聚丙烯无纺布预辐射固相接枝丙烯酸的研究 聚丙烯无纺布预辐射固相接枝丙烯酸的研究

聚丙烯无纺布预辐射固相接枝丙烯酸的研究

  • 期刊名字:应用化工
  • 文件大小:283kb
  • 论文作者:董缘,兰新哲,党晓娥,艾晓燕
  • 作者单位:西安建筑科技大学
  • 更新时间:2020-10-26
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论文简介

第35卷第5期应用化工Vol 35 No 52006年5月Applied Chemical IndustryMay 2006聚丙烯无纺布预辐射固相接枝丙烯酸的研究董缘,兰新哲,党晓娥,艾晓燕(西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055)摘要:以聚丙烯(P)无纺布为基材以丙烯酸为单体进行预辐射固相接枝聚合,考察了外部环境、辐射剂量、温度、反应时间、单体用量、介质阻聚剂交联剂对接枝率的影响。结果表明,通过预辐射固相接枝聚合方法,可将丙烯酸单体接枝在PP无纺布上,辐射剂量增大可提高接枝率;反应时间对接枝率的影响在低、高温阶段有所不同。最佳反应条件为:氮气环境,辐射剂量大于50kGy,反应温度65℃,反应时间3h,单体浓度30%,反应介质为水阻聚剂0.8g,交联剂用量为5mL关键词:辐射接枝;丙烯酸;聚丙烯无纺布中图分类号:TQ316.313文献标识码:A文章编号:1671-3206(200605-0332-03Study on pre-irradiation induced solid phase graft copolymerizationof acrylic acid on non-woven polypropylene fabricDONG Yuan. LAN Xin-zhe DANG Xiao-e.Al XiCollege of Metallurgy Engineering, Xi'an University of Architecture& Technology, Xi'an 710055, China)Abstract: The matrix of non-woven polypropylene fabrics could be grafted with the monomer of acrylicacid by means of pre- irradiation induced solid phase graft copolymerization Efects of surroundings, radiation dosage, temperature, reaction time, acrylic acid concentration, medium, polymerization inhibitor andcross-linking agent on the degree of grafting were investigated. It was found that the grafting yield increa-ses with the radiation dosage. While the effect of reaction time on the degree of grafting differs during vari-ous temperature period. The appropriate reaction condition are: N2, irradiation dose over 50 kGy, reactiontemperature 65C, reaction time 3 h, monomer concentration 30%, medium H2O, polymerization inhibitorconcentration 0.8 g, DVBs concentration 5 mLKey words: radiation grafting; acrylic acid; polypropylene fabric聚丙烯(P)无纺布是熔融聚丙烯喷丝形成的聚合方法,重点考察了辐射剂量、外部环境、反应温非织造布,强度好,耐磨性强,密度低,覆盖能力高,度、反应时间、单体浓度、反应介质阻聚剂、交联剂原纤化能力好能热粘合或热成型,加工设备简单,引入对接枝改性的影响有较高的毛细管效应能加工成微细结构,制成光滑1实验部分柔软的产品,且价廉物美,因而发展较快。因其结构排列好,通气阻力小,阻尘效率高等特点,被广泛应11试剂与仪器用在矿业、冶金、化工等各个部门,是环保、空调等行聚丙烯(PP)无纺布,50g/m2,纤维直径0022业的优良高效过滤净化材料;在分离技术上,PPmm,工业品;丙烯酸(AA),硫酸亚铁(FeSO4无纺布作为一种重要的多孔纤维而得到广泛研究,7H2O)盐酸、甲醇均为化学纯丙酮(AC)、二乙烯但由于聚丙烯无纺布是典型的疏水性材料,过滤时基苯(DVB)为分析纯;蒸馏水。的润湿性差,液体不能充分流动,只有局部过滤材料ELV-8型电子加速器;J-型精密增力电动搅起到过滤作用。科研工作者为了降低PP无纺布的拌器;981C型数显电热套。表面张力提高其润湿性,进行了许多纤维表面改性1.2实验方法研究如热聚合法在表面接枝NP等单体;还有电1.2中国煤化工室温空气中用γ射线离法,以得到高效过滤材料。本课题采用固相接枝以CNMH辐照过的样品放入收稿日期:200602-23基金项目:国家863计划基金资助项目(2003AA32X090)作者简介:董缘(1968-),女陕西西安人,西安建筑科技大学讲师,在读博土研究生,师从兰新哲教授,从事新型离子交换材料纤维的制备的研究。电话:02982202937,E-mail: dongyuan68@126,cm第5期董缘等:聚丙烯无纺布预辐射固相接枝丙烯酸的研究333冰箱保存备用,所有实验均在辐照后2个月内完成。化物,氢过氧化物在热的作用下分解生成自由基可1.2.2固相接枝法将边长约为100mm的正方引发单体接枝4形预辐射无纺布用丙酮浸泡24h后,用蒸馏水洗至无味,放入105℃恒温箱中干燥150min,称量。放入装有丙烯酸和二乙烯基苯(DⅤB)反应液的三口瓶中,用氮气排氧5min;放人一定温度的电热套内反应一定时间。取出无纺布,用蒸馏水洗3~4次后,再用甲醇浸泡30min,除去均聚物,最后用盐酸、在氮气中水除去残余引发剂和单体后放入105℃的烘箱中,在空气中烘1.5~2h,称量并计算接枝率。13表征辐射剂量/kGy1.3.1接枝率计算如下图1接枝率与预辐照剂量的关系G=(W2-W1)/W×100%Fig 1 Relation between irradiation dose and grafting rate式中G接枝率,%;图1为接枝率与预辐照剂量的关系。图1表W1—接枝前无纺布的质量明,接枝率随预辐照剂量的增加而增加。说明随预W2接枝后无纺布的质量,g辐照剂量的增加,有更多的氢过氧化物形成,经热的1.3.2交换容量接枝后的聚丙烯无纺布为弱酸作用,产生的自由基数增多,在接枝反应中生成的接性离子交换材料可按照阳离子交换纤维的测试方枝活性中心增多,因此接枝率增加。法检测其交换容量2.4温度对接枝率的影响2结果与讨论接枝反应温度与接枝率的关系见图2。2.1反应机理PP在空气中辐照时,将主要产生高分子过氧化物,也有少量氢过氧化物。当在AA水溶液中加热辐照PP时,则过氧化物分解后可引发接枝反应。氢过氧化物分解所产生的·OH自由基是引发均聚反应的主要原因(]。通常采用亚铁离子阻止均聚反应,因为亚铁离子可使OH自由基变成OH,从而失去活性达到阻止均聚反应的目的;适量的亚铁42465054586266707478离子还有助于过氧化物的分解,从而提高接枝反应温度℃率3。反应式可表示为图2接枝反应温度对接枝率的影响pooP+poohFig 2 Efect of reaction temperature on grafting rate(44、5·分别表示不同辐射剂量的样品号,以下同)POOP+2POAA-g-P由图2可知,接枝率刚开始随反应温度的增加ROOH+Fe2+-→RO·.+Fe3++OH而增加,这是由于单体的扩散速率及其与自由基反式中P表示PP。应的能力是随温度升高而增加所致。特别是P无2.2外部环境对接枝率的影响纺布在空气中辐照时产生的过氧化物一般需要接枝率与外部环境的关系见图1。由图1可60℃以上才能分解生成引发接枝反应的自由基。当知,在相同条件下,空气里接枝率不超过1%,因干反应温度为65℃时,接枝率为492%,当温度升高燥条件不严格,20个样全是负值最大为-0.16,红至75℃时,接枝率有所下降。这是由于随反应温度外光谱图显示,AA已接枝上。这是由于空气中氧升甚的沈市深断与单体浓度一致,自气的阻聚作用使得AA在PP无纺布表面的接枝反由基中国煤化工相一致,使反应进应而难以进行,在氮气里全是正值。由此可见氮气行CNMHG。当反应温度高于是得到高接枝率的基本条件65℃时,自由基的分解速率太快,超过了接枝反应速23辐射剂量对接枝率的影响率,自由基终止反应加剧,同时副反应增多,导致接PP无纺布在空气中经CoY源辐照生成氢过氧枝率下降。334应用化工第35卷2.5反应时间对接枝率的影响以促进AA在PP中的溶解和渗透,为接枝反应提供接枝反应时间与接枝率的关系见图3更多的反应场所,有利于单体向PP扩散、反应热的移出等。以水为反应介质时的接枝率比以甲苯时的接枝率要高,这是由于水的溶度参数与甲苯相比更接近PP的溶度参数的缘故°。表1介质和接枝率的关系Table 1 Relation between medium and grafting rate接枝率/%样品号甲苯反应时间/h图3接枝反应时间对接枝率的影响68.58Fig 3 Effect of reaction time on grafting rate由图3可知,接枝率随反应时间的增加而增加,2.8阻聚剂对接枝率的影响直线的斜率在很长一段区间皆维持一个常数,观察在没有阻聚剂的情况下,由于氢过氧化的存在,不到自加速现象说明接枝反应平稳反应混合物中预辐照的PP无纺布样品在AA水溶液中反应时,很缺乏高粘度变化。其中原因之一是均聚物的形成,容易发生均聚反应而产生大量的均聚物部分还会均聚物不溶于反应混合物从混合物中沉淀出来因粘附在PP无纺布表面,一般很难除尽,所以在接枝此对增加反应混合物粘度贡献很小。反应时需加入适量的阻聚剂。接枝率与阻聚剂的关2.6AA剂量对接枝率的影响系见图5。接枝率与单体浓度的关系见图4。5101416202428323842单体浓度/mL阻聚剂浓度g图4单体浓度对接枝率的影响图5阻聚剂对接枝率的影响Fig 4 Eect of monomer concentration on grafting rateFig 5 Effect of polymerization inhibitors concentration由图4可知,当单体浓度小于30mL时,接枝率on grafting rate随单体浓度的增加而增加;当单体用量大于30mL由图5可知,刚开始时接枝率随硫酸亚铁用量时,接枝率下降。有可能是PP固相接枝反应主要的增加而增加,当达到08g时达到最大,以后反而发生在PP表面,随着单体浓度增大,与PP无纺布下降。这说明适量的硫酸亚铁对增强AA的接枝反接触面积增大接枝率也逐渐上升,但PP无纺布表应具有一定的协同作用,过量的硫酸亚铁在阻止均面积一定。当单体浓度增加到足以覆盖所有PP表聚反应的同时也会使接枝链失活而终止接枝反应,面时,继续增加单体用量,接枝率几乎不再增加。同从而使接枝率降低。时由于在单体浓度达到30m后,随着单体浓度的2.9变联剂用量对接枝率的影响增加,AA单体在水中的均聚程度加剧,单体消耗的交联剂在预辐射固相接枝反应中的作用可以起自由基数量增多,使PP大分子自由基数量减少,导到中国煤化工由基降低接枝反应致接枝率反而降低。因此,过高的单体浓度对接枝活CNMHG能团单体多官能团共聚反应是不利的。单体也是H耿时父联剂,它的存在不可避27介质对接枝率的影响免地会使PP产生交联结构,这已经被很多实验证接枝率与介质的关系见表1。由表1可知,反实。接枝率与交联剂用量的关系见图61应介對蒌瞽率有较大影响。这是由于反应介质可(下转第341页)第5期蔡可迎等氧化吲哚的绿色合成工艺研究肼还原得到氧化吲哚。此反应的较优条件为:还原[2]谢筱娟杨高升氧化吲哚简易合成方法[J.化学世剂水合肼:邻硝基苯乙酸(摩尔比)=3:1,催化剂界,1995,36(9):469471.FeO(OH)的用量为02g/mmol硝基物,在回流温[3]段长强孟庆芳张泰等现代化学试剂手册(第度下反应1.0h,氧化吲哚的收率为95%。两步总分册,通用试剂)[M].北京:化学工业出版社,1收率为59%。[4] Dicarlo F J. Synthesis of oxindole[J]. J Am Chem Soc1944,66:1420-1420采用水合肼作还原剂,反应条件温和,且对环境[5] William B, Wright Jr, Kenneth H C. Cyclic hydroxamic无污染,因此此工艺具有较好的工业应用前景。不indole[J]. J Am Chem Soc, 1956足之处在于水合肼的价格较高,若能进一步减少水合肼的用量会使此工艺更合理。[6 Lauwiner M, Rys P, Wissmann J. Reduction of aromaticnitro compounds with hydrazine hydrate in the presence of参考文献:an iron oxide hydroxide catalyst. 1. The reduction of mo-[1] Stephen C T, Gary H R, Robert R H. Assay and purity e-nosubstituted nitrobenzenes with hydrazine hydrate in thevaluation of 5-chloro oxindole by liquid chromatographpresence of ferrihydrite[J]. Applied catalysis A:Gener[J]. J Pharm Biomed Anal, 1996, 14(7): 825-830.al,1998,172:141-148(上接第334页)(3)相同反应条件下,以水为介质的接枝率比由图6可知,接枝率随交联剂的用量增大而上以甲苯为介质的接枝率高升参考文献[1]唐黎明,龙复采用一种新的预辐射法聚乙烯接枝丙烯酸的研究[J].化学世界,1994,9(2):485488[2]孙玉风杨万泰PP无纺布接枝NVP研究[J].高分子材料科学与工程,2003,19(1):8993[3]高德玉,李红聚丙烯丝束预辐射接枝改性[J].辐射研究与辐射工艺学报,2004,22(5):318-321[4]姚占海,饶蕾,徐俊聚丙烯纤维与丙烯酸辐射接枝共聚反应的研究[J]高分子材料科学与工程,1997,乙烯基苯用量/mL13(3):16-20图6交联剂用量与接枝率的关系[5]杨小波,詹晓力,陈丰秋丙烯酸固相接枝聚丙烯反应Fig 6 Relation between DVBs dosage and graftin规律性研究[J].化学反应工程与工艺,2003,19(9)3结论(1)预辐照PP无纺布可产生陷落自由基和大[6]杨小波,詹晓力,陈丰秋聚丙烯固相接枝聚合及接枝机理研究进展[J].石油化工,2003,32(1):4953(2)预辐照PP无纺布接枝丙烯酸的最佳工艺[7]陈捷卢永畅预辐射囊丙烯纤维接枝丙烯酸的研究条件是:反应温度为65℃,反应时间为3h,单体浓[冂].核技术,1998,21(9):539-544度为30%,反应介质为水,阻聚剂08g,交联剂用量81窦强李春成任巨光聚丙烯固相法接枝改性[弹性体,1995,5(1):4956为5mL。氮气环境,辐射剂量大于50kCy2006年《应用化工》(月刊)征订启事《应用化工》杂志为中国科技核心期刊、中国石油和化工行业核心期刊,月刊,大16开本,年订价120元。邮发代号:52225,国外代号B中国煤化(所)均可办理订罔知⊥rr阅,亦可直接通过邮局或银行向本社订阅。地址:西七工杂志社,邮编10054,电话:(029)8318850113363981026,传真CNMH∠,al:yhg@vip.163com;chinaacic@vip.163.com;htte:∥/www.chinaaci.com,网络实名:应用化工。开户行:西安市工商行雁塔路支行,帐户:陕西省石油化工研究设计院,帐号:370002300988205773。

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