壳聚糖改性聚丙烯纤维的制备及性能研究

摘要

聚丙烯（PP）纤维是一种具有轻质、耐霉、耐化学腐蚀、易加工等综合性能优良的四大合成纤维之一。常规纺制的聚丙烯纤维由于分子链规整度高，结构紧密且表面不具有极性基团，其亲水性差，几乎不可染，常需要经过改性以满足各种使用要求。壳聚糖（CTS）是自然界含量仅次于纤维素的一种天然高分子材料，具有高吸湿保湿性、生物降解性、生物相容性、广谱抗菌性等多种独特的性质，在可吸收外科手术缝合线、无纺布、止血材料及抗菌织物等领域已经得到应用。但纯壳聚糖纤维的生产成本高，价格昂贵，这限制了壳聚糖在民用纺织品领域的应用与发展。
　　本论文采用毛细管流变仪模拟共混熔体纺丝，熔融挤出制得壳聚糖改性聚丙烯纤维。探究了壳聚糖/聚丙烯共混熔体的流变性能及其纤维的结构性能，以期为开发生产壳聚糖改性聚丙烯纤维提供理论依据，在改善聚丙烯纤维的服用性能的同时拓展壳聚糖在纺织材料中的生产应用。
　　1.用干态球磨法制备壳聚糖微粒，实验研究了球磨中机械作用力对壳聚糖结构和基本理化性质的影响。干态球磨时，壳聚糖由片状、块状、絮状变为灰白色细腻粉末，微粒呈现不规则的片状和块状，表面形成类似“剥蚀”的片层结构形貌。球磨使壳聚糖的粒径迅速降低，球磨8h，平均粒径降至843.7nm。粉碎处理后，壳聚糖的分子量下降，晶态结构遭到破坏，趋向于无定形态，但其脱乙酰度和分子结构未发生明显变化，得到的壳聚糖微粒的吸湿性和水溶性均显著增强。随着热处理温度的提高，壳聚糖微粒的颜色从灰白色向黄色、褐色加深。在200 ℃下，壳聚糖的红外吸收峰几乎无变化；温度提高到300 ℃，羟基、氨基峰消失，分子结构遭到严重破坏。
　　2.将壳聚糖微粒与聚丙烯共混，用毛细管流变仪探究了壳聚糖/聚丙烯共混熔体的流变性能。壳聚糖的加入使PP的表观黏度和剪切应力增大，非牛顿指数提高，黏流活化能显著增大。在剪切速率为1500.48 s-1，壳聚糖添加量为4％的共混熔体与纯PP相比，剪切黏度由37.10 Pa·s提高到43.89 Pa·s，剪切应力从56.60 kPa提高到61.77 kPa，黏流活化能提高了125.6%。壳聚糖/聚丙烯共混熔体属于拉伸变稀型流体，熔体的拉伸应力和表观拉伸黏度随着壳聚糖微粒添加量的增大而增大。在加工过程中，壳聚糖的加入使PP在低剪切速率下略有降解，在剪切速率高于1800 s-1，熔体的流变曲线重合，加工稳定性良好。
　　3.以壳聚糖微粒为改性剂，与聚丙烯共混后熔融挤出，制备了壳聚糖改性聚丙烯复合纤维并对其结构性质进行表征。添加壳聚糖不改变PP的晶型，但使得PP的晶面间距和微晶尺寸减小，结晶温度和结晶度也相应提高。热重分析表明，复合纤维的热稳定性比纯PP略有增强，在壳聚糖含量为3%时，最快分解温度提高3.37 ℃。添加经过钛酸酯偶联剂处理的壳聚糖微粒，复合纤维的结晶尺寸减小更为显著，结晶度提高更明显。在壳聚糖添加量为1%时，复合纤维的结晶度提高5.91%，偶联处理后结晶度提高9.21%。同时，复合纤维的亲水性和吸湿性与纯PP相比均有所增强。

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第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2聚丙烯纤维的研究进展

1.3 壳聚糖的研究进展

1.4 壳聚糖共混改性高分子材料的研究进展

1.5 本论文的研究目的与内容

第二章 壳聚糖的微细化处理

2.1引言

2.2实验部分

2.2 结果与讨论

2.3本章小结

第三章 壳聚糖/聚丙烯共混物的可纺性探究

3.1 前言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第四章 壳聚糖/聚丙烯复合纤维的结构性能

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢