2006年6月貴州化工笫31卷第3期Guizhou Chemical Industry21·預(yù)輻射聚丙烯纖維接枝丙烯酸反應(yīng)條件優(yōu)化丁伯林曾慶軒陳濤(北京理工大學(xué)機電工程學(xué)院,北京,100081)摘要用αoγ射線對聚丙烯纖維在空氣中進行預(yù)輻射然后將預(yù)輻射纖維與丙烯酸水溶液進行接枝反應(yīng)利用正交實驗設(shè)計法研究了預(yù)輻照總劑量、反應(yīng)溫度、單體濃度、反應(yīng)時間對纖維交換容量的影響。比較優(yōu)化的反應(yīng)條件為:預(yù)輻照總劑量為2kGy、反應(yīng)溫度為50℃、單體濃度為20%、反應(yīng)時間為2h,所得的弱酸性陽離子交換的最高交換容量為10.134 mmol.g1。關(guān)鍵詞聚丙烯纖維丙烯酸正交實驗設(shè)計預(yù)輻射接枝中圖分類號TQ316.313文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1008-9411(2006)03-0021-0離子交換纖維作為一種吸附和解吸速度快的新濃硫酸:分析純,北京北化精細(xì)化學(xué)品有限責(zé)任公司型功能材料,引起人們的廣泛關(guān)注。其結(jié)構(gòu)一般由生產(chǎn);綠礬(FeSO47H2O):分析純,北京北化精細(xì)化基體纖維和交換基團兩部分構(gòu)成,目前人們使用的學(xué)品有限責(zé)任公司生產(chǎn)。高純氮由山東臨沂制氧廠基體一般為PP,PVF,PAN纖維和某些天然纖維,交提供。7.4×101BCo射線源由山東臨沂輻照中換基團一般有強酸、弱酸、強堿、弱堿、兩性等。由于心提供,劑量率用硫酸亞鐵劑量計測定。876A型數(shù)聚丙烯( polypropylene簡稱PP)纖維具有良好的耐顯真空于燥箱由上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司制酸堿性能、原料豐富、價格低廉等優(yōu)點,被用做離子造。交換纖維的基體材料。近年來,關(guān)于PP基弱酸性12實驗方法離子交換纖維的合成有較多的報道。陳捷等研究1.21纖維的輻照了吸收劑量時間、溫度、丙烯酸濃度等因素對接枝選擇確定的劑量和劑量率,在空氣中對PP纖率的影響,并說明了加入一定量的硫酸亞鐵和濃硫維進行輻照。酸,有利于阻止丙烯酸單體均聚反應(yīng)的發(fā)生,提高接1.2.2接枝纖維的制備枝率,所得纖維接枝率達(dá)到500%~600%;杜秀將蒸餾水、丙烯酸、哭8%的濃硫酸、綠礬按一定英(21等在接枝反應(yīng)中加入二乙烯苯,發(fā)現(xiàn)得到的纖比例配成接枝液裝入反應(yīng)器中,充高純氮除去氧維的力學(xué)性能明顯提高,但對反應(yīng)的接枝率影響較氣。將輻照過的PP纖維浸入接枝液中,充氮氣小;鄔潤德3等釆用懸浮溶脹法合成接枝聚丙烯,增10min,密封反應(yīng)器于室溫下靜置1h。將反應(yīng)器置強了纖維的力學(xué)性能,克服了PP紆維在熔融接枝于溫度恒定的水浴箱中,反應(yīng)一定時間。將纖維取過程中出現(xiàn)的降解現(xiàn)象,對進一步進行纖維共混改出,用熱水洗滌3次除均聚物,真空干燥后,再將接性研究起了很大作用;杜慷慨4等采用丙烯酸懸浮枝纖維用索氏提取器抽提72h,進一步除均聚物真接枝聚丙烯纖維,克服了在固相接枝法中,丙烯酸都空干燥至恒重測其交換容量。積聚在聚丙烯纖維表面而產(chǎn)生均聚的現(xiàn)象;金明1.23交換容量的測定鐘用PP粉末光輻射接枝丙烯酸,得到70%的接取接枝纖維約0.5g,濕法裝柱,加入50m5%枝纖維;陳元維6采用PP無紡布電子輻射接枝丙NaOH溶液控制每1s約1滴的流速通過纖維柱,烯酸,接枝率最髙達(dá)到90%。本文在前人研究的基然后加入100ml去離子水,流速稍快。再加入50ml礎(chǔ)上將正交實驗設(shè)計法應(yīng)用于聚丙烯基弱酸性陽5%HC,流速仍為每1s約1滴然后,再通過去離子離子交換纖維的制備上,希望從此得出最優(yōu)的反應(yīng)水洗至中性,用同法再重復(fù)兩輪。將纖維取出烘干,條件,為聚丙烯基弱酸性陽離子交換纖維的制備提放入裝有濃度為0.1moL的NaOH的250ml錐形供實驗和理論基碹。瓶中,再加入10g分析純NaC以抑制水解。浸泡并振蕩24h,用移液管準(zhǔn)確取上層清液25ml,放入1實驗材料和方法V凵中國煤化工旨示劑,以濃度約為1.1原材料和儀器CNMHGH,記錄所用鹽酸m聚丙烯纖維:短絲,遼陽石化公司生產(chǎn),使用前數(shù)技計異即何里用丙酮抽提24h,真空干燥至恒重,備用;丙烯酸交換容量=(MxOH×250ml-10×M×(AA):分析純,北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司生產(chǎn)V1)w,單位( mmol.g-1貴州化工2006年6月Guizhou Chemical Industry第31卷第3期Mo為NaOH的摩爾濃度;M為HC的摩225.5892.16011,92523.44爾濃度;VH為最后滴定氫氧化鈉所消耗的鹽酸的K313.89013.24124.8437.932體積;W為千的弱酸性聚丙烯基型離子交換纖維的K419.24618.98520.35517.757K12.6723.7573.0725.070重量。K26.3975.5402.9815.861124正交實驗設(shè)計方案K33.4733.3106.2111.983利用正交設(shè)計法對聚丙烯纖維接枝丙烯酸反應(yīng)K44.8124.7465.0894.439條件進行優(yōu)化。選擇以下4個反應(yīng)因素:反應(yīng)溫度極差3.7252.233.233.878(A)、反應(yīng)時間(B)、單體濃度(C)、預(yù)輻照總劑量從表2分析得:每個因素設(shè)4個水平,選用正交表L16(4)安排(1)反應(yīng)因素D即預(yù)輻照總劑量的極差最大,說明對反應(yīng)影響最大,其次為反應(yīng)溫度,單體濃度和反實驗。實驗條件變化范圍如表1所示:應(yīng)時間。表1實驗因素及變化水平(2)針對溫度這個因素(表2第2列),比較K1水平A(℃)B(h)C(%)D(kGy)K2、K3、K4個值,K2值最大,說明溫度的第2個水平即50℃比較好。因為在有氧預(yù)輻照過程中,不僅2501525有過氧化物生成,而且聚合物中同時也生成陷落自3.0由基。在接枝溫度低于50℃的情況下,主要是陷落12.5紅外光譜測定自由基而不是含氧自由基引起接枝反應(yīng)8。隨著預(yù)原料纖維接枝后纖維分別經(jīng)紅外光譜分析儀輻照纖維存放時間的增長聚合物內(nèi)部的陷落自由進行測定將纖維剪成細(xì)粉末KB壓片,記錄樣品基不斷衰變消失。所以50℃以下接枝反應(yīng)不佳;當(dāng)?shù)募t外光譜圖。溫度高于50℃時,丙烯酸單體均聚現(xiàn)象加重,反而導(dǎo)致單體濃度下降,而且均聚產(chǎn)生的聚丙烯酸容易2結(jié)果與討論粘在纖維上,很難洗凈。表2為選用正交表L16(4)進行實驗得出的結(jié)同理可得出其它各因素的最好水平值:預(yù)輻照果。同時根據(jù)正交實驗方法要求求出各因素的反總劑量為25Gy、單體濃度為20%、反應(yīng)時間為2he應(yīng)極差,極差大小表示反應(yīng)各因素對實驗結(jié)果影響(3)針對預(yù)輻照總劑量這個因素,25kGy為比較的大小程度。好的水平。當(dāng)輻照總劑量低于25kG時,聚合物中表2正立實驗結(jié)果分析過氧化物的濃度隨著輻照總劑量的增加而提高;而輻照總劑量高于25kGy時,輻照過程中生成的過氧實驗次數(shù)A(℃)B(b)c(%)DG)交換著量化物便開始分解最終達(dá)到平衡。此外,輻照總劑量1401.5100.926加大的同時,導(dǎo)致過氧化物通過能量轉(zhuǎn)移而被有選402.0154.687擇地摧毀。0.926(4)單體濃度在20%為宜,濃度低于20%時,接403.025354.148枝反應(yīng)速率低,接枝不完全;而當(dāng)濃度高于20%時,501.5152.320502.010丙烯酸均聚反應(yīng)速率加快,導(dǎo)致單體濃度下降,而且502.5257.499預(yù)輻照聚丙烯纖維上的活性接枝點有限,單體濃度503.0209.57I的增大將造成丙烯酸的浪費。1.5355.512(5)反應(yīng)時間在2h較好,在接枝反應(yīng)前,預(yù)輻照10602.0聚丙烯纖維在反應(yīng)液中已溶脹1h,反應(yīng)單體溶人了602.510252.918纖維內(nèi)部,溫度升高后,丙烯酸就快速接到聚丙烯纖603.015203.02維中國煤化工枝反應(yīng)已基本完成13701.525256.268再增CNMHG702.515351.898將各因素的較好水平進行組合,即得到優(yōu)化后162.246的反應(yīng)條件:預(yù)輻照總劑量為25kGy溫度為50℃、10.68715.02612.28920.279單體濃度為20%、反應(yīng)時間為2h第31卷第3期丁伯林等;預(yù)輻射聚丙烯纖維接枝丙烯酸反應(yīng)條件優(yōu)化將優(yōu)化后的反應(yīng)條件進行3次實驗,得到纖維弱酸性陽離子交換纖維的條件進行了優(yōu)化。并得到交換容量如下:9.317mmol·g-1、9.525mmol·g1、優(yōu)化后的條件為反應(yīng)溫度為50℃、反應(yīng)時間為2h10.134 mmol.g-1。單體濃度為20%、預(yù)輻照劑量為25kGy。按照此條原料聚丙烯纖維和接枝反應(yīng)后紅外光譜分析圖件合成的纖維的最高交換容量達(dá)到10.134mmol如圖12所示:g(2)通過正交實驗設(shè)計法得出各反應(yīng)因素對反應(yīng)結(jié)果的影響大小順序為:預(yù)輻照總劑量>反應(yīng)溫度>單體濃度>反應(yīng)時間。參考文獻(xiàn)1陳捷,盧永暢.預(yù)輻射聚丙烯纖維接枝丙烯酸的研究[J]核技術(shù),1998,21(9):539~5430U3600025002000eu1005002杜秀英,陸耘,等.聚丙烯基弱酸性陽離子交換纖維的圖1原料纖維紅外光譜圖制備及力學(xué)性能[].合成纖維工業(yè),1999,22(4):14-173鄔潤德,童筱莉,楊正龍懸浮溶脹法合成接枝聚丙烯300J].中國塑料,2002,16(8):62-664杜慷慨,許慶清.丙烯酸懸浮接枝聚丙烯纖維及性能的研究[J].中國塑料,2005,19(7):45~485金明鐘,呂坤,等.聚丙烯接枝丙烯酸對稀土離子吸附反應(yīng)的研究[J高分子學(xué)報,2003,(1):93-966陳元維,寇曉康,等.用于除去濃縮果汁中微量金屬的螯5001000合纖維的研制[J高分子材料科學(xué)與工程,2004,20(6):圖2接枝反應(yīng)后纖維的紅外光譜圖在圖2中,1720am-1譜帶歸屬為羰基的伸縮振7錢庭寶離子交換劑應(yīng)用技術(shù)[M]天津:天津科學(xué)技術(shù)動,證實接枝反應(yīng)后的纖維中含有羰基出版社,19843200cm-1譜帶歸屬為締合-OH的伸縮振動吸收8哈鴻飛,吳季蘭高分子輻射化學(xué)一愿理與應(yīng)用[M]北京:北京大學(xué)出版社,2002峰。而締合的OH伸縮振動產(chǎn)生的寬峰是羧酸的最9黃光琳,馮雨丁,吳茂良高分子輻射化學(xué)基礎(chǔ)M].成主要特征。在圖1中卻未出現(xiàn)上述兩處特征譜帶。都:四川大學(xué)出版社,1993說明反應(yīng)后,丙烯酸已接枝到預(yù)輻照聚丙烯纖維上。(收稿日期2006-04-26)作者簡介3結(jié)論丁伯林(1982-),北京理工大學(xué)機電工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)(1)本文對預(yù)輻照聚丙烯纖維接枝丙烯酸制備專業(yè)在讀碩士Optimum Conditions of Copolymerization with Pre-irradiatedPolypropylene Fibers and Acrylic acidDing Bolin Zeng Qing -xuan Chen TaoSchool of Mechano-Electronics Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081)Abstract: PP fibers were preirradiated by y-ray from Coo in the air. The PP fibersInto thesolutionof acrylic acid for grafting reaction. The influence of the preirradiation dosage, the reaction temperatureAA concentration and the reaction time on the exchange capacit are studied by orthogonal design. The optimumreaction conditiors of gaining higher exchange capacity for the中國煤化工 fiber are as followsthe grafting temperature 50t the reaction time 2hthe conceCNMHirradiation dosage25 kGy. The highest exchange capacity of the weak acidic cation34 mmol.gKey words: Polypropylene fiber; acrylic acid; orthogonal designi radiation grafting