聚酯/锦纶6双组分纺粘水刺非织造布的光接枝亲水亲油改性

王 钦，封 严，2，赵 东

(1.天津工业大学纺织学院，天津 300387;2.天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津 300387)

聚酯/聚酰胺6(PET/PA6)双组分纺粘水刺非织造布具有强力高、透气性好及手感柔软等优异性能，目前主要用于高级合成革基布和高档擦拭布领域［1］。作为高档擦拭布，由于PET属于疏水性纤维，PA6的吸油性能极其有限，故对PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布进行亲水亲油改性将有效地改善其亲水及亲油性能，对于提高产品附加值，满足不同人群、不同领域的需要具有重要意义。

国内外对PET、PA6纤维进行亲水改性的研究很多，主要是利用聚合物的合成工艺对纤维结构进行亲水改性和织物亲水后整理2种方式。改变纤维结构对技术水平要求较高，故在实际生产中较少采用。织物亲水后整理大致分为2个方向，表面接枝聚合和亲水整理剂的吸附固着［2］。近年来，利用等离子体［3－4］或高能射线(电子束、紫外线)辐照改性［5－6］一直是国内外的研究热点。而 P.Alves等［7］研究结果表明，相较于等离子体处理改性，利用UV辐射接枝改性后的TPU膜表面具有更好的亲水性。

聚酯和聚酰胺的亲油改性在国内外研究较少，李维宏等［8］采用特殊的亲油型表面活性剂合成高吸油整理剂对纤维素材料非织造布进行亲油整理。LI Hua等［9］以甲基丙烯酸丁酯为亲油单体接枝聚合到聚氨酯大分子上达到疏水亲油的目的。

本文以二苯甲酮为光引发剂、丙烯酰胺(AM)为亲水接枝单体、丙烯酸丁酯(BA)为亲油接枝单体，通过紫外光接枝对PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布进行亲水亲油改性，测试并分析了其表面形貌、分子结构、吸水性、吸油性以及柔软性。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布，面密度为130g/m2，廊坊中纺新元无纺布材料有限公司提供;二苯甲酮、丙烯酰胺、丙烯酸丁酯，天津市光复精细化工研究所提供;无水乙醇、丙酮、聚乙烯呲咯烷酮，天津市赢达稀贵化学试剂厂提供;食用调和油，中粮食品营销有限公司生产。

1.2 实验原理与方法

PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布在紫外光的高能辐射下，其纤维表面产生大量的活性自由基，亲水单体丙烯酰胺与亲油单体丙烯酸丁酯通过与纤维表面的活性自由基发生化学反应成功接枝到非织造布上。

将PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布先后放入丙酮和蒸馏水中超声洗涤1h，烘干后在40g/L的二苯甲酮(乙醇配制)溶液中浸渍30 min，取出晾干;再浸入由聚乙烯呲咯烷酮、丙烯酰胺和丙烯酸丁酯配制成的反应液，30 min后取出，在氮气保护下进行紫外光接枝，用丙酮和蒸馏水对接枝后的非织造布分别超声洗涤3～4次以去除反应生成的均聚物和未反应单体，烘干。

1.3 测试方法

1.3.1 接枝率的测定

PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布接枝AM和BA，接枝率ρ的计算公式为

式中:W0、W1分别为接枝前后非织造布的质量，g。

1.3.2 形貌观察

PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布表面镀金后，采用FEI公司的Quanta 200型电子扫描显微镜观察接枝前后非织造布的表面形貌。

1.3.3 FT-IR测试

采用德国布鲁克公司生产的TENSOR37型傅里叶红外光谱仪，对接枝前后的非织造布进行红外光谱分析。

1.3.4 亲水性能测试

根据ASTM D 724—1999《纸的表面可湿性的试验方法(接触角法)》，采用德国KRUSS光学接触角测量仪DSA100测定接枝前后非织造布的水接触角及毛细作用时间［10］。根据FZ/T 640122—2013《卫生用水刺法非织造布》测试接枝前后非织造布的吸水率。

1.3.5 亲油性能测试

采用德国KRUSS DSA100光学接触角测量仪测定接枝前后非织造布对食用油的接触角，采用称重法测定非织造布的吸油率Q。将非织造布按规定尺寸裁剪并称量，常温下完全浸入待测油品中，达到饱和吸附后取出，自然垂滴60 s，待表面油品沥尽后称量。饱和吸油率按下式计算。

式中:Q为非织造布饱和吸油率，g/g;Wa和Wb分别为吸油前后非织造布的质量，g。

1.3.6 柔软性测试

参照 ZBW 04003—1987《织物硬挺度试验方法，斜面悬臂法》测试接枝前后非织造布的抗弯刚度。

2 结果与讨论

2.1 形貌分析

PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布接枝前后的扫描电镜照片如图1所示。未接枝的非织造布纤维表面较为光滑，有少量裂缝;接枝后(18.32%)的非织造布纤维表面有一些细小的颗粒状物质以及纤细的薄膜状物质附着，表明有单体接枝到纤维表面。

图1 PET/PA6非织造布接枝前后SEM照片(×3000)Fig.1 SEM images of PET/PA6 nonwovens ungrafted(a)and grafted(b)(×3000)

2.2 红外光谱分析

图2示出PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布接枝前后的红外光谱图。

图2 PET/PA6纺粘水刺非织造布接枝前后的红外光谱图Fig.2 FT-IR spectra of PET/PA6 nonwoven ungrafted and grafted

由图2可知，对比未接枝的PET/PA6非织造布，接枝后在2972～2952 cm－1范围内出现了1个吸收峰，对应于BA中甲基的伸缩振动峰，此外，在1460.84 cm－1处产生了甲基的变形振动峰，表明BA被接枝到PET/PA6非织造布表面。相对于非织造布中聚酰胺的存在，接枝后在703.54 cm－1处新增的吸收峰对应于AM酰胺基中N—H的面外弯曲振动，表明AM也接枝到PET/PA6非织造布表面。

2.3 亲水性能分析

表1示出不同接枝率PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布的水接触角测试结果。由表可知，接枝前PET/PA6非织造布的水接触角平均值为101.55°，属于疏水型非织造布。当非织造布接枝率为23.51%时，其接触角平均值为40.85°，吸水率也随接枝率的增大而增至4.9259 g/g，毛细作用时间缩至5.4 s。改性后非织造布其亲水性能得到改善，其主要原因是亲水性单体丙烯酰胺接枝到了经紫外辐照而产生游离基上，随着接枝率的增大，引入的酰胺基团增多，非织造布的亲水性就越好。但当接枝率增到一定程度后会影响非织造布的柔软性，不利于其在擦拭布领域的应用。

表1 不同接枝率下PET/PA6纺粘水刺非织造布的亲水性能Tab.1 Hydrophilic properties of PET/PA6 nonwovens of different grafting rates

2.4 亲油性能分析

表2示出不同接枝率下PET/PA6纺粘水刺非织造布的亲油性能。当接枝率为18.32%时，其亲油性能较好，对食用油的接触角平均值可达到0°，基本可以认为改性后PET/PA6非织造布具有超亲油性。与未改性非织造布相比，其吸油率提高了73.58%。随着接枝率继续增大，非织造布的吸油率呈下降趋势，这可能是亲水单体、亲油单体在接枝过程中存在竞聚现象。当反应液浓度较低时，亲油单体更易与非织造布表面接枝聚合，故接枝率较小的非织造布其亲油性能比亲水性能改善效果更显著;随着反应液浓度的不断增大，越来越多的亲水单体参与接枝聚合，亲油单体的竞争优势越来越不明显，达到一定浓度时，虽然非织造布对亲水、亲油单体的整体接枝率更高，但就亲油单体接枝率而言，基本达到饱和。另一方面，非织造布的接枝率较高时，其刚度变大，纤维间孔隙变小，所以依靠非织造布间隙和孔洞毛细管作用来吸附油品的贡献越来越小。

表2 不同接枝率下PET/PA6纺粘水刺非织造布的亲油性能Tab.2 Oleophilic properties of PET/PA6 nonwovens of different grafting rates

2.5 柔软性分析

由表3可知，接枝后PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布的柔软度随接枝率的增大先升高后下降。这主要是因为在接枝率较小时，接枝前处理以及接枝后的超声波洗涤使水刺非织造布纤维间的缠结力削弱，纤维彼此间的结合、缠绕变松懈而使柔软度增加。当接枝率不断增大，亲水亲油基团与纤维的结合点增多，相互交联产生的牵制强力越来越大，导致非织造布的柔软度变差。

表3 不同接枝率下PET/PA6非织造布的抗弯刚度性能Tab.3 Stiffness of nonwovens of different grafting rates

3 结论

通过紫外光接枝将丙烯酰胺和丙烯酸丁酯接枝到PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布上，能在一定程度上改善非织造布的亲水亲油性能，但对其柔软性有一定影响，可根据应用需要来平衡三者之间的关系。当PET/PA6双组分纺粘水刺非织造布对亲水、亲油单体的接枝率为18.32%时，接枝后非织造布的吸水率提高了39.25%，吸油率提高了73.58%，非织造布的柔软度较好，可应用于擦拭布领域。

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