對(duì)于聚丙烯熔噴非織造布的親水改性，目前采用的一些方法都存在一些問題，如后整理方法會(huì)使聚丙烯熔噴非織造布的耐久性下降，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，親水性物質(zhì)會(huì)從纖維上脫落下來而無法獲得持久的親水性。與其他親水改性的方法相比，共輻照親水改性有很多優(yōu)點(diǎn)：自由基利用率高、工藝簡(jiǎn)單、單體對(duì)高分子材料有輻射保護(hù)作用。最為重要的是經(jīng)過輻照親水改性后，非織造布可獲得持久的親水性，同時(shí)其常規(guī)性能基本上不受影響。

　　實(shí)驗(yàn)操作得出關(guān)鍵數(shù)據(jù)
　　原料與儀器

　　原料：18cm×25cm，52g/m2的聚丙烯熔噴布，去離子水、硫酸銅。

　　儀器：北京金盛鑫檢測(cè)儀器有限公司的JYSP-180接觸角測(cè)定儀；日本株式會(huì)社日立高新科技那珂事業(yè)所的TM-1000掃描電鏡；上海市精密科學(xué)儀器有限公司的FA2004B電子天平；江蘇無錫愛邦輻射技術(shù)有限公司的GJ-15地那米型電子加速器。

　　試樣的制備

　　剪去聚丙烯熔噴布裝于塑料袋中，鼓氮?dú)?0min除去其中的氧氣并密封。取去離子水、丙烯酸（AA）、硫酸銅配置丙烯酸溶液，丙烯酸溶液共分為4個(gè)濃度梯度，分別為2%、4%、6%、8%，每份丙烯酸溶液中均加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3‰的阻聚劑（硫酸銅），將聚丙烯熔噴布浸入改性液中浸泡，通氮?dú)獬テ渲械难鯕夂竺芊?，并移?0Co-γ射線源室。分10、20、30、40、50kGy五個(gè)輻照劑量進(jìn)行輻照。輻照完成后，將材料移出射線源室。

　　采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察聚丙烯熔噴非織造布試樣輻照接枝前后的表面形貌，進(jìn)而對(duì)比接枝前后試樣表面形貌的變化。參照標(biāo)準(zhǔn)：GB/T16594-2008微米級(jí)長(zhǎng)度的掃描電鏡測(cè)量方法通則。

　　一是開機(jī)。將儀器插上電源，打開電腦，雙擊桌面上的JYSP-180應(yīng)用程序進(jìn)入主界面，這時(shí)可以看到攝像頭拍攝的載物臺(tái)上的圖像。二是加入樣品。將微量注射器固定在載物臺(tái)上方，裁取一小塊兒樣品放置在注射器正下方。放置樣品時(shí)，要使樣品表面產(chǎn)生的圖像盡量平整，并在一條水平線上，不產(chǎn)生起伏不平的圖像。緩慢旋轉(zhuǎn)注射器上方的旋鈕抽取液體，使一滴水滴滴在樣品表面上。這時(shí)可以從圖像中看到進(jìn)樣器下端出現(xiàn)一個(gè)小液滴。三是調(diào)焦。調(diào)整攝像頭焦距及攝像頭的高度，直至在圖像中出現(xiàn)一個(gè)清晰的小水滴。四是量角法。點(diǎn)擊測(cè)量，選擇三點(diǎn)法。進(jìn)入三點(diǎn)法主界面，然后用鼠標(biāo)左鍵順次點(diǎn)擊液滴的頂端和液滴的左、右兩端與試樣的交點(diǎn)，記錄所得到的接觸角。五是保存圖像。點(diǎn)擊界面左上角的文件按鈕，再點(diǎn)擊保存圖像按鈕將圖像保存在文件夾中。

　　斷裂強(qiáng)力是在規(guī)定的條件下進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)的過程中，試樣被拉伸至斷裂時(shí)所測(cè)得的最大強(qiáng)力。由于熔噴非織造布其纖維的無規(guī)雜亂排序使其縱橫向強(qiáng)力比基本上相同，因此本測(cè)試試驗(yàn)不分縱橫向測(cè)試。

　　數(shù)據(jù)分析確定最佳工藝

　　通過對(duì)輻照接枝前后的聚丙烯熔噴非織造布用掃描電鏡進(jìn)行掃描，得到其表面形態(tài)的照片如下：

　?。╝)未接枝聚丙烯熔噴布（b）接枝后聚丙烯熔噴布

　　由圖2可以看出，接枝前的纖維表面光滑，直徑均勻，接枝后的纖維表面粗糙、遍布凹坑、鼓泡和顆粒狀突起，且比較均勻地散布在纖維表面；隨著接枝率的增大，粒狀突起增多。這說明了通過輻照的方式丙烯酸與聚丙烯大分子發(fā)生了接枝反應(yīng)，在丙綸的表面接枝上了由改性單體丙烯酸組成的聚合物顆粒，達(dá)到了對(duì)聚丙烯的接枝改性。

　　材料表面親水性一般采用接觸角進(jìn)行表征，接觸角越小，材料表面親水性越強(qiáng)。對(duì)試樣的接觸角測(cè)量所得結(jié)果如表1所示。

　　對(duì)所得數(shù)據(jù)分別以丙烯酸濃度和輻照劑量為橫坐標(biāo)對(duì)接觸角進(jìn)行作圖，可以分別得到丙烯酸濃度梯度和輻照劑量梯度對(duì)接觸角的影響如下圖所示。

　　由圖3可以看出，對(duì)于每一個(gè)恒定的輻照劑量，在丙烯酸濃度為2%~8%之間時(shí)，隨著單體丙烯酸濃度的增加，PP接枝物的接觸角逐漸降低，體系中接枝單體的含量相對(duì)不足，輻照所產(chǎn)生的PP大分子活性自由基，大部分在斷鏈中消耗，因此當(dāng)丙烯酸的用量增加時(shí)，PP分子鏈的斷鏈減少，而接入的極性基團(tuán)數(shù)量增加，表現(xiàn)出接觸角隨之變小。但是接觸角減小的幅度并不大，這說明經(jīng)過接枝改性后，聚丙烯熔噴布的親水性得到改善，但是改善的效果不是很理想，可能是由于丙烯酸的濃度比較低的緣故。

　　圖4接觸角隨輻照劑量的變化

　　接觸角測(cè)量中所得到的照片如下圖所示：

　?。╝）原試樣的接觸角（b）改性后試樣的接觸角

　　圖5試樣接枝前后接觸角的對(duì)比

　　由圖4可以看出，對(duì)于每個(gè)恒定的丙烯酸濃度，在輻照劑量為10kGy到50kGy之間時(shí)，隨著輻照時(shí)間的增大，加快了PP大分子產(chǎn)生自由基的速率，自由基的濃度增大，引發(fā)接枝聚合反應(yīng)，使得接枝率上升，親水性得到改善，接觸角隨著減小，并且變動(dòng)幅度基本上恒定，雖然接觸角的測(cè)量表明聚丙烯熔噴非織造布經(jīng)過輻照接枝后親水性得到改善，但是改善的幅度不大，可能是與輻照劑量比較小有關(guān)。

　　試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在輻照劑量不變時(shí)，丙烯酸濃度在2%到8%之間變化時(shí)，隨著丙烯酸濃度的增大，接觸角隨著減小，保水率和透濕性隨著增大；在丙烯酸濃度不變時(shí)，輻照劑量在10kGy到50kGy之間時(shí)，隨著輻照劑量的增大，接觸角隨著減小，保水率和透濕性隨著增大。

　　斷裂強(qiáng)力是非織造布力學(xué)性能的重要指標(biāo)，通過斷裂強(qiáng)力的測(cè)試，可以得到聚丙烯熔噴布在輻照接枝改性前后斷裂強(qiáng)力的變化，據(jù)此可以對(duì)比接枝改性前后力學(xué)性能的變化，測(cè)試實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

　　對(duì)所得數(shù)據(jù)分別以丙烯酸濃度和輻照劑量為橫坐標(biāo)對(duì)斷裂強(qiáng)力進(jìn)行作圖，可以分別得到斷裂強(qiáng)力隨丙烯酸濃度梯度和輻照劑量梯度的變化如下圖所示。

　　由表2可知，經(jīng)過輻照接枝改性，聚丙烯熔噴布的斷裂強(qiáng)力并沒有改變，各個(gè)試樣基本上與原樣的斷裂強(qiáng)力相同，只是值在稍微上下波動(dòng)，但是波動(dòng)的區(qū)間很小，這是很正常的。而由圖6及圖7可以看出，在丙烯酸濃度為2%到8%之間、輻照劑量為10kGy到50kGy之間時(shí)，斷裂強(qiáng)力并不隨丙烯酸濃度與輻照劑量特征變化，只是在某一個(gè)值附近上下波動(dòng)。在測(cè)試試樣中發(fā)現(xiàn)，非織造布的斷裂并不是被拉斷，而是發(fā)生層與層之間的滑移，由于熔噴布的斷裂強(qiáng)力本身就小，并且所選的試樣并沒有經(jīng)過固網(wǎng)工序。可以看出丙烯酸濃度與輻照劑量對(duì)試樣的斷裂強(qiáng)力沒有明顯的影響。

　　測(cè)試試驗(yàn)中所得到試樣的拉伸斷裂強(qiáng)力圖如下圖所示：

　　試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在丙烯酸濃度為2%到8%之間、輻照劑量在10kGy到50kGy之間時(shí)，隨著丙烯酸濃度和輻照劑量的增大，厚度和透氣性略有增大，但并沒有與之呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)；斷裂強(qiáng)力基本上沒有變化，這也正好符合親水改性但不影響其他性能的要求。
　　作者：孫進(jìn)桃（畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)非織造材料與工程專業(yè)；現(xiàn)為廣東五邑大學(xué)紡織服裝學(xué)院研究生）
　　□指導(dǎo)老師：夏磊（天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部講師）