預輻照聚丙烯無(wú)紡布共接枝丙烯腈和丙烯酸的研究

第23卷第4期輻射研究與輻射工藝學(xué)報Vol 23. No 42005年8月J Radiat. Res Radiat. ProcessAugust 2005預輻照聚丙烯無(wú)紡布共接枝丙烯腈和丙悕酸的研究耿建暖仇農學(xué)1王鵬飛2閆龍2陜西師范大學(xué)食品工程系西安710062)2(陜西師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院西安710062)摘要研究了在空氣條件下丙烯腈和丙烯酸在預輻照聚丙烯無(wú)紡布上的共接枝反應,以及預輻照吸收劑量接枝反應溫度、反應時(shí)間、單體濃度及比例和摩爾鹽濃度對接枝率的影響。結果表明,接枝的最佳條件為反應溫度75℃,反應時(shí)間4h,單體濃度50%‰。并對接枝前后的聚合物進(jìn)行了紅外光譜分析關(guān)鍵詞預輻照,接枝反應,聚丙烯無(wú)紡布,丙烯腈,丙烯酸中圖分類(lèi)號TQ316313螯合纖維是一類(lèi)多配位型聚合物,是近年來(lái)發(fā)除金屬離子有著(zhù)廣闊的應用前景。展起來(lái)的一種新型離子交換纖維,其吸附金屬離子具有選擇性高、易洗脫、容易再生等優(yōu)點(diǎn),廣泛應1材料和方法用于從水溶液中回收、濃縮、富集和分離金屬離子。11儀器和試劑利用輻照接枝的方法,可以在高分子基體材料上連接具有螯合作用的基團,用以吸附水溶液中的金屬電子束( Electron beam,EB)輻照源:ELV-8離子,其中接枝是一重要步張。預輻照接枝具有普型電子加速器(西北核技術(shù)研究所提供);DF-101S通輻射化學(xué)的一般特點(diǎn),即純潔性、準確性、工藝集熱式恒溫磁力攪拌器(鞏義市英峪予華儀器廠(chǎng)生簡(jiǎn)單、節省能源等,與共輻照接枝方法相比,是一產(chǎn));傅立葉變換紅外光譜儀( Fingerprint infrared種有發(fā)展前途的接枝改性技術(shù)。國內外一些研究人 spectrum,FTR) C EQUiNOX:5瑞士 Bruker公司)員利用聚乙烯( Polyethylene,PE)纖維、聚丙烯P無(wú)紡布:廣州新迪無(wú)紡布廠(chǎng);AN:分析純,北( Polypropylene,PP)纖維、聚氯乙烯( Polyvinyl京福星化工廠(chǎng)生產(chǎn)(經(jīng)分餾純化取75-76℃Cchloride,PVC)纖維等為基材,通過(guò)輻照接枝不同10133kPa的餾分);AA:分析純,天津市化學(xué)試的絡(luò )合劑,得到螯合纖維。由于氧對自由基聚合有劑研究所較強的陽(yáng)聚作用,通常接枝聚合反應都是在無(wú)氧的1.2實(shí)驗方法條件下進(jìn)行。 Tomomi等2采用電子束輻照在無(wú)氧的條件下將丙烯腈和甲基丙烯酸接枝,經(jīng)胺肟化反12.1預輻照將聚丙烯無(wú)紡布裁成尺寸為應制得了胺肟基螯合纖維,并將其應用于扇貝加工4cm×6cm的樣品,洗凈后烘干,樣品在空氣中經(jīng)中的鎘回收。但是氧的去除不僅使反應的操作變得EB輻照,輻照后的聚丙烯無(wú)紡布樣品放入冰箱備復雜,同時(shí)還可能引入一些不定因素,文獻3等采用,所有實(shí)驗均在輻照后2個(gè)月內完成用Coγ射線(xiàn)在空氣中預輻照方法接枝丙稀腈制備12.2合成將預輻照無(wú)紡布放入100mL三口瓶得到了胺肟類(lèi)螯合纖維,所制得的螯合纖維的親水中,與單體濃度50%的接枝液(丙烯腈炳烯酸/甲性差,吸附速度較慢。本實(shí)驗在空氣中采用電子束醇)反應4h,反應溫度為75℃,得到聚丙烯接枝預輻照,以PP無(wú)紡布為基材,將丙烯腈無(wú)紡布。接枝纖維經(jīng)過(guò)二甲基甲酰胺和蒸餾水洗滌、( Acrylonitrile,AN)和丙烯酸( Acrycylic acid,烘干后,計算接枝率AA)共接枝,研究了影響接枝率的因素,為獲得親G=(WW)/Wo×100%水性較好的螯合纖維提供依據,將其用于果汁中去Wo為接枝后的纖維重量;W為接枝前的纖維家863計劃基金(2002AA245091)資助第一作者:耿建暖,女,1979年10月岀生,200年畢業(yè)于陜西師范大學(xué)食品工程系,現為陜西師范大學(xué)在讀研究生,研究方向,現代果汁加工通訊聯(lián)系人:仇農學(xué)H中國煤化工收稿日期:初稿2004-06-29,修回2005-03-08CNMHG238輻射研究與輻射工藝學(xué)報第23卷重量升高而增加所致。聚丙烯無(wú)紡布在空氣中輻照時(shí)產(chǎn)1.2.3紅外光譜分析接枝前后的纖維樣品經(jīng)干燥生氫過(guò)氧化物和陷落自由基,而純粹的氫過(guò)氧化物后,用FT紅外光譜儀掃描得紅外光譜圖在65C以上才能分解成引發(fā)接枝反應的自由基2結果與討論故開(kāi)始時(shí)增加緩慢,這時(shí)接枝反應主要靠輻射產(chǎn)生的少量的陷落自由基,當溫度在65°C以上時(shí),氫過(guò)21影響接枝率的因素氧化物迅速分解,接枝率迅速增加。但當溫度過(guò)高時(shí)纖維中聚合物分子鏈活動(dòng)能力提高,大分子自由2.1.1預輻照吸收劑量的影響預輻照吸收劑量同基相互作用終止的可能性增大,另外,單體產(chǎn)生大接枝技率的關(guān)系如圖1所示。圖1表明,聚丙烯纖維量均聚物,不利于纖維接枝反應,因此接枝率又有接枝單體的接枝率隨預輻照劑量的增加而增加。因下降的趨勢。為預輻照劑量越大輻照產(chǎn)生的氫過(guò)氧化物也越多分解成的自由基就越多,產(chǎn)生的接枝活性點(diǎn)多,有利于接枝的進(jìn)行,但輻照劑量過(guò)大會(huì )對纖維的強度造成一定的損失。160120Reaction temperature /C50200250300350Fig 3 Grafting rate at different reaction temperaturesIrradiation dose: 200k Gy, Reaction time: 3 hFig 1 Grafting rate at different pre-irradiation dosesMonor concentration: 50Reaction temperature: 70C, Reaction time: 3 h2.1.4單體濃度的影響單體濃度與接枝率的關(guān)系如圖4所示,單體濃度在10%-50%時(shí),接枝率隨2.1.2接枝反應時(shí)間的影響圖2表示接枝反應時(shí)濃度的增加而增加,由于隨著(zhù)單體濃度增加,氫過(guò)間對接枝率的影響。從圖2可以看出,反應初期,氧化物分解生成的自由基與單體碰撞的幾率增多接枝率隨接枝反應時(shí)間的增加而增加;而在4h后有利于提高接枝活性中心的濃度因此接枝率增加接枝率趨于平衡,說(shuō)明4h后由于單體濃度的降低當單體濃度大于50%時(shí)由于單體濃度的增加使單以及氬過(guò)氧化物數量的減少接枝活性點(diǎn)變得很少體容易自聚形成均聚物,使單體本身不易擴散(由反應趨于平衡,接枝率幾乎不再增加。于均聚物增大了體系的粘度阻礙未反應的單體向接枝位點(diǎn)的擴散而導致接枝率的降低)不利于單體進(jìn)入引發(fā)中心部位進(jìn)行接枝反應Fig 2 Grafting rate in different times of the reactionIrradiation dose 200 kGy, Reaction temperature70C. Monor concentration: 502.1.3反應溫度對接枝率接枝反應溫度與接枝率的關(guān)系如圖3。由圖3可知,反應溫度在5080Monomer concentration /%時(shí),接枝率隨反應溫度升高先增加,而后降低。由Fig 4 Grafting rate with different monomer concentrations于單體擴散速度及其與自由基的反應能力是隨溫度件H中國煤化工maue70cCNMHG第4期耿建暖等:預輻照聚丙烯無(wú)紡布垬接枝丙烯腈和丙烯酸的研究2392.1.5單體比例的影響AN和AA兩種單體在溶液中的比例(以ANAA表示)與接枝率的關(guān)系如圖5所示。接枝率隨著(zhù)丙烯酸的含量的增加而增加。當丙烯酸和丙烯腈在接枝共聚時(shí),競聚率差別很大丙烯酸的反應活性要比丙烯腈高的多rAA=6.00.13,T=80°y°。Fig7 FT-IR of pp100/080/2060/40406020/800/100(AN/AA)ratioFig 5 Grafting rate with different ratios a of thean and AA monomer350030002500200015002.1.6摩爾鹽濃度的影響圖6表明了Mohr's鹽濃Fig 8 FT-IR of pp-g-AN/AA度對接枝率的影響,低濃度促進(jìn)接枝的進(jìn)行,高濃4結論度時(shí)則抑制接枝反應的進(jìn)行,使接枝率先升高,到定濃度時(shí)又降低。摩爾鹽作為一種較強的還原劑,(1)預輻照PP無(wú)紡布可產(chǎn)生陷落自由基和大Fe2“能促進(jìn)過(guò)氧化物和過(guò)氧化氫基團分解產(chǎn)生具有分子過(guò)氧化物,經(jīng)加熱可引發(fā)接枝反應的進(jìn)行。接枝活性的基團,促進(jìn)聚合反應的發(fā)生;另一方面,2)選擇一定的單體比例,丙稀腈和丙烯酸可它又作為一種較強的阻聚劑,它能捕獲自由基而有共同接枝。效的阻礙單體的聚合。因此,單體的均聚物和接枝(3)預輻照PP纖維接枝丙稀腈與丙烯酸的最產(chǎn)物的生成量都將隨Mohr's鹽濃度的增加而減少。佳條件是:反應溫度為75,反應時(shí)間為4h,單因此,接枝率如圖6所示體濃度為50%參考文獻I Tomomi Kawai, Kyoichi Saito, Kazuyuki Sugit, et alRadiation Physics and Chemistry, 2000, 59(4): 405-411Radiation Physics and Chemistry, 2003, 66(1): 43-473姚占海,楊慧麗,徐俊.輻射研究與輻射工藝學(xué)報YAO Zhanhai, Yang Huili, XU Jun J Radiat Res RadiatMohrs concencentration /%oFig 6 Effect of mohr's concentration on grafting rateProcess,1997,15(3):134-1384 Seong-Ho Choi, Young Chang Nho Radiation Physics3紅外光譜分析圖7和圖8分別為聚丙烯無(wú)紡布在接枝前后的5錢(qián)群,吳明紅,包伯榮輻射研究與輻射工藝學(xué)報紅外光譜圖,由圖中可看出,接枝后的纖維在001,19(4):259-2622242cm出現了強的吸收峰,表明有氰基存在;在QIAN Qun, WU Minghong, BAO Borong. J Radiat Res1739cm1和3200cm吸收峰表明有羧基的存在Radiat PrHHa中國煤化工CNMHG輻射研究與輻射工藝學(xué)報第23卷6姚占海,饒蕾,楊慧麗,等.輻射研究與輻射工藝學(xué)報,YAO Zhanhai, RAO Lei, Yang Huili, et al. J Radiat Res1996,14(4):196-200Radiat process,1996,14(4):196-200Study on grafting acrylonitrile and acrycylic acid onto polypropylene nonwoven fabricspolypropylene nonwoven fabricsGENG Jiannuan QIU Nongxue WANG Pengfei YAN Long(Department of Food Technology, ShaanXi Normal University Xi'an 710062)2(School of Chemistry Materials Science, Shaan Xi Normal University Xi'an 710062)ABSTRACT In this paper, co-grafting reaction of acrylonitrile and acrycylic acid onto pre-irradiated polypropylene nonwoven fabrics in air medium has been studied. The degree of grafting has been determined as a function of ir-radiation dose, reaction temperature reaction time, monomer concentration, ratio of monomers and the concentrationof Mohrs. The results showed that the best condition of grafting reaction was reaction temperature 75C, reactiotime 4 h, monomer concentration 50%. Structure of the grafted polymer have been studied by FT-IRKEYWORDS Pre-irradiation, Grafting reaction, Polypropylene nonwoven fabrics, Acrylonitrile, Acrycylic acidCLC TQ316313中國煤化工CNMHG