CN110924156A - 一种亲水透气型无纺布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种亲水透气型无纺布及其制备方法，以2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)为单体，α‑酮戊二酸为光引发剂，在紫外辐照条件下，在无纺布表面发生接枝聚合反应。在无纺布表面引入磺酸基、羧基等亲水性基团，解决PP无纺布亲水性差的问题。改性后的无纺布具有长久稳定的亲水性且不影响其透气性。

Description

一种亲水透气型无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于无纺布亲水改性技术领域，更具体是涉及用紫外辐照法接枝亲水基团对PP无纺布进行亲水改性的方法。
背景技术
无纺布是一种将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机形成纤网结构，再通过机械、热粘合或化学等方法加固而成的织物。具有柔软、透气、强韧、耐用、不产生纤维屑等优点，而且价格低廉。无纺布的加工具有工艺流程短、生产速度快、产量高、成本低、原料来源多等特点，在家庭装饰、医疗卫生、农业覆盖、工业过滤等等领域的应用越来越广泛，有代替其传统材料之趋势，深受市场欢迎。
常用的无纺布按材质可分为PET无纺布和PP无纺布，PP无纺布以聚丙烯树脂为主要生产原料，比重较轻，具有蓬松性、手感好的优点。但由于PP是非极性结构，临界表面张力和表面能很小，基本不含亲水基团，所PP无纺布基本没有吸水性能，这在很大程度上抑制了其在它的应用范围。同时因为聚丙烯存在弱边界层，其它物质在其表面不能形成较强的粘附力，印墨、胶黏剂、涂饰剂在其表面因接触角大而不能充分润湿。所以，在不损害力学性能的前提下，通过对聚丙烯进行亲水改性,增加其极性，可以改善其抗静电、抗污染以及易染色性能，也可以增加聚丙烯与尼龙、聚碳酸酯等极性材料的相容性。因此需要对其进行亲水改性或亲水整理，以提高无纺布的亲水性，同时还要保证不影响原来无纺布的透气性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水透气型无纺布及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无纺布的化学改性方法，即亲水性单体在无纺布表面通过一定的温度、光引发剂和紫外辐照条件下接枝共聚，在无纺布表面引入了磺酸基、羧基等亲水基团。优选地，所述的亲水性单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)，所述的光引发剂为α-酮戊二酸。
优选地，亲水性单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的质量比为6:4，α-酮戊二酸的浓度为单体总质量的0.5％。
优选地，反应温度为室温，辐照时间为2h。
优选地，所述无纺布表面接枝的方法，具体步骤包括：
步骤1，将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，以除去无纺布纤维结构中的杂质，用去离子水反复清洗，再在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。
步骤2，将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。
步骤3，将60质量份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)混合，搅拌均匀得到溶液a。
步骤4，称取0.5质量份的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，即溶液b。
步骤5，将辐照后的无纺布浸泡在2溶液a中30min，取出后再浸泡于溶液b中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。
步骤6，向反应器中通入氮气20min以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h，保证接枝聚合反应始终在非活性气体环境中进行。
步骤7，将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤，以去除未反应的单体和残留在纤维结构中的均聚物，然后取出放置于60℃干燥箱中2h 烘干至恒重。
创新点
本产品采用紫外辐照法对无纺布进行处理，引发剂在高温和光照条件下，分解并攻击单体的分子结构，使单体在微观历程中上双键断裂，单体分子转变成为大分子。常用的自由基聚合的引发剂，一般是是结构上具有弱键、易分解成自由基的化合物，本反应采用光做引发剂。选用波长较短的紫外光，其能量大于单体的化学键能。在光的激发下，可以使单体和单体形成自由基而直接引发聚合。引发受反应温度的影响较小，对聚合物的性能和反应过程的安全也不会产生影响。
通过光引发剂引发使亲水性单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)自由基发生反应，打开烯类分子的
Figure BDA0002316970460000031
键，再通过加成形成新的自由基。链自由基向大分子转移，使原子上带上独立电子，进一步引发两种亲水单体聚合。
单体选用2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)， 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一种带有磺酸基团的乙烯基单体。具有良好的亲水性、吸附性、表面活性及热稳定性。甲基丙烯酸乙酯(HEMA)是一种含有聚合性乙烯基和活性羟基的功能性单体，HEMA中的羟基是亲水性很强的极性基团，在提高聚合物的亲水性的同时也可以提高聚合物的粘接性。将亲水性单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配置成混合溶液，通过共同作用有利于提高亲水改性效果。
通过改变聚丙烯的分子链结构，将亲水性的磺酸基和羧基引入到无纺布表面。通过接枝聚合反应，使接枝后的无纺布纤维表面获得接枝产物，解决了PP 无纺布亲水性差的问题，极大的提高了PP无纺布的亲水性，改善了其抗静电、抗污染以及易染色性能。提高接枝率的同时又对无纺布的硬度、颜色和形变等没有改变，不损坏其力学性能，不影响改性无纺布的使用。更重要的是不影响 PP无纺布原来的透气性。
附图说明
图1为经实施例1亲水改性的PP无纺布接触角
图2为未经亲水改性的PP无纺布接触角
实施例1
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.5g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 60质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例1
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.5g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 30质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和70质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例2
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.5g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 40质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和60质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例3
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.5g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将50质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和50质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例4
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.5g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 70质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和30质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例5
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.3g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 60质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例6
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.4g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 60质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例7
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.6g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 60质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例8
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.7g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 60质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
对照例9
将PP无纺布放入丙酮中浸泡24h后取出，用去离子水反复清洗无纺布纤维结构中的杂质，在电热鼓风干燥箱中100℃条件下干燥至恒重。将无纺布置于紫外光下进行预辐照15min。称取0.7g的α-酮戊二酸配成100mL的α-酮戊二酸溶液，将 60质量份数的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和40质量份数的甲基丙烯酸乙酯(HEMA)配成混合溶液。将辐照后的无纺布浸泡在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中30min，取出后再浸泡于α-酮戊二酸溶液中，待完全浸润后将其放置于密封反应器中。向反应器中通入氮气10min 以排除氧气，室温下放于紫外辐照装置中进行辐照2h。将辐照后的无纺布用乙醇和去离子水的混合液进行反复过滤和洗涤去除未反应的单体和残留的均聚物，取出放置于60℃干燥箱中2h烘干至恒重。
测试结果
将本上述实施例1与对照例1～9所处理的PP无纺布剪裁成25mm×35mm的试样，用JC2000A接触角测量仪进行亲水性测试，采用量高法测量计算接触角大小并做对比。
实施例1取得了最优的亲水效果。
Figure BDA0002316970460000091
将本上述实施例1与对照例1～9所处理的PP无纺布用YG461E-111全自动透气测量仪进行透气性测试。
实施例1与对照例1～9的透气性相差不大，都较好，实施例1取得了相对优良的透气性。
Figure BDA0002316970460000092
上述实施例1～对照例9，通过对制备过程中某些因素如α-酮戊二酸、2- 丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的用量的改变，从而确定出本发明制备的最优选方案。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种无纺布的亲水改性方法，其特征在于：所述紫外辐照接枝法包括如下重量份数的原料：α-酮戊二酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、甲基丙烯酸乙酯(HEMA)。
2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于：所述的α-酮戊二酸最佳用量为总单体质量的0.5％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的质量比为6:4。
3.一种亲水透气型无纺布的制备方法，其特征在于：
预处理：将PP无纺布浸泡在丙酮中一段时间，以除去无纺布表面纤维结构中的杂质；
预辐照：对无纺布预辐照15min；
浸泡：将辐照后的无纺布先浸泡于2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基丙烯酸乙酯(HEMA)的混合溶液中，再浸泡于α-酮戊二酸溶液中；
反应：完全浸润后将其放置于密封反应器中，在氮气环境中下，在紫外辐照装置中辐照2h，使其发生接枝共聚反应；
除杂：用乙醇和去离子水的混合液反复冲洗辐照后的无纺布，去除未反应的单体和残留在纤维结构中的均聚物，除杂后的无纺布在60℃下干燥至恒重后，得到接枝了磺酸基、羧基等极性亲水基团的PP无纺布。
4.权利要求1～3所述紫外辐照法接枝应用于PP无纺布的亲水改性。
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