三聚氰胺/聚乙烯醇共混膜的制備及其性能

周章范　隋淑英　朱平　董朝紅　劉杰　徐江濤

【摘 要】三聚氰胺纖維具有優良的阻燃性能，但其成膜性和力學性能較差。在不影響其阻燃性能條件下，為改善三聚氰胺樹脂（MF）的成膜性能，本文將制得的MF溶液和聚乙烯醇（PVA）溶液混合，以飽和Na2SO4的溶液為凝固浴，制備了不同共混質量比的MF/PVA共混膜，研究了共混膜的相容性，力學性能，吸濕和保濕性以及阻燃性能，并利用紅外光譜、掃描電鏡等對共混膜結構進行了表征。

【關鍵詞】三聚氰胺；聚乙烯醇；共混膜

0 引言

近年來，隨著合成纖維生產和使用的迅速發展，城市建筑高層化，人口集中化，對阻燃纖維的要求越來越迫切[1]。美、日等國家所作的統計表明，城市火災的最初著火物主要是紡織品，如衣料、室內裝飾物等，紡織品的易燃性已經是城市建筑火災的主要原因[2-4]。三聚氰胺樹脂纖維是一種新型高性能阻燃纖維[6]，具有優秀的耐高溫和阻燃性能。但三聚氰胺樹脂是一種熱固性高聚物，它具有三維立體網狀交聯結構，交聯密度很大，成纖性差[5-6]；而且分子鏈中含有剛性較大的三嗪環結構，三聚氰胺樹脂纖維膜具有硬度大，強度低的缺點[7]。

基于此，本實驗通過PVA對MF溶液進行改性以提高MF的成膜性，并改善共混膜的力學性能。通過制備不同共混質量比的MF/PVA共混膜，探討了PVA的含量對共混膜各性能的影響，研究了共混膜的結構，力學性能，吸濕保濕性以及阻燃性能，得到了兼具兩者優點且性能穩定的MF/PVA共混膜。

1 試驗

1.1 材料和儀器

試劑：三聚氰胺，甲醛，聚乙烯醇，三乙胺，無水硫酸鈉

儀器：BS-600電子天平，HH數顯恒溫水浴鍋，JJ-1精密增力電動攪拌器，Nicolet 5700傅里葉變換紅外光譜儀，LFY-201D多功能織物強力機，LYF-601A垂直法阻燃性能測試

1.2 共混復合膜的制備

將甲醛溶液在80℃下預熱10min，然后加入三乙胺溶液為弱堿性，在恒溫條件下，將一定比例的三聚氰胺和甲醛溶液加入到500ml三頸瓶中，攪拌至體系均勻，然后加入一定量的乙二醇，繼續反應一段時間。

在90℃條件下，用蒸餾水溶解PVA，制得質量分數為10%的PVA溶液。將一定量的PVA溶液加入三頸瓶中，充分攪拌。制得的原液靜置脫泡24h，將混合液在玻璃板上刮膜，放入飽和Na2SO4凝固浴中凝固成膜，用蒸餾水沖洗，制得共混復合膜。分別按照MF/PVA質量比為1：0.4，1：0.6，1：0.8，1：1.0，1：1.2，1：1.4制得不同比例的共混膜。

1.3 測試

1.3.1 共混膜的紅外光譜

采用Nicolet 5700傅里葉變換紅外光譜儀，測定共混膜IR吸收特征譜圖。

1.3.2 共混膜的力學性能

按照GB/T3819-1997《紡織品 織物拉伸性能：斷裂強力和斷裂伸長率的測試條樣法》測定。

1.3.3 共混膜的阻燃性能

參照GB/T 5455—1997《紡織品 燃燒性能試驗 垂直法》，測試復合膜極限氧指數。測試參數如下：復合膜長度為80mm，點火時間10s。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

從測得PVA膜和共混膜的紅外光譜圖中可以看出，最強吸收峰1568cm-1，是三聚氰胺中CN產生的；3379的cm-1的譜帶是三聚氰胺N-H的伸縮振動峰與羥基重合后產生的；812cm-1處的特征譜帶是三聚氰胺骨架面外的彎曲振動產生的；位于1165cm-1的譜帶是醚類C-O-C鍵的伸縮振動產生的；位于1005cm-1處的譜帶是醇類C-O伸縮振動產生的；位于1365cm-1的譜帶是第二，三級的胺C-N的伸縮振動產生的。上述紅外光譜表明成功的制備了部分醚化的三聚氰胺-甲醛樹脂。原液混合后的紅外分析結果為三聚氰胺-甲醛樹脂與聚乙烯醇的特征吸收峰的疊加，并未出現明顯的特征吸收峰，MF/PVA共混膜兩組分子之間有較強的氫鍵作用，交聯緊密。

2.2 掃描電鏡分析

當MF/PVA共混膜放大6000倍時，在制備過程中觀察膜表面形態，發現MF/PVA共混膜表面均已平整，沒有明顯的顆粒，且共混膜干燥后比純PVA膜干燥后皺縮現象有所改善。MF/PVA共混膜結構緊密，無相分離和膜團聚現象，組分間具有良好的相容性。

2.3 MF和 PVA質量比例對力學性能的影響

由表1可知，MF/PVA共混膜隨著PVA含量的增加，共混膜的拉伸強度先增大后減小。當MF/PVA的質量比為1：1時，共混膜的拉伸強度最大。原因是PVA含量較低時，共混膜中的三嗪環結構的大分子含量較高，共混膜的拉伸強度較低。隨著PVA含量的增加，共混膜中三嗪環之間的鏈段增長，降低了交聯密度，共混膜的拉伸強度增加。隨著PVA含量的繼續增多，PVA的拉伸強度成為影響共混膜拉伸強度的主要因素，由于未交聯的PVA拉伸強度不高，導致共混膜的拉伸強度下降。

由表1中同樣可知，MF/PVA共混膜的斷裂伸長率隨著PVA含量的增多，先升高，然后基本保持不變。隨著PVA含量的增加，共混膜中三嗪環之間的鏈段增長，降低了交聯密度，同時降低了共混膜的脆性，共混膜的斷裂伸長率升高。但當PVA含量超過50%時，過量的PVA對三聚氰胺樹脂的交聯度影響很小，共混膜的斷裂伸長率基本保持不變。

2.4 吸濕保濕性能

由表2可以看出，隨著PVA比例的增加，吸濕率逐漸增加。在三聚氰胺樹脂分子中含有大量的氨基，具有很高的吸水性。PVA分子中含有大量的羥基也使PVA具有較高的吸水性，但是存在較長的疏水性烷基鏈，使共混膜吸水性要小于三聚氰胺樹脂的吸水性，而且隨著PVA比例的增加，吸濕率不短升高。由保濕率數據可知，共混膜的吸濕率先升高后減小，PVA分子中羥基使PVA具有較高的保濕率。當MF和PVA的質量比接近1：1時，兩組分形成的氫鍵交聯密集，影響了水的轟動和流動阻力，使共混膜保濕性能提高。隨著PVA比例的增加，PVA在共混膜中所占比例越來越高，同時PVA中疏水性烷基逐漸增大，保濕性變差。

2.5 MF和 PVA質量比例對阻燃性能的影響

MF/PVA共混膜的LOI隨PVA含量的增加，先基本保持不變，后減小。這主要是因為PVA含量較低時，基本上與三嗪環上的氨基發生反應，增長柔性鏈段的長度，改善共混膜的力學性能。共混膜中的含氮量基本保持不變，其LOI值變化不大。但是當PVA含量較高時，MF與PVA的氫鍵密度增小，隨之分子間作用力逐漸增減小，在凝固浴中，氫鍵容易被破壞，造成MF流失，共混膜中的含氮量相對降低，影響共混膜的阻燃性能，共混膜的LOI值降低。

3 結論

通過制備不同質量比例的MF/PVA共混膜，以飽和Na2SO4溶液為凝固浴，研究了MF和PVA不同質量比共混膜的性能。所制備的MF/PVA共混膜的結構緊密，均已，無色透明，共混膜的相容性較好。當MF、PVA共混的質量比為1：1時，得到的MF/PVA共混膜各項性能理想，拉伸強度為拉伸強度為3.93MPa，吸濕率為19.61%，保濕率為63.37%，極限氧指數34.3%。MF/PVA共混膜改善了三聚氰胺樹脂不易成膜的性能，成膜性能明顯提高。MF、PVA通過氫鍵等作用力交聯起來，改善了其力學性能，但是吸濕保濕性有所下降，同時過量的PVA使阻燃性能受到了一定的影響，但是仍具有優良的阻燃性能。若將三聚氰胺樹脂和適量的PVA共混紡絲，紡絲液的可紡性更好，可制備出性能良好的阻燃纖維。

【參考文獻】

[1]華德榮.三聚氰胺市場分析[J].現代化工，2000，8（20）：43-46.

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[3]Kent G M.Ott K. Melamine-containing fabrics with improved comfort[P].US Pat Appl，US 5853880.1998.

[4]楊中興，齊魯，耿海燕.三聚氰胺甲醛樹脂改性及其纖維的性能[J].高分子材料科學與工程，2008，24（1）：147-150.

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[7]Dolittle A.K.，The Technology of Solvents and Plasticizers[J].New.York：Wiley，1954.

[責任編輯：湯靜]