聚丙烯非织造布亲水改性方法与评价指标

张月庆 钱晓明

(天津工业大学纺织学院，天津，300160)

聚丙烯非织造布亲水改性方法与评价指标

张月庆 钱晓明

(天津工业大学纺织学院，天津，300160)

介绍聚丙烯非织造布亲水改性的原理、目前常用的亲水改性方法以及亲水性能的主要评价指标。指出随着非织造布应用领域的扩大，新的亲水改性方法和评价指标也会不断出现。

聚丙烯非织造布，亲水性，改性方法，评价指标

聚丙烯(PP)非织造布由于其优良的性能和低廉的价格而得到广泛应用，无论在医疗卫生领域还是在服用、擦拭材料方面都成为首选材料［1］。

由于PP是非极性结构，结晶度较高，分子排列规整，结构致密，基本不含亲水基团，所以PP非织造布基本没有吸水功能。为满足产品对吸湿性能的要求，必须对PP非织造布进行亲水改性或亲水整理。

1 改善非织造布亲水性的原理和途径

非织造布所吸收的水由两部分组成:一部分是吸收水，即由于纤维中亲水基团的作用而吸收的水分;另一部分是毛细水，即存在于纤维及非织造布内部间隙的水分子。吸湿时，由于表面能的作用，水分子先吸附在纤维及非织造布表面，然后一部分水分子因毛细效应进入非织造布内间隙，即为毛细水;另一部分水分子不断扩散与纤维内的大分子亲水基团相结合，形成吸收水［2］。

PP非织造布亲水改性方法由于其吸湿原理而多种多样，基本上可以分为物理改性和化学改性两种方法。化学改性主要是改变PP的分子链结构，进而改变其吸湿性，主要有共聚、接枝、交联、氯化和氯磺化等方法。物理改性是改变分子的高次结构，来达到提高亲水效果的目的，主要方法是共混改性和表面改性等。

1.1 聚合物分子结构改性

分子结构改性是通过共聚、聚合和接枝等化学方法，在PP大分子中引进大量亲水性极性基团结构，或着将具有亲水性的单体或聚合物作为支链，在纤维大分子上接枝以提高PP的亲水性能。其中，最常用的方法是接枝改性。

1.1.1 化学接枝法

接枝方法分为表面接枝和本体接枝。表面接枝是在高能射线(电子束或紫外线)、等离子体、电晕放电作用下引发接枝，进而使表面改性。本体接枝改性有溶液法、熔融法、悬浮法和固相法等。目前常用的是熔融接枝改性，其原理是在PP聚合物中加入接枝单体，在引发剂作用下，加热熔融、混炼或挤出而发生接枝反应。极性单体的接枝率是影响PP亲水改性的重要因素。周延辉［3］将极性单体丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、PP在引发剂引发下，通过双螺杆挤出机熔融接枝法制备PP接枝物。结果表明:GMA质量分数为1.5%时，PP接枝物的后退接触角由纯 PP的77.3°降为42.0°，亲水效果明显改善。但是，该方法易产生化学污染物，并对纤维物理性能有不良影响，会降低聚合物结晶度和熔点。

1.1.2 辐射接枝法

与传统化学接枝法相比，辐射改性工艺简单，节约能源，不需要引发剂，无污染，具有很好的发展前景。共辐射、预辐射和过氧化辐射接枝三种方法是目前常用的辐射接枝方法。Choi［4］通过辐射接枝法将极性单体丙烯酸接入聚乙烯(PE)/PP非织造布，应用于电池隔膜。结果表明，非织造布的吸液能力和吸碱率随接枝率的增加明显提高。Choi等人［5］将亲水性单体丙烯酸和甲基丙烯酸通过辐射接枝来改善PP膜的亲水性。结果显示，应用在电池隔膜的PP膜随着接枝率增加，亲水效果得到改善。

1.2 共混改性

PP共混改性是指将其他亲水聚合物或表面活性剂与PP混掺，使添加物填入PP较大的球晶内，形成一种宏观上均匀的新的聚合物。共混改性根据改性剂添加的时间段不同，可以分为:①母粒法，先将亲水添加剂制成亲水母粒，再与PP混合均匀后共同熔融纺丝;②全造粒法，将改性剂、PP切片、助剂一起混合均匀，用螺杆挤出机挤出造粒，制成亲水改性PP粒子，再熔融纺丝;③纺前注射法，将亲水性高聚物，如聚丙烯酸酯类衍生物、聚乙二醇衍生物等输入螺杆挤出机，与PP熔体混合均匀，直接纺丝。

改性后的PP性能取决于共混物的聚集态结构和形态结构，而共混物的组成、相容性、加工条件又起着关键作用。要通过共混方法得到部分相容的亲水性共混体系，一般都需添加大分子亲水性表面活性剂或极性聚合物。范玲玲等人［6］将亲水改性剂CHA与PP共混后制成的熔喷非织造布可以有效降低接触角，当CHA质量分数达到5.5%时，接触角为0°。陈青葵等人［7］将聚乙二醇辛基苯基醚、十二烷基苯磺酸钠和十八醇三种表面活性剂分别与PP进行共混，可有效改善PP的亲水性，同时可降低PP熔体的黏度，并降低出口处膨胀率，有利于纺丝加工。姚瑜等人［8］利用丙烯酸接枝PP制成PP接枝丙烯酸共聚物(PP-g-AA)，再将PP、PP-g-AA以及乙烯—丙烯酸共聚物(EAA)三元共混，共混聚合物的接触角降低到81°，亲水性效果得到明显改善。

1.3 等离子体处理改性

等离子体是一种全部或部分电离的气体状态物质，含有原子、分子、离子亚稳态和激发态，并且电子、正离子和负离子的数量大致相等。气体在电场力作用下发生电离，等离子体中的各种离子、激发态分子、自由基和光子等多种高能活性粒子与聚合物表面发生相互作用形成交联结构和稳定存在的游离基。等离子体中的气体可分为反应气体和惰性气体两类［9］，可反应气体主要是氮、氧和乙烯等，惰性气体有氩和氦等。等离子体表面改性的主要途径有表面溅射、表面刻蚀、表面交联和形成新的化学结构［10］。等离子体改性的优点是改性只发生在材料表面层，不会改变内部特性，且作用时间短、效率高，在干态下反应，不污染环境。

等离子体改性的效果和等离子体的性质有关。参数包括等离子体产生的功率、气体类型、工作压强等工艺参数以及设备结构、频率、电极的排布方式等设备参数。唐丽华等人［11］通过实验发现，增加等离子体的放电功率和放电频率、提高等离子体的数量和能量，可以明显改善材料的亲水性能。另外，等离子体的气体种类对非织造布的亲水性也有明显影响，氧气等离子体处理的非织造布与氩气等离子体处理的非织造布相比，达到吸水平衡更快，吸水率高，这是因为氧气等离子体比氩气等离子体更易在材料表面引入含氧极性基团。

1.4 亲水后整理

亲水整理是一种方法简便、效果显著、成本低廉的非织造布后整理工艺，一般分为浸渍法和浸轧法，另外还有喷洒法和泡沫整理法。浸轧法能提高亲水整理剂的附着力并能均匀分布在非织造布上，工艺简单易行，所以实际生产中主要采用浸轧法。浸轧法的原理是将亲水油剂覆盖在非织造布的表面，形成亲水薄膜，然后加热烘干，使油剂固着在非织造布表面。

亲水整理方法虽然工艺简单，易于操作，但是整理后耐久性比较差。刘娴等人［12］通过耐洗性测试表明，亲水整理剂的耐洗性能一般，经3次水洗后透水时间增大了约1.5倍。另外，亲水性纺丝油剂常会聚集成大水滴，沿着纤维的边缘迁移，容易在纤维交叉点上聚集，进而形成大的沉淀物［13］，因此亲水后整理PP非织造布较多用于一次性卫生材料用品。

2 非织造布亲水性的评价

目前PP非织造布的亲水评价指标主要有吸水率、接触角、毛细效应等。随着非织造布应用领域的扩大，不断赋予亲水性新的内容，像瞬时吸水、吸水均匀性、保水率等概念的提出反映了亲水改性技术革新的动向。

吸水率是表征PP非织造布亲水性的常用指标。吸水率是指在标准时间内或在材料完全润湿所需要的时间内，每单位质量的非织造布吸收的水量。PP非织造布的吸水性能主要由本身的结构和改性后PP纤维的亲水性能决定。非织造布的空隙率越大，毛细水越多;改性后的PP亲水基团越多，则吸收水越多。

非织造布的平衡接触角也是反映PP非织造布亲水性的指标。接触角测试时可以将改性PP非织造布置于洁净平滑的玻璃板上，平放于烘箱，使其熔融，待熔融后取出玻璃板，自然冷却至室温。因为PP与玻璃膨胀系数不同，所以冷却后PP薄膜自然脱落，从而制得非常光滑的PP同体表面，可采用直接测量法测定平衡接触角。刘娴［12］通过自制的亲水整理剂浸渍PP非织造布，再以蒸馏水作介质，通过针管将水滴直接滴在整理过的PP非织造布表面，测得其平衡接触角为0°，而整理前PP非织造布的接触角为148°。

毛细效应也常用来评价PP非织造布的亲水性。其测试方法是:将长30 cm，宽3 cm的PP非织造布试样垂直放置在毛细效应仪器中，水温控制在(27±2)℃ ，样品入水长度8～10 mm，30 min后立刻量取每根试样条的渗液高度。试样平均毛细效应按下式计算:

式中:H——试样平均毛细效应(cm/30 min);

n——试样条数;

hi——第i条试样毛细效应高度。

3 结语

随着PP非织造布在服装、医疗卫生、保健用品以及产业用品方面需求不断增加，PP非织造布的亲水改性越来越受到重视。PP以及PP非织造布的亲水改性的方法和途径是决定其亲水性能的关键。与此同时，针对不同领域和不同的用途，新的亲水改性方法和评价指标也会不断出现。但是，不论是物理改性还是化学改性，在增加PP非织造布亲水效果的同时，一定要兼顾其物理性能，否则改性也将失去意义。

［1］焦晓宁，马莹莹.非织造布亲水整理及亲水剂［J］.产业用纺织品，2003，21(6):33-35.

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Hydrophilic modification of PP nonwovens and evaluation index

Zhang Yueqing，Qian Xiaoming
(School of Textile，Tianjin Polytechnic University)

The principles on hydrophilic modification of PP nonwovens and general methods of hydrophilic modification currently and key evaluation index of hydrophilic property were introduced.It was pointed out that novel hydrophilic modification methods and evaluation index would appear continuously by expansion of nonwovens application field.

PP nonwovens，hydrophility，modification method，evaluation indicator

TS176;TQ342+.62

A

1004－7093(2011)07－0033－04

2011－04－11;修改稿:2011－06－14

张月庆，男，1983年生，在读硕士研究生。主要研究方向为功能性非织造材料。