服用聚苯硫醚纖維的制備及其性能

連丹丹, 王 鐳, 楊雅茹, 尹立新, 葛 超, 盧建軍

(1. 太原理工大學(xué) 輕紡工程學(xué)院, 山西 晉中 030600; 2. 江蘇恒力化纖股份有限公司, 江蘇 蘇州 215226;3. 嘉興學(xué)院 材料與紡織工程學(xué)院, 浙江 嘉興 314001)

目前,對(duì)用于靜電、高溫、磨損、水火、酸堿腐蝕、輻射危險(xiǎn)環(huán)境的特種防護(hù)裝備的需求與日俱增。聚苯硫醚(PPS)纖維作為一種高性能纖維,具備優(yōu)異的力學(xué)性能[1]、耐化學(xué)品腐蝕性[2]、本征阻燃性[3]及絕緣性[4]等,是特種防護(hù)服、工裝及軍用服裝的重要纖維原料,但PPS纖維的吸濕性、染色性能及耐光照性能無(wú)法滿足服用要求[5-6]。目前,提高PPS纖維吸濕性能的方法主要體現(xiàn)在2個(gè)方面:一是針對(duì)PPS纖維的表面進(jìn)行處理,如利用高能射線(紫外光、γ射線等)輻照使纖維表面產(chǎn)生具有反應(yīng)活性的游離基團(tuán),接枝聚合親水性單體[7-8],進(jìn)而提高織物吸濕性能,但需要較苛刻的反應(yīng)工藝條件使親水基團(tuán)在纖維表面保持穩(wěn)定;二是利用熔融共混添加親水性助劑,進(jìn)而提高PPS的吸濕性能或光照穩(wěn)定性[9-10],熔融共混法工藝原理較為簡(jiǎn)便,但由于PPS纖維熔融溫度高,改性劑的穩(wěn)定性、用量、相容性、可紡性受到制約,實(shí)際效果和操作難度較大。

在前期研究[11]基礎(chǔ)上,本文利用聚丙烯酸鈉(PAAS) 及納米TiO2對(duì)PPS纖維進(jìn)行改性,優(yōu)化造粒、紡絲制備工藝,得到了吸濕性、染色性、抗紫外線性較優(yōu)的PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維,并在復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)和性能研究的基礎(chǔ)上,從多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)層面分析了PAAS及納米TiO2提高復(fù)合纖維吸濕性、染色性及抗紫外線的機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

PPS樹(shù)脂原料,密度約為1.36 g/cm3,重均相對(duì)分子量約為5.2×104,美國(guó)泰科納公司;聚丙烯酸鈉(PAAS), 重均相對(duì)分子量約為5×106,山東佰鴻新材料有限公司;金紅石型納米TiO2,粒徑為30～50 nm, 安徽宣城晶瑞新材料有限公司;分散深藍(lán)HGL(C.I.分散深藍(lán)79)、分散紅玉SE-GFL(C.I.分散紅73)染料,浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司;NaOH、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、保險(xiǎn)粉、冰醋酸,均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;滲透劑(JFC), 廣州中萬(wàn)新材料有限公司。

1.2 材料的制備

1.2.1 PPS復(fù)合纖維制備

首先,對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行干燥。利用SZG-50型真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)對(duì)PPS切片進(jìn)行干燥,溫度為 130 ℃, 時(shí)間為15 h。利用DZF6000型真空烘箱分別對(duì)PAAS及納米TiO2干燥10 h。其中:PAAS干燥溫度為80 ℃, 納米TiO2干燥溫度為100 ℃。

然后,利用CTE35型雙螺桿擠出機(jī),按照表1所示配比通過(guò)熔融共混制備得到PPS/PAAS/TiO2母粒,再對(duì)其進(jìn)行真空干燥,溫度為130 ℃,時(shí)間為13 h。最后,利用LHFJ030型熔融紡絲機(jī)制備得到表1所示不同配比的PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維。紡絲速度為800 m/min,熔體計(jì)量泵的泵供量為22 g/min, 采用二區(qū)牽伸,各牽伸熱盤溫度分別設(shè)定為88、102、108 ℃,牽伸倍數(shù)為3.2。

表1 PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab. 1 Content of each component of PPS composite fibers

1.2.2 復(fù)合纖維染色方法

利用無(wú)水乙醇及蒸餾水清洗復(fù)合纖維表面油劑后,采用HS-12P型高溫染色小樣機(jī)對(duì)纖維進(jìn)行上染。首先,使用去離子水將染料配置成染液,染料用量為2%(o.w.f),浴比為1∶100,添加2 g/L滲透劑作為染色助劑,利用冰醋酸將染液pH值調(diào)至5。然后按照?qǐng)D1所示工藝路線進(jìn)行染色。還原清洗參數(shù)為:保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度2 g/L,NaOH質(zhì)量濃度2 g/L,浴比 1∶20, 溫度40 ℃,時(shí)間15 min。

圖1 PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的染色工藝路線Fig. 1 Dyeing process of PPS composite fibers

1.3 測(cè)試與表征

利用JSM-6700F型掃描電子顯微鏡得到復(fù)合纖維表面形貌照片,對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行表面噴金處理,加速電壓設(shè)定為15 kV;然后,利用掃描電子顯微鏡的能譜儀(EDS),對(duì)纖維表面Na和Ti元素進(jìn)行面掃描。

根據(jù)GB/T 19466.3—2004《塑料 差示掃描量熱法(DSC) 第3部分:熔融和結(jié)晶溫度及熱焓的測(cè)定》,利用TA-Q100型差示掃描量熱儀測(cè)試熱性能。精確稱取剪碎后的纖維試樣(10±0.2)mg置入鋁坩堝,蓋好坩堝蓋并壓片,N2吹掃,流速恒定為20 mL/min。 以10 ℃/min的升溫速率,由30 ℃升溫至330 ℃,并在330 ℃恒溫10 min;然后進(jìn)行降溫,以10 ℃/min的降溫速率降至30 ℃。最后根據(jù)下式計(jì)算纖維的結(jié)晶度:

Xc=(△Hm-△Hcc)/△H0×100%

式中:△Hm為熔融熱焓,J/g;△Hcc為冷結(jié)晶熱焓,J/g; △H0為PPS完全結(jié)晶時(shí)熔融熱焓,取80 J/g[12]。

依據(jù)GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》,利用YG-061FQ型半自動(dòng)纖維強(qiáng)伸儀測(cè)試復(fù)合纖維的力學(xué)性能,夾持距離為 250 mm, 牽伸速度為150 mm/min,環(huán)境溫度為20 ℃, 相對(duì)濕度為65%。

根據(jù)GB/T 6503—2017《化學(xué)纖維 回潮率試驗(yàn)方法》測(cè)試?yán)w維的吸濕性能。用無(wú)水乙醇和蒸餾水將20 g纖維試樣表面油劑洗凈后晾干,在溫度為 20 ℃、 相對(duì)濕度為65%的環(huán)境中調(diào)濕24 h,根據(jù)下式計(jì)算纖維的回潮率(W)。

W=(m-m0)/m0×100%

式中:m0為調(diào)濕平衡后樣品質(zhì)量,g;m為通風(fēng)式烘箱干燥后質(zhì)量,g。

利用JC2000C1型接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試?yán)w維的水接觸角,環(huán)境溫度為20 ℃,相對(duì)濕度為65%,在樣品表面滴加水量為0.8 μL。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試10次,取平均值。利用721型分光光度計(jì)分別測(cè)試上染前后染液的吸光度,根據(jù)下式計(jì)算得到纖維試樣的上染率(E)。

E=(A0-A1)/A0×100%

式中:A0為上染前染液的吸光度;A1為上染后染液的吸光度。

染色牢度:按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》,使用SW-12型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)w維的耐水洗色牢度;按照GB/T 8427—1998《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度:氙弧》,使用YG611型日曬色牢度試驗(yàn)儀測(cè)試?yán)w維的耐日曬牢度。

抗光老化測(cè)試:利用LQ-UV3型紫外老化試驗(yàn)箱對(duì)纖維進(jìn)行加速光老化測(cè)試,取相同長(zhǎng)度純PPS及復(fù)合纖維置于試驗(yàn)箱中,溫度為50 ℃,相對(duì)濕度為60%,分別放置12、24、72 和120 h時(shí)取出纖維,使用YG061FQ型半自動(dòng)強(qiáng)伸儀進(jìn)行斷裂強(qiáng)度測(cè)試,并計(jì)算得出各樣品相對(duì)于初始狀態(tài)時(shí)的斷裂強(qiáng)度保持率。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAAS及納米TiO2的分散性分析

根據(jù)纖維的可紡性及PAAS的質(zhì)量分?jǐn)?shù),選取 PPS-4 和PPS-5復(fù)合纖維進(jìn)行形貌觀察,結(jié)果如圖2 所示。由圖2(a)可見(jiàn),PPS/PAAS/TiO2纖維的表面較為光滑,沒(méi)有明顯的結(jié)構(gòu)不勻和團(tuán)聚體出現(xiàn),PAAS由于本身屬于長(zhǎng)鏈有機(jī)分子結(jié)構(gòu),在PPS熔融造粒及紡絲過(guò)程中處于熔融狀態(tài),能夠與PPS形成良好的相容狀態(tài),不會(huì)出現(xiàn)明顯的兩相結(jié)構(gòu),結(jié)合Na元素EDS能譜圖可見(jiàn),PAAS的分散狀態(tài)較好。當(dāng)PAAS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到3%后,纖維表面的平整性稍變差,雖然沒(méi)有出現(xiàn)類似“海島”結(jié)構(gòu)的兩相分離狀態(tài),但可見(jiàn)Na元素開(kāi)始聚集,表明螺桿對(duì)高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PAAS分散作用已經(jīng)不足。與PAAS不同,納米TiO2會(huì)以納米顆粒形式存在于PPS纖維基體中,由圖2(a)、(b)SEM照片可見(jiàn),納米TiO2沒(méi)有游離于纖維基體之外,同時(shí)結(jié)合圖2中Ti元素EDS能譜可以發(fā)現(xiàn),其分散性也較優(yōu),原因在于添加TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1%情況下,經(jīng)過(guò)雙螺桿造粒及單螺桿紡絲2次剪切分散作用,可與PPS發(fā)生充分的交互相容作用,降低了團(tuán)聚效應(yīng)。

圖2 PPS-4和PPS-5復(fù)合纖維的SEM照片及EDS面掃元素圖Fig. 2 SEM images and EDS surface scan elemental images of PPS-4(a)and PPS-5(b)composite fibers

2.2 PAAS及納米TiO2對(duì)結(jié)晶性能的影響

圖3示出PPS復(fù)合纖維的DSC曲線,對(duì)應(yīng)的參數(shù)見(jiàn)表2。由表可見(jiàn),除復(fù)合纖維PPS-1之外,PAAS的添加會(huì)使復(fù)合纖維的玻璃化溫度降低。從分子運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)看,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是大分子鏈段具備運(yùn)動(dòng)能力時(shí)的溫度,因此,凡是使鏈的柔性增加,使分子間作用力降低的結(jié)構(gòu)因素,均會(huì)導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低[13]。PAAS作為一種有機(jī)聚電解質(zhì),含有較多極性基團(tuán),通過(guò)雙螺桿及單螺桿的熔融剪切作用后與PPS充分相容,能夠起到類似增塑劑作用[14],增大了內(nèi)部自由體積,分子鏈活動(dòng)束縛作用減弱,受熱后,大分子鏈段會(huì)更加容易解凍,即表現(xiàn)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低。同樣,受到PAAS的影響,隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,復(fù)合纖維的結(jié)晶溫度降低,過(guò)冷度增大,結(jié)晶度降低,說(shuō)明PPS纖維的結(jié)晶能力降低。

圖3 PPS復(fù)合纖維的DSC曲線Fig. 3 DSC curves of PPS composite fibers

值得注意的是,PPS-1復(fù)合纖維的玻璃化溫度提高,過(guò)冷度顯著減小,結(jié)晶度提高,表明納米TiO2與其它納米微粒對(duì)結(jié)晶高聚物的影響相同[15-16],起到了異相成核劑的作用,提高了PPS纖維的結(jié)晶能力,這與PAAS的作用相反,二者發(fā)生抵消效應(yīng),反映到DSC結(jié)果上即表現(xiàn)為復(fù)合纖維的結(jié)晶峰溫整體增加,但隨PAAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增加,過(guò)冷度逐漸增大,結(jié)晶溫度降低。

2.3 PPS復(fù)合纖維的力學(xué)性能分析

圖4示出PAAS及納米TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PPS復(fù)合纖維斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率的影響。可見(jiàn),相較于純PPS纖維及PPS/TiO2復(fù)合纖維,添加PAAS的復(fù)合纖維其斷裂強(qiáng)度有所降低,斷裂伸長(zhǎng)率提高,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)最佳,斷裂強(qiáng)度為3.06 cN/dtex,斷裂伸長(zhǎng)率為30.4%。只添加納米TiO2的復(fù)合纖維其斷裂強(qiáng)度最高,斷裂伸長(zhǎng)率最低。結(jié)合纖維的DSC測(cè)試結(jié)果可得出,納米TiO2能夠起到異相成核劑作用,提高纖維的結(jié)晶性能和結(jié)晶度,細(xì)化晶粒,在提高強(qiáng)度的同時(shí)降低纖維的斷裂伸長(zhǎng)率。PAAS具有較長(zhǎng)的分子鏈,呈現(xiàn)空間交聯(lián)結(jié)構(gòu),與PPS充分相容后能夠起到類似增塑劑的作用,影響PPS大分子鏈的規(guī)整堆疊,使非晶區(qū)增大,結(jié)晶度降低,表現(xiàn)為斷裂伸長(zhǎng)率提高,斷裂強(qiáng)度稍有降低;且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步提高,高于3%時(shí)PAAS的分散性和PPS的相容性不足,導(dǎo)致可紡性降低,出現(xiàn)毛絲斷頭,斷裂強(qiáng)度下降。整體上PPS/PAAS復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度可保持在3.0 cN/dtex以上,完全滿足紡織面料用纖維的力學(xué)性能要求,并且可通過(guò)優(yōu)化纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)提高牽伸倍數(shù),進(jìn)一步提高力學(xué)性能。

圖4 PAAS及納米TiO2用量對(duì)PPS纖維力學(xué)性能的影響Fig. 4 Effect of PAAS content and nano-TiO2 on mechanical properties of PPS composite fibers

2.4 PPS復(fù)合纖維的吸濕性能

采用水接觸角[17]和標(biāo)準(zhǔn)回潮率對(duì)復(fù)合纖維的親水和吸濕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。接觸角越小,表明纖維對(duì)水的親和性越好,越易吸濕。圖5示出PAAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合纖維水接觸角的影響。可見(jiàn),隨著PAAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,復(fù)合纖維的水接觸角由純PPS纖維的73.7°降到PPS-5復(fù)合纖維的51.2°,親水效果顯著提高。一方面,PAAS本身含有的大量極性親水基團(tuán)(—COONa、—COOH),對(duì)水有親和作用;另一方面,由于PAAS抑制了PPS的結(jié)晶作用,結(jié)晶度減小,非晶區(qū)增大,也能夠提高復(fù)合纖維的親水性和吸濕性。同時(shí),PPS-1的接觸角較純PPS纖維稍大,也表明纖維的結(jié)晶度提高會(huì)導(dǎo)致PPS纖維的吸濕性能降低。

圖5 PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的水接觸角Fig. 5 Variation of the water contact angles of PPS/PAAS/TiO2 composite fibers

圖6示出不同PPS復(fù)合纖維的標(biāo)準(zhǔn)回潮率曲線。可見(jiàn),純PPS纖維及PPS/TiO2復(fù)合纖維的標(biāo)準(zhǔn)回潮率僅為0.22%和0.21%,吸濕性能極弱。隨著PAAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合纖維的標(biāo)準(zhǔn)回潮率逐漸提高,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí),纖維的標(biāo)準(zhǔn)回潮率為3.9%,提高了約18倍,雖然與天然纖維相比差距還較大,但也使PPS纖維具備了一定的吸濕性能,基本上能夠滿足服用舒適的要求。

圖6 PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的標(biāo)準(zhǔn)回潮率Fig. 6 Standard moisture regain of PPS/PAAS/TiO2composite fibers

2.5 PPS復(fù)合纖維的染色性能

分別利用分散紅玉和分散深藍(lán)對(duì)復(fù)合纖維進(jìn)行染色,評(píng)價(jià)纖維在100、110、120、130和140 ℃染色溫度下的染料上染率,其上染率曲線如圖7所示,染色牢度評(píng)級(jí)如表3所示。記錄不同溫度條件下復(fù)合纖維上染后的顏色照片作為輔助對(duì)比,圖中所示分別為純PPS纖維及PPS-4復(fù)合纖維的顏色照片。

圖7 染色溫度對(duì)PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維上染率的影響Fig. 7 Effect of dyeing temperature on dye exhaustion on PPS/PAAS/TiO2 composite fibers. (a)Disperse Red;(b)Disperse Blue

表3 PPS復(fù)合纖維的染色牢度評(píng)級(jí)Tab. 3 Fastness properties of PPS composite fibers after dyeing

由圖7可見(jiàn),純PPS纖維、PPS/TiO2復(fù)合纖維及PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的上染率均隨染色溫度的上升而增大,達(dá)到130 ℃后,PPS-4復(fù)合纖維的上染率可達(dá)到90.9%,之后上染率變化趨于平緩,表明溫度的升高有助于PPS纖維染料的上染,但超過(guò)130 ℃后,溫度對(duì)上染率的影響減弱。對(duì)比純PPS纖維、PPS/TiO2復(fù)合纖維及PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的上染率可發(fā)現(xiàn),純PPS纖維與PPS/TiO2復(fù)合纖維的上染率接近,且PPS/TiO2復(fù)合纖維稍小,表明納米TiO2對(duì)PPS的上染率幾乎沒(méi)有影響。PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的上染率顯著提高,以PPS-4為例,130 ℃時(shí)的上染率(90.9%)較純PPS纖維(44.8%)高出1倍,表明提升PPS纖維上染率的關(guān)鍵在于PAAS。結(jié)合復(fù)合纖維的染色牢度評(píng)級(jí)結(jié)果可見(jiàn),PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的耐皂洗色牢度均達(dá)到4～5和5級(jí),耐光照色牢度達(dá)到6～7和7級(jí),表明復(fù)合纖維不但染料上染性能得到提高,染料上染后的耐皂洗色牢度和耐光照色牢度也顯著提升。

2.6 PPS復(fù)合纖維的耐紫外光老化性能

對(duì)紫外光老化前后PPS復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,得到其斷裂強(qiáng)度保持率曲線如圖8所示。

圖8 PPS復(fù)合纖維經(jīng)不同時(shí)間紫外光老化后斷裂強(qiáng)度保持率Fig. 8 Breaking strength retention rate of PPS composite fibers after different UV aging time

純PPS纖維及改性復(fù)合纖維均會(huì)隨著光老化時(shí)間的延長(zhǎng)而導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度降低。相較于PPS復(fù)合纖維,純PPS纖維的斷裂強(qiáng)度損失更快且更大,在光老化120 h后強(qiáng)度損失達(dá)到約25%。一方面由于實(shí)驗(yàn)采用的是在50 ℃下的加速光老化,作用強(qiáng)度較大;另一方面PPS纖維本身由于抗氧化性能不足,光熱輻照下大分子鏈發(fā)生氧化斷裂,導(dǎo)致強(qiáng)度降低。添加納米TiO2的PPS復(fù)合纖維對(duì)光老化的抵抗能力得到明顯提高,雖然也會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)產(chǎn)生強(qiáng)度損失,但120 h后斷裂強(qiáng)度依然能保持在85%以上,表明納米TiO2能夠有效提高PPS纖維的紫外輻照穩(wěn)定性。

2.7 吸濕、染色和抗紫外線性能提升機(jī)制分析

通過(guò)上述結(jié)論可見(jiàn),PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的吸濕性能、染料上染性能和抗紫外線老化性能均得到一定程度的提升,結(jié)合PPS纖維的多級(jí)結(jié)構(gòu)特征和PAAS、納米TiO2的功能特性,對(duì)原因進(jìn)行分析,其機(jī)制示意圖見(jiàn)圖9。

圖9 PPS復(fù)合纖維吸濕性、染色性和抗紫外機(jī)制示意圖Fig. 9 Schematic diagram of hygroscopic, dyeing and UV resistant mechanism of PPS composite fibers

PPS纖維由于熔融溫度高,流動(dòng)性差,所以其紡絲工藝苛刻[18],如果結(jié)構(gòu)控制不當(dāng),二相填料的加入不但無(wú)法提高性能,還會(huì)極大影響PPS原有的優(yōu)異性能。為保障PAAS和納米TiO2發(fā)揮出自身性能,首先要使其與PPS基體發(fā)生良好的交互相容,使PPS纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)處于最優(yōu)狀態(tài)。PAAS本身屬于有機(jī)長(zhǎng)鏈分子,分子鏈相互纏繞交聯(lián),形成空間交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有許多活性基團(tuán)—COONa、—COOH,具有超強(qiáng)的親水、吸濕能力[19-20]。納米TiO2既能吸收紫外線,又能反射、散射、屏蔽紫外線,是公認(rèn)性能優(yōu)越的紫外線防護(hù)材料[21]。

在PAAS和納米TiO2充分分散和良好相容狀態(tài)下,復(fù)合纖維的非晶區(qū)增多,水分子和染料分子在可及的非晶區(qū)分布更多。在吸濕初期,水分子或染料依靠毛細(xì)吸附和擴(kuò)散作用與PPS復(fù)合纖維接觸,由于非晶區(qū)的增多,擴(kuò)散和吸附阻力減弱,接觸并進(jìn)入的水分子或染料與存在于PAAS微交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的親水活性官能團(tuán)產(chǎn)生作用。其中的—COONa基團(tuán)與水反應(yīng)并開(kāi)始解離,分為存在于微交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的COO-和游離態(tài)Na+,隨著水的繼續(xù)進(jìn)入和增多,解離進(jìn)程加大,COO-和Na+數(shù)量增大,會(huì)使交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中大分子鏈間產(chǎn)生靜電斥力進(jìn)而膨脹[22],交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高濃度的Na+可進(jìn)一步吸引水分子發(fā)生滲透、擴(kuò)散和吸附,直至平衡。同時(shí),滲透和擴(kuò)散進(jìn)PPS纖維內(nèi)部的水分子或染料會(huì)與這些官能團(tuán)產(chǎn)生一定的氫鍵作用,和與PPS大分子鏈產(chǎn)生的范德華力相互作用共同使水分子和染料固定在PPS纖維中,使纖維的標(biāo)準(zhǔn)回潮率和色牢度提高。另外,納米TiO2粒子也與PPS纖維基體形成了均勻的分散相容,當(dāng)紫外線照射纖維時(shí),由于納米TiO2的高折光性和高光活性,一方面可一定程度上屏蔽、散射紫外線,減少透過(guò)率,同時(shí)也可吸收紫外線輻射能量,減弱了紫外線能量對(duì)PPS大分子鏈的破壞和氧化作用,提高纖維的光輻照穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

1)聚丙烯酸鈉(PAAS)和納米TiO2能夠在聚苯硫醚(PPS)纖維基體中分散均勻并形成較好的交互相容性,但當(dāng)PAAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)3%后出現(xiàn)團(tuán)聚趨勢(shì),導(dǎo)致分散不勻,使PPS復(fù)合纖維的可紡性變差。

2)納米TiO2可提高PPS纖維結(jié)晶度,而PAAS會(huì)降低PPS的結(jié)晶度,使纖維的非晶區(qū)增多,導(dǎo)致PPS纖維的斷裂強(qiáng)度較純PPS纖維稍有降低,但斷裂伸長(zhǎng)率提高。當(dāng)PAAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí),PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的斷裂強(qiáng)度為3.06 cN/dtex, 斷裂伸長(zhǎng)率為30.4%,力學(xué)性能可滿足服裝用面料的要求。

3)PPS/PAAS/TiO2復(fù)合纖維的吸濕性能和染色性能提高,純PPS纖維的水接觸角為73.7°,而PPS-5復(fù)合纖維的水接觸角為51.2°,降低了30.5%。標(biāo)準(zhǔn)回潮率由純PPS纖維的0.22%提高到PPS-5復(fù)合纖維的3.9%。PPS-4復(fù)合纖維的上染率可到90.9%,耐皂洗色牢度達(dá)到5級(jí),耐光照色牢度達(dá)到7級(jí)。