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聚丙烯酰胺PAM 交联剂在粘胶纤维蛋白质改性中的应用

来源:张瑞文 彭素云 李蝾 张英礼 发布时间:2011年02月16日
1 引言聚丙烯酰胺(PAM)是一种线形的水溶性聚合物,是水溶性高分子在化学纤维工业中应用最广泛的品种之一。由于聚丙烯酰胺结构单元中含有烯酰基,易形成氢键,使其具有良好的水溶性和很高的化学活性,易通过接枝或交联得到支链或网状的多种改性物聚丙烯酰胺系列产品,这些聚合物可以是均聚物,也可以是共聚物。粘胶纤维生产中,聚丙烯酰胺可以作为交联剂,用于交联两种或两种以上不同的高分子聚合物,增大共混体系的固着率,如为了减少在纺丝成形过程中的阻燃剂:蛋白质、甲壳素等高分子物质的流失,一般都要在功能性添加剂配制过程中加入或使用交联剂。2 聚丙烯酰胺与纤维素的交联作用在纤维素上接枝丙烯酰胺早有报道。以高碘酸钠一硼氢化钠或次氯酸钠处理后的棉短绒在引发剂作用下与丙烯酰胺接枝共聚,发现接枝速率随体系中羟基含量的增加而变快。有人研究了S208 2+引发丙烯酰胺与甲基纤维素接枝。结果表明,随着引发剂浓度的增大,接枝率增加,当引发剂浓度为3.7×10-4 mol/L时接枝产率达最高。纤维素与丙烯酰胺接枝共聚时,可能产生丙烯酰胺均聚物,文献报道,添加少量二乙烯基单体进行交联并利用惰性溶剂作为反应介质,可以达到减少均聚物的目的。丙烯酰胺与醛基纤维素的光引发接枝,随着醛基含量的提高,接枝产率提高;也有报道在射频放电或射线辐照下引发丙烯酰胺与纤维素接枝。在纤维素与丙烯酰胺共聚过程中,聚合机理为利用纤维素大分子上形成的自由基,由此引发单体形成纤维素接枝链游离基,进行接枝聚合。在接枝交联的初始阶段,纤维素接枝链游离基引发单体进行链增长,此时接枝链游离基可以自由扩散,反应液呈现低粘度流动状态;随后反应速度加快,反应体系粘度增大,支链聚合度增加;在反应后期,反应体系由粘稠液体变为半固体胶状态,长链自由基不能自由活动,也叫单基埋藏状态。对于粘胶纤维生产过程,不是需要更高分子量的PAM接枝到纤维素链上,而是通过具有
一定链长度的PAM在高分子添加剂(如蛋白质)和纤维素之间形成有限的缠结点,在形成的纤维中PAM对蛋白质来说起到加固作用。对于接枝反应而言,不同引发体系对纤维素与丙烯酰胺的接枝共聚会有显著的影响,一般认为接枝效率大小顺序为KMn04>Ce4+>Fe2+>H202>TU/H202。但对于交联反应来说,纤维素是具有一定规整度的线形大分子,具有较多的羟基,纤维素再生成纤后大分子之间会形成较多的氢键。大豆蛋白大分子在碱性纺丝液中呈线形结构,氨基酸组分带有多种极性基团,大豆蛋白大分子之间主要依靠氢键、各种盐式键和双硫键相互链接,这是化学交联部分。但由于大豆蛋白大分子结构复杂,氨基酸在大分子中排列种类不同,支链较大、规整度较低,大豆蛋白大分子单独成纤能力很弱,如果将大豆蛋白混入粘胶母液,则大豆蛋白质与纤维素大分子相互缠结,会形成许多物理交联点。交联处理后的大豆蛋白/粘胶共混纤维聚集态结构为直线形大分子网状结构,它保证了在纤维中蛋白质具有高的固着率。3 试验3.1 交联剂一蛋白质一粘胶混合溶液的配制装置交联剂一蛋白质一粘胶混合溶液的配制装置如图1所示。

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