功能性纖維的創(chuàng)制

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 上海 200092)

1 根據(jù)流體力學(xué)創(chuàng)制功能纖維

根據(jù)流體力學(xué)的觀點(diǎn)，研究功能性材料的有效成形是加工的工藝設(shè)計(jì)。迄今探討了纖維成形時的熔融樹脂的壓出流動行為控制、多成分材料的流體力學(xué)和成形加工性及力學(xué)特性的關(guān)系、聚四氟乙烯的纖維化和利用對聚四氟乙烯的選擇吸附性的功能性膜的開發(fā)等。該文報(bào)告聚四氟乙烯的纖維化的流體力學(xué)和利用對聚四氟乙烯的吸附性的功能性膜的開發(fā)。

1.1 拒水性多孔導(dǎo)電性膜的制作概概念

聚四氟乙烯是氟原子構(gòu)成的代表拒水性高分子材料之一，是耐熱性及耐藥品性優(yōu)良的材料。但高分子化后不易再加工。對聚四氟乙烯加以剪切變形或伸長變形時，折疊的帶狀結(jié)晶鏈伸長，變成帶纖維。聚四氟乙烯膜及管等，用和油等混合的漿作為粘合劑，經(jīng)剪切拉伸后熱處理，可取得有微孔的成形物。熱塑性高分子在熔融狀態(tài)，是熱、電特性優(yōu)的微粒，可連續(xù)復(fù)合和連續(xù)成形加工。因此，以熱塑性高分子為粘合劑，可制成聚四氟乙烯和電特性優(yōu)的碳納米管及碳納米纖維構(gòu)成的拒水性導(dǎo)電性的多孔膜。

熱塑性高分子和聚四氟乙烯、導(dǎo)電性填料混合時，聚四氟乙烯纖維化，填料分散，又聚四氟乙烯及填料影響熱塑性高分子的流動性，這是關(guān)鍵。進(jìn)一步介紹最初和熱塑性高分子混合時的聚四氟乙烯的纖維化填料的分散性和復(fù)合物的流動性。

1.2 3成分材料的流體力學(xué)

流體力學(xué)是研究材料的變形和流動?？蓽y定材料流動時的粘性系數(shù)。從模型樣品的流體力學(xué)可解釋材料的分子結(jié)構(gòu)及分子鏈的長度、不均勻材料中的微/中結(jié)構(gòu)及填料等的分散性、基質(zhì)和分散體的親合性等。探討多成分材料的流體力學(xué)，可預(yù)測結(jié)構(gòu)。

1.3 膜的成形性和流體力學(xué)的關(guān)系

一般為控制生產(chǎn)膜的厚度，壓出熔融體的線速度更快，進(jìn)行卷繞、冷卻、固化形成薄膜。探討了熔融聚合物在壓模和卷繞輥間的變形。

1.4 聚四氟乙烯和碳納米纖維膜的特性

為從成形膜除去粘合劑，薄膜浸于四氫呋喃。其后取出干燥。表明聚四氟乙烯和聚四氟乙烯/碳納米纖維含有60%的碳納米管。

聚四氟乙烯及碳納米纖維的電阻率各為1017Ωcm以上、10-4Ωcm，隨碳納米纖維的添加量，薄膜的電阻率顯著減少。

為確認(rèn)薄膜的拒水性，評價靜態(tài)水接觸角的結(jié)果，與碳納米纖維量無關(guān)，接觸角約130°。表明薄膜具有拒水性多孔性而電阻率低。

1.5 結(jié)論

在聚四氟乙烯的空間分散碳納米纖維，產(chǎn)生碳納米纖維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。碳納米纖維選擇吸附于極性極低的聚四氟乙烯，制成聚四氟乙烯支持的碳納米纖維膜。高分子混合物加入無機(jī)填料的分散狀態(tài)及其解釋，報(bào)告了溶解度參數(shù)及界面張力，但不能說明其觀點(diǎn)，對多成分復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，可能需要新的概念。

2 有效利用聚酚創(chuàng)制生物基功能材料

目的在于有效利用再生資源的植物質(zhì)以創(chuàng)制新的功能材料(獲2016年日本纖維學(xué)會獎)?，F(xiàn)在世界環(huán)境問題的地球暖化及有限的化石燃料，要求構(gòu)筑對地球環(huán)境低負(fù)荷的可持續(xù)社會。例如，節(jié)能化、有效利用自然能如太陽、風(fēng)、地?zé)岬那鍧嵞埽瑴p少地球溫室效果氣體的排放量，引起重視。將來化石資源的枯竭及隨燃燒排放地球溫室效果氣體量增加，加速地球暖化。為此，要從依存于有限的化石資源的社會轉(zhuǎn)向碳中和可持續(xù)的社會。

近年來，以再生資源的植物質(zhì)為原料，研發(fā)功能性生物基聚合物很多，2016年達(dá)約550件(2001年約50件)。例如，玉米等的發(fā)酵取得生物醇、淀粉及從玉米制造聚乳酸、微生物產(chǎn)生聚酯。亦探討石油原料的單體置換為生物基單體。近年來特別關(guān)心有效利用非食植物的生物質(zhì)，創(chuàng)制新功能性生物基聚合物。

作者介紹從非食植物聚酚的都咸子的殼萃取都咸子油、兒茶酚成分的天然漆、桂皮酸衍生物及香蘭素的開發(fā)。

都咸子殼液體的學(xué)名是Anacardium occidentale, 屬漆樹科，含有天然的植物油。其果仁可食用。都咸子油是苯環(huán)有與羥基或甲基直鏈的不飽和脂肪族烴為側(cè)鏈的苯酚、兒茶酚的混合物。主成分是腰果酚 ,少量副成分是卡多耳及2-甲基卡多耳。成分組成隨產(chǎn)地及精制方法而異。近年來以都咸子油或腰果酚為出發(fā)原料開發(fā)生物基聚合物很多。工業(yè)上用作苯酚及涂料、各種添加劑的原料，但也制造對人體及環(huán)境有害的甲醛及揮發(fā)性有機(jī)合物或重金屬催化劑。