加，iPP/超細羽絨粉體多孔復合纖維的回潮率逐漸增加，染色性能逐漸增強，但是iPP/超細羽絨粉體多孔復合纖維的水洗色牢度較低。
　　 建立了超細羽絨粉體表面涂覆iPP纖維的方法。研究了紡絲溫度對涂覆iPP纖維表面超細羽絨粉體涂覆量與分布的影響。紡

11、絲溫度越高，涂覆iPP纖維表面超細羽絨粉體含量越高，分散性越好。超細羽絨粉體表面涂覆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、不同顏色進行上染。涂覆iPP纖維表面超細羽絨粉體的脫落導致了涂覆iPP纖維具有較差的水洗色牢度。
　　 將染色后的超細羽絨粉體填充到iPP纖維中，可以獲得色深值較高的iPP復合纖維。超細羽絨粉體經(jīng)三原色染色后，可以調配成色彩豐富的色系，然后填充到iPP纖維中，提供了一種可