“劑量與濃度”配比完美

　　對于聚丙烯熔噴非織造布的親水改性，目前采用的一些方法都存在一些問題，如后整理方法會使聚丙烯熔噴非織造布的耐久性下降，并且隨著時間的延長，親水性物質會從纖維上脫落下來而無法獲得持久的親水性。與其他親水改性的方法相比，共輻照親水改性有很多優點：自由基利用率高、工藝簡單、單體對高分子材料有輻射保護作用。最為重要的是經過輻照親水改性后，非織造布可獲得持久的親水性，同時其常規性能基本上不受影響。

　　實驗操作得出關鍵數據
　　原料與儀器

　　原料：18cm×25cm，52g/m2的聚丙烯熔噴布，去離子水、硫酸銅。

　　儀器：北京金盛鑫檢測儀器有限公司的JYSP-180接觸角測定儀；日本株式會社日立高新科技那珂事業所的TM-1000掃描電鏡；上海市精密科學儀器有限公司的FA2004B電子天平；江蘇無錫愛邦輻射技術有限公司的GJ-15地那米型電子加速器。

　　試樣的制備

　　剪去聚丙烯熔噴布裝于塑料袋中，鼓氮氣10min除去其中的氧氣并密封。取去離子水、丙烯酸（AA）、硫酸銅配置丙烯酸溶液，丙烯酸溶液共分為4個濃度梯度，分別為2%、4%、6%、8%，每份丙烯酸溶液中均加入質量分數為3‰的阻聚劑（硫酸銅），將聚丙烯熔噴布浸入改性液中浸泡，通氮氣除去其中的氧氣后密封，并移入60Co-γ射線源室。分10、20、30、40、50kGy五個輻照劑量進行輻照。輻照完成后，將材料移出射線源室。

　　采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察聚丙烯熔噴非織造布試樣輻照接枝前后的表面形貌，進而對比接枝前后試樣表面形貌的變化。參照標準：GB/T16594-2008微米級長度的掃描電鏡測量方法通則。

　　一是開機。將儀器插上電源，打開電腦，雙擊桌面上的JYSP-180應用程序進入主界面，這時可以看到攝像頭拍攝的載物臺上的圖像。二是加入樣品。將微量注射器固定在載物臺上方，裁取一小塊兒樣品放置在注射器正下方。放置樣品時，要使樣品表面產生的圖像盡量平整，并在一條水平線上，不產生起伏不平的圖像。緩慢旋轉注射器上方的旋鈕抽取液體，使一滴水滴滴在樣品表面上。這時可以從圖像中看到進樣器下端出現一個小液滴。三是調焦。調整攝像頭焦距及攝像頭的高度，直至在圖像中出現一個清晰的小水滴。四是量角法。點擊測量，選擇三點法。進入三點法主界面，然后用鼠標左鍵順次點擊液滴的頂端和液滴的左、右兩端與試樣的交點，記錄所得到的接觸角。五是保存圖像。點擊界面左上角的文件按鈕，再點擊保存圖像按鈕將圖像保存在文件夾中。

　　斷裂強力是在規定的條件下進行的拉伸試驗的過程中，試樣被拉伸至斷裂時所測得的最大強力。由于熔噴非織造布其纖維的無規雜亂排序使其縱橫向強力比基本上相同，因此本測試試驗不分縱橫向測試。

　　數據分析確定最佳工藝

　　通過對輻照接枝前后的聚丙烯熔噴非織造布用掃描電鏡進行掃描，得到其表面形態的照片如下：

　?。╝)未接枝聚丙烯熔噴布（b）接枝后聚丙烯熔噴布

　　由圖2可以看出，接枝前的纖維表面光滑，直徑均勻，接枝后的纖維表面粗糙、遍布凹坑、鼓泡和顆粒狀突起，且比較均勻地散布在纖維表面；隨著接枝率的增大，粒狀突起增多。這說明了通過輻照的方式丙烯酸與聚丙烯大分子發生了接枝反應，在丙綸的表面接枝上了由改性單體丙烯酸組成的聚合物顆粒，達到了對聚丙烯的接枝改性。

　　材料表面親水性一般采用接觸角進行表征，接觸角越小，材料表面親水性越強。對試樣的接觸角測量所得結果如表1所示。

　　對所得數據分別以丙烯酸濃度和輻照劑量為橫坐標對接觸角進行作圖，可以分別得到丙烯酸濃度梯度和輻照劑量梯度對接觸角的影響如下圖所示。

　　由圖3可以看出，對于每一個恒定的輻照劑量，在丙烯酸濃度為2%~8%之間時，隨著單體丙烯酸濃度的增加，PP接枝物的接觸角逐漸降低，體系中接枝單體的含量相對不足，輻照所產生的PP大分子活性自由基，大部分在斷鏈中消耗，因此當丙烯酸的用量增加時，PP分子鏈的斷鏈減少，而接入的極性基團數量增加，表現出接觸角隨之變小。但是接觸角減小的幅度并不大，這說明經過接枝改性后，聚丙烯熔噴布的親水性得到改善，但是改善的效果不是很理想，可能是由于丙烯酸的濃度比較低的緣故。

　　圖4接觸角隨輻照劑量的變化

　　接觸角測量中所得到的照片如下圖所示：

　　（a）原試樣的接觸角（b）改性后試樣的接觸角

　　圖5試樣接枝前后接觸角的對比

　　由圖4可以看出，對于每個恒定的丙烯酸濃度，在輻照劑量為10kGy到50kGy之間時，隨著輻照時間的增大，加快了PP大分子產生自由基的速率，自由基的濃度增大，引發接枝聚合反應，使得接枝率上升，親水性得到改善，接觸角隨著減小，并且變動幅度基本上恒定，雖然接觸角的測量表明聚丙烯熔噴非織造布經過輻照接枝后親水性得到改善，但是改善的幅度不大，可能是與輻照劑量比較小有關。

　　試驗結果發現，在輻照劑量不變時，丙烯酸濃度在2%到8%之間變化時，隨著丙烯酸濃度的增大，接觸角隨著減小，保水率和透濕性隨著增大；在丙烯酸濃度不變時，輻照劑量在10kGy到50kGy之間時，隨著輻照劑量的增大，接觸角隨著減小，保水率和透濕性隨著增大。

　　斷裂強力是非織造布力學性能的重要指標，通過斷裂強力的測試，可以得到聚丙烯熔噴布在輻照接枝改性前后斷裂強力的變化，據此可以對比接枝改性前后力學性能的變化，測試實驗所得到的數據如下表所示：

　　對所得數據分別以丙烯酸濃度和輻照劑量為橫坐標對斷裂強力進行作圖，可以分別得到斷裂強力隨丙烯酸濃度梯度和輻照劑量梯度的變化如下圖所示。

　　由表2可知，經過輻照接枝改性，聚丙烯熔噴布的斷裂強力并沒有改變，各個試樣基本上與原樣的斷裂強力相同，只是值在稍微上下波動，但是波動的區間很小，這是很正常的。而由圖6及圖7可以看出，在丙烯酸濃度為2%到8%之間、輻照劑量為10kGy到50kGy之間時，斷裂強力并不隨丙烯酸濃度與輻照劑量特征變化，只是在某一個值附近上下波動。在測試試樣中發現，非織造布的斷裂并不是被拉斷，而是發生層與層之間的滑移，由于熔噴布的斷裂強力本身就小，并且所選的試樣并沒有經過固網工序?？梢钥闯霰┧釢舛扰c輻照劑量對試樣的斷裂強力沒有明顯的影響。

　　測試試驗中所得到試樣的拉伸斷裂強力圖如下圖所示：

　　試驗結果發現，在丙烯酸濃度為2%到8%之間、輻照劑量在10kGy到50kGy之間時，隨著丙烯酸濃度和輻照劑量的增大，厚度和透氣性略有增大，但并沒有與之呈現出明顯的變化趨勢；斷裂強力基本上沒有變化，這也正好符合親水改性但不影響其他性能的要求。
　　作者：孫進桃（畢業于天津工業大學非織造材料與工程專業；現為廣東五邑大學紡織服裝學院研究生）
　　□指導老師：夏磊（天津工業大學紡織學部講師）