应用放射线照射技术创制功能性纤维

刘辅庭

(原上海市纺织科学研究院 200092)

应用放射线照射技术创制功能性纤维

刘辅庭

(原上海市纺织科学研究院 200092)

综合介绍放射线接枝聚合技术、设备及应用。

纤维；放射线；接枝聚合；应用

1 放射线接枝聚合的特征[1]

高分子材料中的天然有机材料对放射线感受性高，只照射电子射线或γ射线就可易生成自由基。利用生成的自由基作为反应开位点，对现有的材料可导入功能性官能基。接枝聚合法可无损现有材料(织布及非织布、纤维、粒子、平膜、中空丝膜等)的形状及物理特性，而导入新功能。通常的化学反应多利用高温及高压、催化及氧化作用促进反应，因此难以保持材料原有的特性。放射线接枝聚合常温照射电子射线或γ射线，由于附加能和自由基生成量有相关关系，不管线源，按吸收射线量(Gy)可标准化。电子射线比γ射线，单位时间的能量(射线量率)高，自由基生成效率高，透射深度低，因此适用于薄物。γ射线适于筒装纤维及布卷、非织布、薄膜等的大量照射。接枝聚合法用于液相聚合(含乳液及复合相聚合)和气相聚合及浸后聚合等。液相聚合时，随单体浓度增加接枝聚合度高，由于两分子仃止反应，考虑到接枝侧链的交联度，要按功能选择反应条件。气相聚合时，由蒸汽压决定单体浓度，稀浓度下抑制仃止反应，易形成交联结构少的长链分支提高聚合度。此时形成侧链的分子量分布狭的长链分支，因此适于蛋白质等大分子的分离精制。蛋白质可排列50层以上。从合层数和分子大小可推定接枝链的分子长度。

放射线接枝聚合时，在基材生成自由基后，由于接枝链成长，侧链的一端是非交联型分子结构。接枝聚合侧链是非交联型，分子的扩散速度高，因此可创制消臭功能及重金属吸附速度大的功能性材料。

照射接枝聚合时，在自由基生成后，浸于单体时，常温进行反应，因此极性不同的单体接触筒状长膜的内侧和外侧，可同时赋予复合功能，合成为电透析用双极膜。

电子射线透射物质力低，因此应用开孔铝板的遮蔽照射技术，使生成自由基，可制造复合功能材料。

放射线接枝聚合可对各种形状的材料导入复合官能基，作为新功能材料的制造技术，有待应用。

2 放射线接枝聚合装置

放射线接枝聚合的研究已达40年以上，已制造13台宽30cm以上的连续聚合装置在运转。

电子射线照射、浸单体、接枝聚合的一体化反转型装置是适于织物及非织布。薄膜等液相聚合或气相聚合。卷装的织物或非织布经γ射线或电子射线照射后，由驱动辊卷绕在两布辊上。

反转聚合装置不管是1 000m或100m，所需反应时间相同。接枝率和尺寸变化易受控制。1996年制成宽200cm的反转型接枝聚合装置，接枝聚合、二次反应、净冼及烘干连续运转。

2000年制成电子射线前照射接枝聚合装置由电子射线照射部、浸渍槽、反应槽、卷绕部构成。已连续生产5万m，继续运转到现在。

3 放射线照射技术应用于衣料

钴60γ射线照射卷装原丝后，利用筒子染色装置，用照射接枝聚合法可导入离子交换功能。对阳离子交换基及阴离子交换基可导入2～4mmol/g的官能基。结果利用放射线照射技术，对卷装原丝可直接导入消臭及抗菌功能。接枝聚合纤维和未处理纤维组合制成功能性纺织品，已大量生产。

现在内衣、床品、运动用品等的各种高功能纤维制品已进入市场。

4 接枝聚合技术的预防感染症

应用放射线接枝聚合技术，使聚乙烯吡咯烷酮?碘络合体(有效杀菌作用)稳定固定于纤维及织物、非织布、滤材等。

纤维材料上生成NVP(N-乙烯-2-吡咯烷酮)和VBTAC(乙烯联苯酰三甲基氯化铵)后，不仅可预防感染症，而且由于静电吸附可除去微粒。熔喷非织布技术结合接枝聚合技术后，可99%去除微粒。发展该技术，大气污染对策(应对PM2.5及病毒)、口罩、高功能空气净化装置等可进行企业化规模生产。

5 纤维吸附材料的开发[2]

应用对尼龙纤维的放射线接枝聚合技术，开发长时间担载铁氰化钴的合成技术。用此吸附纤维，应用编带技术制成卷绕型滤材或海藻状态可吸附铯。

合成方法是Co-60γ射线照射尼龙纤维后，接枝聚合成VBTAC(乙烯苄基三甲基氯化铵)后，接枝聚合链中的阴离子交换基吸附铁氰化物离子，浸于氯化钴水溶液，生成铁氰化钴结晶，稳定担载于接枝聚合侧链。

铯吸附性能由于共存钴离子和钾离子，显著提高。接枝聚合纤维比沸石粒子，吸附性能约400倍。

关于锶吸附材料，对尼龙纤维用γ射线前照射接枝聚合法，导入阳离子交换基后，接枝侧链担载钛酸钠结晶。

接枝聚合纤维可制成卷绕型、海藻型及垫型，用途广泛。

6 结语

放射线接枝聚合技术可无损现有材料而导入新的功能。除吸附材料外，如消臭衣料、床品、运动用品等的功能性纤维制品已上市。

[1] 须乡高信.用放射线照射技术创制功能性纤维[J]. 加工技术(日)，2014,49(7)：31-38.

[2] 须乡高信.用放射线照射技术创制功能性纤维[J]. 加工技术(日)，2014,49(8)：34-39.

2014-12-22