纤维专用亲水性聚丙烯的制备

王素玉

（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司树脂应用研究所，北京市 102500）

纤维专用亲水性聚丙烯的制备

王素玉

（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司树脂应用研究所，北京市 102500）

采用共混改性法，以聚丙烯（PP）为基础原料，加入一定量亲水助剂，制备了亲水性PP。研究了亲水性PP的亲水性能和加工应用性能。结果表明：所制亲水性PP的接触角约为30.0°，远低于纯PP（约为102.0°），且随着放置时间的延长，亲水助剂逐渐迁移到制品表面，亲水效果更佳，并具有良好的可纺性能；反复洗涤后，用亲水性PP制备的纤维具有长久的亲水性能，在水中具有良好的分散性，各项性能达到GB/T 21120—2007要求。

聚丙烯 亲水性 接触角 应用

聚丙烯（PP）的结晶度高、分子链中不含极性基团，用其制备的纤维横截面呈圆形、结构致密、缺少微孔和缝隙等，因此，PP纤维不具备亲水性。PP的这种疏水性使其应用范围受到限制。一些特殊应用领域对PP纤维有特殊要求，医疗卫生领域（如消毒湿巾、伤口敷料、止血带、绷带、纱球布、药膏布、吸液垫布等）要求其具有良好的血液、药液吸收性能，个人用品领域（如婴儿尿布、妇女卫生巾、成人失禁垫等）、家庭卫生领域（如婴儿揩布、家具餐具清洁布等）则要求PP纤维有较高亲水性，产业用布方面的许多材料（如电池隔膜板）则要求PP纤维具有很高的电解液吸收能力。建筑行业大量使用的混凝土中掺入适量具有亲水性能的PP纤维可提高混凝土的抗裂开性能，从而提高混凝土的耐久性。

近年来，国内外对PP的亲水改性研究日益增多，主要有纺丝阶段加入亲水物质的共混改性和后整理亲水改性。采用辐照工艺，在PP分子链上接枝亲水单体是后整理改性的一种，这种改性方法又分为预辐照法和共辐照法。PP的亲水改性也可采用在PP中加入表面活性剂、对制品表面处理及改变制品表面结构等方法。在PP中加入表面活性剂是赋予疏水PP具备亲水吸湿性能的较为有效和简便的方法[1-2]。本工作采用共混改性法制备亲水性PP，研究了亲水性PP的性能。

1 实验部分

1.1 原料

PP，熔体流动速率（MFR）为18 g/10 min，标记为PPK，中国石油天然气股份有限公司抚顺石化分公司生产。表面活性剂，阴离子型表面活性剂：均为自制。

1.2 仪器与设备

ZSK-53型双螺杆挤出机，德国WP公司生产；TP-402-2型熔体流动速率测定仪，日本Tester公司生产；INSTRON-2340型万能试验机， 美国Instron公司生产；AR-160型自动密度仪，日本长计量器制作所生产；Lab-station Brabender型扭矩流变仪，螺杆长径比为25，德国Brabender公司生产。

1.3 试样制备

在PPK中加适量表面活性剂作亲水助剂，经双螺杆挤出机挤出造粒，即得亲水性PP，简称PP1。

在275 ℃条件下进行纺丝实验，所制纤维分别标记为：PPFK，用PPK直接制备的纤维；PPF1，用PP1制备的纤维；PPF2 ，为PPFK采用既亲水又亲油的助剂进行后处理得到的纤维。

1.4 性能测试

MFR按GB/T 3682—2000测试；密度按GB/T 1033.1—2008测试；接触角按ISO 15989:2004测试；纤维的断裂强度和断裂伸长率按GB/T 14337—2008测试；PP的拉伸断裂应力和断裂拉伸应变按GB/T 1040.2—2006测试。

2 结果与讨论

2.1 亲水性能

PP表面没有极性基团，其表面能很小，临界表面张力相当低，仅为31～34 N/m，所以其表面润湿性和亲水性很差。为使PP具有亲水性能，需添加一种具有足够低表面张力、能润湿PP表面而本身又带有极性基团的表面活性剂作亲水助剂，对PP改性。可添加到PP中的表面活性剂有：脂肪酸盐，芳烃环氧乙烷加成物及其衍生物，一种烷氧基苯酚和一元、双元或三元甘油酯混合物，一种聚氧化亚烯脂肪酸酯，或是以上组分中一部分的混合物。

表面活性剂与PP应该部分相容，若相容性太好，经加工后不能迁移到PP纤维表面，起不到亲水作用；若相容性太差，表面活性剂经热加工后全部聚集到PP表面，那么PP纤维不耐洗涤，亲水性不能维持长久。

2.1.1 放置时间对亲水性能的影响

接触角是在固、液、气三相交界处，自固液界面经液体内部到气体界面的夹角，接触角大小是评判纤维亲水性的重要指标[3]。接触角越小，纤维的润湿性越好。接触角大于90°为不润湿，小于90°为润湿，平衡接触角不存在或为0则为铺展。

使用扭矩流变仪将PPK和PP1挤制成宽50 mm，厚0.5 mm的样片，于23 ℃、恒温、恒湿条件下分别放置24，48，72，96 h后，测试其接触角。从表1看出：PP1样片的接触角约为30.0°，远低于PPK样片，说明PP1样片的亲水性能良好。随放置时间延长，PPK样片的接触角变化很小，约为102.0°。随放置时间延长，PP1样片的接触角逐渐变小，说明亲水助剂逐渐迁移到样片表面，亲水性能有所提高。

表1 不同存放时间条件下PP样片的接触角Tab.1 Contact angle of the PP samples for different storage time

2.1.2 洗涤次数对亲水性能的影响

将PPFK，PPF1，PPF2用蒸馏水分别洗涤0，1，2，3次，自然状态晾干后，测其接触角。从图1看出：PPF1的接触角远低于PPFK和PPF2，说明PPF1的亲水效果优于PPF2和PPFK； PPF2被洗涤的次数越多，接触角越大，由亲水性能变为疏水性能；随洗涤次数增多，PPF1的接触角变化平稳，具有长久的亲水性能。

图1 不同PP纤维接触角随洗涤次数变化的曲线Fig.1 Curves of contact angle change of different PP fibers with washing times

2.1.3 水中的分散性能

将相同规格的纤维同时放入水中，观察纤维束的分散状态，以此判断纤维的亲水性能。从图2看出：纤维在水面散开，即分散好的是PPF1纤维；纤维在水面聚集在一起，即分散差的是PPFK。这说明亲水性的PPF1在水中具有良好分散性。

图2 不同PP纤维在水中的分散情况Fig.2 Dispersion performance of different PP fibers in water

2.2 加工应用

纤维专用亲水性PP应具有较高力学性能、加工性能的同时，赋予纤维亲水性能，且亲水性可以保持较长时间，满足纤维使用周期的要求。同时，亲水性PP应保持普通PP的加工性能，在加工条件下能保持纤维的亲水性能。从表2看出：与PPK相比，PP1的MFR和悬臂梁缺口冲击强度略高，断裂拉伸应变明显提高。这说明亲水助剂起增塑作用，减小了PP分子链的内摩擦，使PP的熔体黏度降低、流动性能增加。

表2 不同PP的物性Tab.2 Physical properties of different PP samples

委托某地毯厂对PP1进行纺丝，并与从韩国进口的亲水性PP纤维（PPFGW）进行对比。纺丝试验表明，PP1的纺丝加工性能优良，无断丝、毛丝现象。从表3看出：PPF1的断裂强度与PPFGW相近，而断裂伸长率远高于PPFGW。因此，PPF1应用于混凝土领域中，对改善混凝土的耐久性、防龟裂性具有良好效果。

表3 不同PP纤维的性能Tab.3 Properties of different PP fibers

在国家建筑工程质量检测检验中心按GB/T 21120—2007测试了PPF1的性能，从表4看出：PPF1符合GB/T 21120—2007中用于混凝土的防裂抗渗纤维性能指标要求。

表4 亲水PP纤维的性能Tab.4 Properties of the hydrophilic PP fibers

3 结论

a）在PP中加入亲水助剂可降低PP的熔体黏度，提高熔体流动性能，对PP加工有利。

b）通过共混改性的方法生产的纤维专用亲水性PP具有良好的力学性能、亲水性，耐水洗性能长久。随放置时间延长，亲水助剂逐渐迁移到制品表面，亲水效果更佳。

c）所制PPF1在水中具有良好的分散性能，且具有长效性，可满足混凝土用防裂抗渗纤维性能的要求。

[1] 江移.聚丙烯非织造布亲水改性的研究[J].非织造布，2008，16（3）：20-22.

[2] 李红祝，王虹，余调娟，等.聚丙烯非织造布亲水改性的研究[J].产业用纺织品，2006（1）：6-8.

[3] 丁晓峰，陈沛智，管蓉. 接触角测量技术的应用[J].分析试验室，2008（27）：72-75.

Preparation of hydrophilic polypropylene special resin for fibers

Wang Suyu

（Resin Application Research Institute of Beijing Yanshan Company， SINOPEC， Beijing 102500， China）

Hydrophilic polypropylene（PP） was prepared by blending modification method based on PP as raw material added a certain proportion of hydrophilic agent. The hydrophilicity and processing performance of the hydrophilic PP was studied. The results show that the contact angle of the hydrophilic PP is about 30.0°which is much less than 102.0°of pure PP. And with the extension of the storage time， the hydrophilic additives gradually migrate to the product surface， which leads to more effective hydrophilicity. Meanwhile the resin has good processing spinnability. The fibers made of the hydrophilic PP have long-term hydrophilicity and excellent dispersion performance in water after repeated washing. All properties of the hydrophilic PP fibers reach the requirements of GB/T 21120—2007.

polypropylene； hydrophilicity； contact angle； application

TQ 325.1+4

B

1002-1396（2015）02-0021

2015-03-28；

2015-06-26。

王素玉，女，1970年生，高级工程师，1992年毕业于天津纺织工业学院化纤专业，现主要从事合成树脂新产品开发和加工应用的工作。联系电话：（010）81342378；E-mail：wangsy.yssh@sinopec.com。