CN102926018B - 一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法 - Google Patents
一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法。该细旦聚丙烯纤维按重量百分比包括：1-10%的超支化聚合物/聚烯烃复合粒子和90-99%的聚丙烯粒子；制备方法包括：（1）将超支化聚合物、烯烃单体和引发剂混合加入到含有分散剂的水溶液中，通氮气，边搅拌边反应，待粒子硬化后，经洗涤、烘干，得超支化聚合物/聚烯烃复合粒子；（2）将上述超支化聚合物/聚烯烃复合粒子与聚丙烯粒子熔融共混，挤出冷却并切粒，得到共混切片；将得到的共混切片熔融纺丝、卷绕，最后超倍牵伸即可。本发明的细旦聚丙烯纤维的后牵伸性能好，无毛丝断头，纤维强度高；本发明的制备方法操作简单，成本低，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于细旦聚丙烯纤维及其制备领域，特别涉及一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法。
背景技术
聚丙烯纤维是五大合成纤维之一，其原料丰富、价格较低、比重轻、疏水性及保暖性好、耐腐蚀、抗霉变等优点，生产的细旦纤维由于其直径很小，因而其弯曲刚度很小，纤维手感柔软，可生产芯吸作用良好的织物。
聚丙烯分子链柔性好，结构规整，分子间缠结多，极易结晶，且具有多种晶型，其中最主要的是单斜晶亦称α晶，此外还具有β晶等晶型。若初生纤维结晶完善、结晶度高、α晶型占比大，将使聚丙烯卷绕丝后拉伸性能变坏，进而影响应用。
目前，虽然应用于细旦聚丙烯纤维的制备方法较多，但仍有可改进的方面。
东华大学王益亨[1]等人（王益亨.外场作用对PP/PS共混纤维相形态影响的研究,东华大学硕士论文,2005.64.）对纯PP与PS质量比为8%的PP/PS共混纤维WAXD数据研究表明：随着卷绕速度的提高，初生纤维的晶型由α晶转变为α晶和β晶共存的次晶最后再转变为α晶；对比在相同外场作用下收集得到的初生纤维，发现PS的加入可促进聚丙烯纤维β晶的形成，2θ位置14.8°和21.2°的衍射峰比相同条件下的纯聚丙烯更宽。这说明共混纤维中PS分散相的存在有利于该转变的发生。然而纯PS与PP的表观界面张力较大，与PP基体相容性不好，其与PP之间较弱的界面在受到外力作用时容易发生断裂，对PP力学性能的改善效果有限。
徐德增[2]等人（徐德增,韩笑,郭静,程雪.β成核剂对PP流变性能及纤维力学性能的影响.大连工业大学学报,2010,29(5):367-370.）以β成核剂对聚丙烯进行改性，研究不同成核剂添加量对聚丙烯流变性能及纤维力学性能的影响。研究表明随着β成核剂质量分数的增加，共混物流变性能改善，纤维的断裂伸长逐渐升高，聚丙烯的结晶体积变小，结晶数量增加，材料的韧性逐渐增加。然而成核剂一般为无机粒子，其与PP基体形成的界面处结合力一般较弱，对纤维可纺性及牵伸性能将有不利影响。因此，以共混改性纺制细旦、超细旦聚丙烯纤维，找到一种既能改善初生纤维晶型，又能改善两相间应力传递，减弱分子间内摩擦力的方法就具有极强的吸引力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法，该细旦聚丙烯纤维力学性能好，纤维强度高，可作为工程纤维材料应用，该方法操作简单，成本低，可规模化生产。
本发明的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法，所述细旦聚丙烯纤维按重量百分比包括：1-10%的超支化聚合物/聚烯烃复合粒子和
90-99%的聚丙烯粒子；所述的超支化聚合物/聚烯烃复合粒子中超支化聚合物与烯烃单体的重量比为5-20：80-110。
所述的烯烃单体为苯乙烯、马来酸酐等的一种或几种。
所述的超支化聚合物为HBP-1、HBP-2、HBP-3中的一种或几种。
所述的HBP-1、HBP-2和HBP-3的结构式如下：
本发明的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸制备细旦聚丙烯纤维的方法，包括：
（1）将超支化聚合物、烯烃单体和引发剂混合加入到含有分散剂的水溶液中，通氮气60~90分钟，边搅拌边反应，待粒子硬化后，经洗涤、烘干，即得超支化聚合物/聚烯烃复合粒子；其中超支化聚合物、烯烃单体和引发剂的重量比为5-20:80-110:0.5-1.5，分散剂和超支化聚合物的重量比为1:2-2:1；
（2）将上述超支化聚合物/聚烯烃复合粒子与聚丙烯粒子熔融共混，挤出冷却并切粒，得到共混切片；将得到的共混切片熔融纺丝、卷绕，最后超倍牵伸即得到细旦聚丙烯纤维。
所述步骤（1）中的分散剂为聚乙烯醇，分散剂水溶液制备：将去离子水和分散剂加入反应容器中，搅拌升温至95℃，体系达到均一、透明。
所述步骤（1）中的引发剂为过氧化苯甲酰。
所述步骤（1）中边搅拌边反应的具体操作为：在75℃下进行加热搅拌，而后升温至80℃反应1~3h，再升温至90℃反应1~5h，最后升温至95℃反应直至粒子硬化。
所述步骤（2）中超倍牵伸的工艺条件为：热板温度80-110℃，热辊温度55-85℃，牵伸倍数为3-15倍。
得到的细旦聚丙烯纤维断裂强度为5~7cN/dtex，断裂伸长20-35%。
本发明涉及复合粒子的加入使得聚丙烯可以以超倍拉伸这一加工工艺来制备细旦纤维，原理主要是聚烯烃可以阻碍聚丙烯球晶生长，同时超支化聚合物由于其三维球形结构可降低聚丙烯分子间作用力，作为成核剂可提高初生纤维次晶的含量，利于后拉伸。
有益效果
（1）本发明制备的细旦聚丙烯纤维力学性能好，纤维强度高，可用于工程材料方面，拓展了聚丙烯的应用领域；
（2）本发明改善了细旦聚丙烯纤维的回潮率、抗静电性等一系列性能；
（3）本发明的制备方法操作简单，投资少，成本低，可规模化生产，现有纺丝设备亦可使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
称取260g去离子水及6g聚乙烯醇PVA先后加入到500ml三口瓶中，待搅拌升温至95℃，至体系达到均一、透明。
然后称取HBP-15g，引发剂过氧化苯甲酰0.9g，将其加入到90g苯乙烯中，搅拌使其溶解或分散均匀，将其加入到上述溶液中，通氮气60分钟，并在75℃下进行加热搅拌，使分散相粒度达到均匀稳定；而后升温至80℃反应1h，再升温至90℃反应1h，最后升温至95℃反应直至粒子硬化，经洗涤、烘干得到超支化聚合物/聚烯烃复合粒子。
接着，称取100g超支化聚合物/聚烯烃复合粒子和900g聚丙烯粒子，通过双螺杆共混挤出、冷却，经切粒机切粒得共混切片。
最后，将制得的改性切片经纺丝机制得初生纤维，然后经过超倍牵伸、卷绕得到细旦聚丙烯纤维。
表1纯PP与实施例1得到的细旦聚丙烯纤维的性能参数
实施例2
称取500g去离子水及13g PVA先后加入到1000ml三口瓶中，待搅拌升温至95℃，至体系达到均一、透明。
然后称取超支化聚合物HBP-220g，引发剂过氧化苯甲酰1.0g，将其加入到80g苯乙烯与20g丙烯酸甲酯的混合液中，搅拌使其溶解或分散均匀，将其加入到上述溶液中，通氮气90分钟，并在75℃下进行加热搅拌，使分散相粒度达到均匀稳定；而后升温至80℃反应3h，再升温至90℃反应5h，最后升温至95℃反应直至粒子硬化，经洗涤、烘干得到超支化聚合物/聚烯烃复合粒子。
接着，称取10g超支化聚合物/聚烯烃复合粒子和990g聚丙烯粒子，通过双螺杆共混挤出、冷却，经切粒机切粒得共混切片。
最后，将制得的改性切片经纺丝机制得初生纤维，然后经过超倍牵伸、卷绕得到细旦聚丙烯纤维。
表2纯PP与实施例2得到的细旦聚丙烯纤维的性能参数
实施例3
称取260g去离子水及6g PVA先后加入到500ml三口瓶中，待搅拌升温至95℃，至体系达到均一、透明。
然后称取HBP-1和HBP-3各5g，引发剂过氧化苯甲酰0.9g，将其加入到80g苯乙烯和20g马来酸酐的混合液中，搅拌使其溶解或分散均匀，将其加入到上述溶液中，通氮气85分钟，并在75℃下进行加热搅拌，使分散相粒度达到均匀稳定；而后升温至80℃反应2h，再升温至90℃反应3h，最后升温至95℃反应直至粒子硬化，经洗涤、烘干得到超支化聚合物/聚烯烃复合粒子。
接着，称取60g超支化聚合物/聚烯烃复合粒子和940g聚丙烯粒子，通过双螺杆共混挤出、冷却，经切粒机切粒得共混切片。
最后，将制得的改性切片经纺丝机制得初生纤维，然后经过超倍牵伸、卷绕得到细旦聚丙烯纤维。
表3纯PP与实施例3得到的细旦聚丙烯纤维的性能参数
Claims (7)
1.一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维，其特征在于：所述细旦聚丙烯纤维按重量百分比包括：1-10％的超支化聚合物/聚烯烃复合粒子和90-99％的聚丙烯粒子；其中超支化聚合物/聚烯烃复合粒子中超支化聚合物与烯烃单体的重量比为5-20：80-110；其中烯烃单体为苯乙烯和/或马来酸酐；
其中超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维制备为：
(1)将超支化聚合物、烯烃单体和引发剂混合加入到含有分散剂的水溶液中，通氮气60～90分钟，边搅拌边反应，待粒子硬化后，经洗涤、烘干，即得超支化聚合物/聚烯烃复合粒子；其中超支化聚合物、烯烃单体和引发剂的重量比为5-20:80-110:0.5-1.5，分散剂和超支化聚合物的重量比为1:2-2:1；
(2)将上述超支化聚合物/聚烯烃复合粒子与聚丙烯粒子熔融共混，挤出冷却并切粒，得到共混切片；将得到的共混切片熔融纺丝、卷绕，最后超倍牵伸即得到细旦聚丙烯纤维；
其中所述的超支化聚合物为HBP-1、HBP-2、HBP-3中的一种或几种；其中所述HBP-1、HBP-2和HBP-3的结构式如下：
2.根据权利要求1中所述的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维的制备方法，包括：
(1)将超支化聚合物、烯烃单体和引发剂混合加入到含有分散剂的水溶液中，通氮气60～90分钟，边搅拌边反应，待粒子硬化后，经洗涤、烘干，即得超支化聚合物/聚烯烃复合粒子；其中超支化聚合物、烯烃单体和引发剂的重量比为5-20:80-110:0.5-1.5，分散剂和超支化聚合物的重量比为1:2-2:1；
(2)将上述超支化聚合物/聚烯烃复合粒子与聚丙烯粒子熔融共混，挤出冷却并切粒，得到共混切片；将得到的共混切片熔融纺丝、卷绕，最后超倍牵伸即得到细旦聚丙烯纤维。
3.根据权利要求2所述的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的分散剂为聚乙烯醇，分散剂水溶液制备：将去离子水和分散剂加入反应容器中，搅拌升温至95℃，体系达到均一、透明。
4.根据权利要求2所述的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的引发剂为过氧化苯甲酰。
5.根据权利要求2所述的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中边搅拌边反应的具体操作为：在75℃下进行加热搅拌，而后升温至80℃反应1～3h，再升温至90℃反应1～5h，最后升温至95℃反应直至粒子硬化。
6.根据权利要求2所述的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中超倍牵伸的工艺条件为：热板温度80-110℃，热辊温度55-85℃，牵伸倍数为3-15倍。
7.根据权利要求2所述的一种超支化聚合物/聚烯烃复合粒子超倍拉伸细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于：得到的细旦聚丙烯纤维断裂强度为5～7cN/dtex，断裂伸长20-35％。
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