共聚改性聚合物纤维

己内酰胺接枝共聚改性纸浆纤维的研究己内酰胺接枝共聚改性纸浆纤维的研究（南通大学化学化工学院高分子材料与工程132朱梦成1308052064）[摘要]碱性环境中纸浆纤维与己内酰胺在过硫酸钾-亚硫酸氢钠引发体系中进行接枝共聚改性反应的主要工艺参数。结果表明，当单体己内酰胺与浆的质量比为1∶2、过硫酸钾用量10.0%(对绝干浆)、过硫酸钾和亚硫酸氢钠质量比5∶4、浆浓5.0%、反应时间3h、反应温度60℃、氢氧化钠用量4.0%时，单体接枝率可达28.6%。接枝后纸浆纤维的成纸物理强度性能提高，但成纸白度略有下降。接枝共聚改性后产物的红外光谱分析表明己内酰胺已接枝到了纸浆纤维上。

[关键词]己内酰胺；接枝共聚；改性；接枝率；1.植物纤维接枝改性方法概述植物纤维接枝改性普遍存在着接枝反应效率较低，引发剂用量较大、改性过程能耗较高、成本偏高等问题，限制了其工业化进程。开展纸浆接枝共聚改性反应的基础研究迫在眉睫。SchwabE等研究了丙烯酰胺改性滤纸纸浆的接枝共聚方法，提高了成纸的抗张强度和耐折度，且不影响纸浆的滤水性能。目前研究比较成熟的接枝共聚改性技术多采用高价金属盐(如铬盐、铈盐、钒盐等)和过硫酸盐等作为引发剂。对于纸浆纤维而言，还可通过缩聚作用进行接枝共聚改性。许多具有环型特征的单体如环氧化物、环亚胺或内酰胺等，可通过接枝共聚反应与纸浆纤维上的羟基、羧基或羰基发生开环聚合反应。己内酰胺就是一种可进行开环聚合的环状单体，可通过己内酰胺与纤维上的羟基发生反应使纤维产生聚酰胺化，使纤维间的氢键作用转化为化学键结合，有利于改善纸浆物理强度。本文在实验室条件下探讨了碱性环境中纸浆纤维与己内酰胺在过硫酸钾-亚硫酸氢钠引发体系中进行接枝共聚改性反应的主要工艺参数，并用红外光谱分析技术对接枝产物的化学结构进行表征。实验2.1原料与仪器纸浆浸泡、疏解后，经PFI磨打浆至40°SR；己内酰胺，分析纯；过硫酸钾，分析纯；亚硫酸氢钠，化学纯；氢氧化钠，化学纯。BBS-3纸页成形器(德素自由基增多，有利于单体转化率上升;当引发剂用量进一步增加时，导致单体自身均聚反应加剧，且引发剂和自由基浓度变大时，它们之间的相互作用会导致自由基产生终止，从而使链终止反应占据主导地位，进一步使单体的转化率下降。从实验结果来看，引发剂的最佳用量以10.0%为宜。由图3可以看出，随着反应时间的延长产物中的接枝率呈现上升趋势，之后又趋于平缓。这是由于随着反应时间的延长，在引发剂的作用下活性自由基的浓度增加，从而有利于提高产物的接枝率。当反应时间超过3h时，接枝率趋于平缓。所以，适宜的反应时间取3h为宜。由图4可以看出，随着氢氧化钠用量的增加，产物的接枝率提高，但当氢氧化钠用量超过一定值后，接枝率又会呈现下降趋势。这是因为氢氧化钠在体系接枝率又会呈现下降趋势。这是因为氢氧化钠在体系应初期己内酰胺的开环反应总会有一个诱导期存在。随着氢氧化钠用量的增加，使诱导期缩短，同时反应速率也随着增加;在反应后期，氢氧化钠用量的增加不利于分子链的进一步增长。同时，氢氧化钠用量的增加可能会造成纤维素降解。所以，氢氧化钠的用量以4.0%为宜。由图5可以看出，己内酰胺单体用量的大小对产物接枝率有着重要的影响。随着单体用量增加，产物的接枝率不断提高;当单体与绝干浆质量比高于1∶2时，产物的接枝率呈现下降的趋势。分析认为，当单体用量增加时，纤维素分子的周围有较高的单体浓度，使反应活性得以提高，进一步使聚合反应速率提高，从而有利于产物接枝率的提高;但当单体用量超过一定值后，由于单体用量增大引起的单体自身均聚反应速率的增加又会使接枝反应处于竞争的劣势，致使产物的接枝率下降。所以，己内酰胺单体与纸浆纤维的质量比以1∶2为宜。由图6可以看出，单独使用过硫酸钾时，接枝率很低，随着还原剂用量的增加，接枝率提高，这是因为采用氧化还原体系可以降低聚合反应的活化能，提高反应速率。当氧化剂过硫酸钾与还原剂亚硫酸氢钠质量比为5∶4时，接枝效果最佳。通过以上实验分析，可得出己内酰胺法对桉木浆纤维接枝共聚改性的适宜工艺参数为:过硫酸钾用量10.0%，过硫酸钾与亚硫酸氢钠质量比5∶4，浆浓5.0%，反应时间3h，反应温度60℃，己内酰胺单体与绝干浆质量比1∶2，氢氧化钠用量4.0%。在此条件下接枝率达到28.60%。3.2纸浆纤维接枝共聚改性对成纸性能的影响桉木浆纤维在确定的适宜改性工艺条件下改性后成纸的主要物理强度性能见表4。由表4可见，经己内酰胺改性后纸浆纤维的成纸物理强度较改性前均有一定程度的提高，接枝后纸张的抗张指数、耐破指数、撕裂指数的增幅分别达到11.6%、10.1%和14.0%。接枝后成纸的白度出现了一定幅度的下降，其原因可能与反应体系在碱性环境下进行，使纸浆出现了一定的碱性返黄。项目抗张指数/N·m·g-1耐破指数/kPa·m2·g-1撕裂指数/mN·m2·g-1白度/%接枝前45.52.607.2083.5接枝后52.52.908.5080.53.3纸浆纤维接枝前后的化学结构表征纸浆纤维接枝改性前后的红外谱图见图7。从图7可知，接枝改性后纤维在2924、1639、1574、1438cm-1处出现了新吸收峰，其中在1438cm-1附近为—CH2—NH—伸缩振动峰，1574cm-1附近为—NH—弯曲振动与—CH2—NH—伸缩振动耦合峰，1639cm-1附近为酰胺基中—CH2—O—伸缩振动峰，2924cm-1附近为—CH2—的不对称伸缩振动峰，这表明己内酰胺单体已接枝到纸浆纤维上。4.结论4.1己内酰胺对桉木浆纤维接枝共聚改性的适宜工艺参数为:过硫酸钾用量10.0%，过硫酸钾与亚硫酸氢钠质量比5∶4、浆浓为5.0%，反应温度60℃，己内酰胺与绝干浆质量比1∶2，反应时间3h，氢氧化钠用量4%。在此条件下产物接枝率达到28.60%。4.2对接枝共聚改性产物的红外光谱分析表明，己内酰胺单体已接枝到纸浆纤维上。4.3经己内酰胺接枝共聚改性的纸浆，成纸的物理强度较改性前有一定程度的提高，但白度略有下降。参考文献[1]王溪溪，孙金余.竹纤维与丙烯酸接枝共聚反应的研究[J].长江大学学报，2006，3(4):46.[2]文霞，韦亚兵.马来酸酐接枝棉纤维的制备及其阻水垢性能[J].石油炼制与化工，2007(3):65.[3]赵艳锋.纤维素的改性技术及进展[J].天津化工，2006，20(2):11.CPP[4]赵艳锋.纤维素的改性技术及进展[J].天津化工.2006(02)[5]郭三川，詹怀宇，张成峰，AnetteHeijnesson-Hulten，Jir