木浆纤维水刺非织造布超支化聚合物功能改性

何俊俊，王 晴，杨建忠

(1.西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西 西安 710048；2.南通大学纺织服装学院，江苏 南通 226019)

0 前言

超支化聚合物是一类区别于传统线性聚合物的树枝状聚合物，具有高度支化三维立体结构的聚合物。树状大分子的分子具有完美的分枝结构，整个分子中无缺陷，因此树状大分子的单分子形状是圆球形的；而超支化聚合物的分子中有缺陷，整个分子不完全对称，所以超支化聚合物的单分子形状为椭球形[1-3]。超支化聚合物这种独特的支化结构和丰富的表面官能团决定了它的特殊性能，赋予超支化聚合物与普通线型高分子不同的特殊性能，比如：良好的流动性、低粘度、成膜性、结晶性、胶束特性、多功能性、良好的溶解性等。此外，利用超支化聚合物的结构特点，通过适当的物理或化学处理，还可以赋予超支化聚合物其他一些特殊的性能，如光物理及光化学性能、吸附及解吸附性能等[4-6]。

近年来，已经有大量超支化聚合物在涂料工业、聚合物共混改性、药物缓释、导电材料和电致发光材料、纳米材料制备等多个领域的应用研究，但其在纺织领域上的应用研究还很少[7]。本文主要研究超支化聚合物对水刺非织造布的功能改性，从而提高水刺非织造布的吸湿性能，通过对改性前后水刺非织造布性能的对比，研究超支化聚合物对水刺非织造布结构，物理性能，吸湿性能等方面的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料、仪器

实验材料：四乙烯五胺、丙烯酸甲酯(化学纯)、甲醇(AR分析纯)、木浆纤维水刺非织造布。

实验主要仪器:HJ-5型多功能恒温搅拌器(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)；YRE-201D型旋转蒸发器、HH-WO型智能数显多功能油水浴锅、SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)；THZ-82型水浴恒温振荡器(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司)；GZX-GF-101AB2型电热恒温鼓风干燥箱(上海华联环境试验设备公司恒昌仪器厂)。

1.2 超支化聚合物(HBP)的合成与表征

1.2.1 合成

将95g的四乙烯五胺放在四口烧瓶中，用冰水浴冷却至10℃以下，用恒压漏斗缓慢滴加43g丙烯酸甲酯和90g甲醇的混合溶液，四乙烯五胺和丙烯酸甲酯的摩尔比是1:1。滴加完毕后，在低温下(10℃～20℃)反应12h，得到淡黄色透明液体，然后将其转移至旋转蒸发器的茄形烧瓶中，在热油水浴中减压蒸发除去甲醇，热油水浴升温至150℃后继续减压反应4h，反应结束后，能够得到粘稠状的淡黄色超支化聚合物(HBP)。

1.2.2 表征

(1)超支化聚合物(HBP)红外光谱图

把合成的超支化聚合物HBP放在红外灯下照射烘干水分、将HBP涂在溴化钾(KBr)上面，对超支化聚合物HBP进行傅里叶红外光谱测试，结果如图1。

图1 HBP红外光光谱图

如图1，曲线A是丙烯酸甲酯和四乙烯五胺化合物Michael加成反应后得到的中间体的红外吸收，其在 1704 cm-1处具有酯基(-CO2CH3)的 C=O 伸缩振动。当反应生成聚合物后，酯基与氨基相互反应，B曲线中在 1631 cm-1处出现了酰胺基团(-CONH-)的 C=O 伸缩振动，这与文献[8]报道相一致。

(2)超支化聚合物(HBP)紫外光谱图

将干燥的超支化聚合物HBP溶解在水中，使HBP的浓度为0.5g/L。测量HBP溶液在220nm～400nm内的紫外光谱吸收性能，结果如图2。

图2 HBP紫外光光谱图

如图2，超支化聚合物HBP在220nm和300nm左右有两个比较强的吸收峰，说明HBP具有一定的紫外吸收能力。

1.3 水刺非织造布的功能改性

1.3.1 超支化聚合物HBP水溶液的配制

首先配制高浓度超支化聚合物水溶液，取50毫升的HBP和450毫升的水放入烧杯加热搅拌，得到500mL浓度为100g/L的HBP水溶液，定容。然后稀释高浓度水溶液，分别配制2g/L、4g/L、8g/L、16g/L的HBP水溶液各100mL。

1.3.2 浸渍法整理水刺非织造布

准备100mL的去离子水，将上述4种不同浓度的HBP水溶液与去离子水(分别在五个烧杯内)放入水浴恒温振荡器，设置浸渍温度为50℃，水浴温度升至设置温度时，将提前准备好的水刺非织造布分别放入去离子水和浓度为2g/L、4g/L、8g/L、16g/L的HBP水溶液以及纯水中浸渍20min，然后放入烘箱烘干，共做五组实验。

1.4 实验性能测试

1.4.1 克重实验

采用电子天平测量五组水刺非织造布的克重，每个试样面积为100cm2，将天平清零后，把试样平整地放在电子天平上，然后关上玻璃门，读取并记录数据。

1.4.2 厚度实验

采用手提式织物厚度仪测量五组水刺非织造布的厚度，并记录数据。

1.4.3 拉伸断裂强力实验

将五组水刺非织造布每组裁剪20cm×5cm的试样各五个，采用YG065型电子织物强力仪测定。首先，打开电源，设置隔距(即夹持长度)为100mm，拉伸速度为100mm/min后，将已裁剪的试样用上下夹钳夹好，按“拉伸”键进行拉伸试验，并记录数据。

1.4.4 芯吸效应实验(即毛细管效应实验)

将五组水刺非织造布每组裁剪25cm×3cm的试样各五个，采用YG871L毛细管效应仪测定。首先，调节水平调节脚，让水准泡处于中心位置，调节横梁升降调节器，检查不锈钢标尺与水槽中的液体是否在同一水平线，假如不在同一水平线，就重调水平调节脚，直至调到同一水平线；然后，打开电源，将温度设置为20℃，时间设置为5min，将事先准备好的试样夹在横梁试样夹上，按计时键开始实验，到达设定时间时记录数据。

1.4.5 回潮率实验

在常温常压下，将五组水刺非织造布分别称重并记录数据，然后将它们放入干燥箱，将干燥箱温度设置为105℃，干燥时间为2小时，烘完后称重并记录数据。

2 结果与讨论

2.1 克重实验

克重实验所得到的实验数据图，如下图3所示：

图3 克重变化图

由图3中可以看出，改性后的水刺非织造布克重比未改性的较大些，并且随着HBP水溶液浓度的增加而增大。由此可见，水刺非织造布浸渍后由于吸附了端氨基超支化聚合物分子而使非织造布的克重有所增加，并且水溶液浓度高的，吸附的HBP分子越多，因此克重随HBP水溶液浓度的升高而增加。

2.2 厚度实验

厚度实验所得到的实验数据图，如下图4所示：

图4 厚度变化图

从图4中可以看出，浸渍整理后的水刺非织造布的厚度稍大于未整理的非织造布，并随水溶液浓度的升高而有所增加。由此可见，吸附了超支化聚合物分子后，厚度会有所增大，并随浓度的升高而增大。

2.3 拉伸断裂强力实验

拉伸断裂强力实验所得到的实验数据图，如下图5所示：

图5 拉伸断裂强力变化折线图

由图5可以看出，未改性的水刺非织造布强力与经不同浓度超支化聚合物水溶液改性后的强力数据有些许波动，且改性后非织造布强力略微大于未经改性的，但波动幅度不大。因此，超支化聚合物的改性对水刺非织造布的拉伸断裂强力没有很明显的影响，甚至可能会增强非织造布的强力。

2.4 芯吸效应实验(毛细管效应实验)

芯吸效应实验所得到的实验数据图，如下图6所示：

图6 芯吸效应变化折线图

从图6中可以看出，经过超支化聚合物改性后的水刺非织造布芯吸高度高于未改性的水刺非织造布，并且芯吸高度随着浓度的升高而增高。因此，超支化聚合物能提高水刺非织造布的吸水性，并且超支化聚合物水溶液浓度越高，芯吸效果越好。

2.5 回潮率实验

回潮率计算公式：

回潮率=(G-G0)/G0×100%

G为试样的烘前质量(g)；G0为试样的烘后质量(g)。

下表1为回潮率实验的实验数据。

表1 回潮率实验

根据上表1的实验数据，可制得折线图，如下图7所示。

图7 回潮率变化折线图

图7中可以看出，超支化聚合物改性后的水刺非织造布回潮率高于未改性的，并随着浓度的升高而增加。因此，超支化聚合物能够提高水刺非织造布的吸湿性能，并且超支化聚合物水溶液浓度越高，吸湿性能越好。

3 结论

(1) 制备出具有超支化结构的化合物HBP，是采用了四乙烯五胺、丙烯酸甲酯和甲醇这三种试剂，该化合物能溶于水。通过测试克重和厚度，可以看出，超支化聚合物分子成功吸附到了水刺非织造布，所以采用浸渍法可成功改性水刺非织造布。

(2) 通过测试改性前后水刺非织造布的拉伸强力，可以发现超支化聚合物浸渍整理对水刺非织造材料的强力影响不大，说明可以在不影响非织造布强力的情况下改善其他性能。

(3) 在改性前后水刺非织造布吸湿性能的测试实验中可以看出，超支化聚合物能提升水刺非织造布的吸水性能，水刺非织造布的回潮率有所提高。