應(yīng)用放射線照射技術(shù)創(chuàng)制功能性纖維

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 200092)

應(yīng)用放射線照射技術(shù)創(chuàng)制功能性纖維

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 200092)

綜合介紹放射線接枝聚合技術(shù)、設(shè)備及應(yīng)用。

纖維；放射線；接枝聚合；應(yīng)用

1 放射線接枝聚合的特征[1]

高分子材料中的天然有機(jī)材料對放射線感受性高，只照射電子射線或γ射線就可易生成自由基。利用生成的自由基作為反應(yīng)開位點，對現(xiàn)有的材料可導(dǎo)入功能性官能基。接枝聚合法可無損現(xiàn)有材料(織布及非織布、纖維、粒子、平膜、中空絲膜等)的形狀及物理特性，而導(dǎo)入新功能。通常的化學(xué)反應(yīng)多利用高溫及高壓、催化及氧化作用促進(jìn)反應(yīng)，因此難以保持材料原有的特性。放射線接枝聚合常溫照射電子射線或γ射線，由于附加能和自由基生成量有相關(guān)關(guān)系，不管線源，按吸收射線量(Gy)可標(biāo)準(zhǔn)化。電子射線比γ射線，單位時間的能量(射線量率)高，自由基生成效率高，透射深度低，因此適用于薄物。γ射線適于筒裝纖維及布卷、非織布、薄膜等的大量照射。接枝聚合法用于液相聚合(含乳液及復(fù)合相聚合)和氣相聚合及浸后聚合等。液相聚合時，隨單體濃度增加接枝聚合度高，由于兩分子仃止反應(yīng)，考慮到接枝側(cè)鏈的交聯(lián)度，要按功能選擇反應(yīng)條件。氣相聚合時，由蒸汽壓決定單體濃度，稀濃度下抑制仃止反應(yīng)，易形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)少的長鏈分支提高聚合度。此時形成側(cè)鏈的分子量分布狹的長鏈分支，因此適于蛋白質(zhì)等大分子的分離精制。蛋白質(zhì)可排列50層以上。從合層數(shù)和分子大小可推定接枝鏈的分子長度。

放射線接枝聚合時，在基材生成自由基后，由于接枝鏈成長，側(cè)鏈的一端是非交聯(lián)型分子結(jié)構(gòu)。接枝聚合側(cè)鏈?zhǔn)欠墙宦?lián)型，分子的擴(kuò)散速度高，因此可創(chuàng)制消臭功能及重金屬吸附速度大的功能性材料。

照射接枝聚合時，在自由基生成后，浸于單體時，常溫進(jìn)行反應(yīng)，因此極性不同的單體接觸筒狀長膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，可同時賦予復(fù)合功能，合成為電透析用雙極膜。

電子射線透射物質(zhì)力低，因此應(yīng)用開孔鋁板的遮蔽照射技術(shù)，使生成自由基，可制造復(fù)合功能材料。

放射線接枝聚合可對各種形狀的材料導(dǎo)入復(fù)合官能基，作為新功能材料的制造技術(shù)，有待應(yīng)用。

2 放射線接枝聚合裝置

放射線接枝聚合的研究已達(dá)40年以上，已制造13臺寬30cm以上的連續(xù)聚合裝置在運轉(zhuǎn)。

電子射線照射、浸單體、接枝聚合的一體化反轉(zhuǎn)型裝置是適于織物及非織布。薄膜等液相聚合或氣相聚合。卷裝的織物或非織布經(jīng)γ射線或電子射線照射后，由驅(qū)動輥卷繞在兩布輥上。

反轉(zhuǎn)聚合裝置不管是1 000m或100m，所需反應(yīng)時間相同。接枝率和尺寸變化易受控制。1996年制成寬200cm的反轉(zhuǎn)型接枝聚合裝置，接枝聚合、二次反應(yīng)、凈冼及烘干連續(xù)運轉(zhuǎn)。

2000年制成電子射線前照射接枝聚合裝置由電子射線照射部、浸漬槽、反應(yīng)槽、卷繞部構(gòu)成。已連續(xù)生產(chǎn)5萬m，繼續(xù)運轉(zhuǎn)到現(xiàn)在。

3 放射線照射技術(shù)應(yīng)用于衣料

鈷60γ射線照射卷裝原絲后，利用筒子染色裝置，用照射接枝聚合法可導(dǎo)入離子交換功能。對陽離子交換基及陰離子交換基可導(dǎo)入2～4mmol/g的官能基。結(jié)果利用放射線照射技術(shù)，對卷裝原絲可直接導(dǎo)入消臭及抗菌功能。接枝聚合纖維和未處理纖維組合制成功能性紡織品，已大量生產(chǎn)。

現(xiàn)在內(nèi)衣、床品、運動用品等的各種高功能纖維制品已進(jìn)入市場。

4 接枝聚合技術(shù)的預(yù)防感染癥

應(yīng)用放射線接枝聚合技術(shù)，使聚乙烯吡咯烷酮?碘絡(luò)合體(有效殺菌作用)穩(wěn)定固定于纖維及織物、非織布、濾材等。

纖維材料上生成NVP(N-乙烯-2-吡咯烷酮)和VBTAC(乙烯聯(lián)苯酰三甲基氯化銨)后，不僅可預(yù)防感染癥，而且由于靜電吸附可除去微粒。熔噴非織布技術(shù)結(jié)合接枝聚合技術(shù)后，可99%去除微粒。發(fā)展該技術(shù)，大氣污染對策(應(yīng)對PM2.5及病毒)、口罩、高功能空氣凈化裝置等可進(jìn)行企業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

5 纖維吸附材料的開發(fā)[2]

應(yīng)用對尼龍纖維的放射線接枝聚合技術(shù)，開發(fā)長時間擔(dān)載鐵氰化鈷的合成技術(shù)。用此吸附纖維，應(yīng)用編帶技術(shù)制成卷繞型濾材或海藻狀態(tài)可吸附銫。

合成方法是Co-60γ射線照射尼龍纖維后，接枝聚合成VBTAC(乙烯芐基三甲基氯化銨)后，接枝聚合鏈中的陰離子交換基吸附鐵氰化物離子，浸于氯化鈷水溶液，生成鐵氰化鈷結(jié)晶，穩(wěn)定擔(dān)載于接枝聚合側(cè)鏈。

銫吸附性能由于共存鈷離子和鉀離子，顯著提高。接枝聚合纖維比沸石粒子，吸附性能約400倍。

關(guān)于鍶吸附材料，對尼龍纖維用γ射線前照射接枝聚合法，導(dǎo)入陽離子交換基后，接枝側(cè)鏈擔(dān)載鈦酸鈉結(jié)晶。

接枝聚合纖維可制成卷繞型、海藻型及墊型，用途廣泛。

6 結(jié)語

放射線接枝聚合技術(shù)可無損現(xiàn)有材料而導(dǎo)入新的功能。除吸附材料外，如消臭衣料、床品、運動用品等的功能性纖維制品已上市。

[1] 須鄉(xiāng)高信.用放射線照射技術(shù)創(chuàng)制功能性纖維[J]. 加工技術(shù)(日)，2014,49(7)：31-38.

[2] 須鄉(xiāng)高信.用放射線照射技術(shù)創(chuàng)制功能性纖維[J]. 加工技術(shù)(日)，2014,49(8)：34-39.

2014-12-22