聚苯硫醚 (PPS) 是以苯环在对位上连接硫原子交替连接而形成大分子主链的结晶性高聚物。PPS 分子链上大量的苯环存在使其大分子链具有良好的刚性与耐热性,而硫醚键又能赋予大分子链一定的柔顺性,且苯环与硫醚键相互交替连接,使其大分子结构对称规整,具有较高的结晶性。因此,PPS是一种高性能的热塑性树脂,具有力学性能高、尺寸
稳定性好、电气性能优越等特性,广泛应用于石油化工、汽车、机械、电子电气、航空航天和国防等领域,称为六大工程塑料之一。
PPS 纤维由 PPS 树脂通过熔融纺丝制得,具有与 PPS 树脂相同的优异性能,因而成为主要的特种过滤材料之一,作为除尘滤袋在火力发电厂、垃圾焚烧厂、钢铁厂及水泥等工业领域得到广泛应用。随着近年来我国持续加大对大气污染的治理,对除尘滤袋的要求也逐渐提高,而 PPS 纤维由于其大分子链上苯环和硫原子以σ键相联,键能较低,在复杂的高温环境下,易受到环境中的强氧化气体进攻,断裂形成自由基,进而发生氧化交联、大分子链断裂、降解等反应,导致纤维材料失效,使用寿命缩短,严重影响了企业的正常生产并限制了 PPS纤维应用领域的扩展。因此,PPS 纤维抗氧化性能的改善已成为迫在眉睫的问题。
目前,PPS 纤维抗氧化研究主要通过添加助剂的物理共混方式来提高其抗氧化性能,其助剂主要包括:有机抗氧剂和无机纳米材料。但由于PPS 的熔点较高 (285℃),其加工温度均在 290℃以上,导致一般的抗氧剂在加工过程中出现热分解或者失活的现象,不能起到抗氧的作用,同时带来的副反应会破环 PPS 的性能并影响纤维的可纺性;无机纳米材料虽然具有优良的耐热性,但其自身的特性,导致纳米粒子在 PPS 基体中容易团聚,分散不均,使 PPS 纤维出现局部缺陷,综合性能降低。槲皮素是一种天然耐高温抗氧剂,熔点高达320℃,分解温度达到 335℃以上,具有一般有机抗氧剂无法比拟的耐热性。槲皮素分子结构中 2,3 位间有双键,37,47 位处有羟基,故能作为树脂等氧化过程中产生的游离基团接受体,并且槲皮素结构中存在大量的苯酚基团,可作为自由基捕捉剂,提高聚合物的抗氧化性能,此外由于其绿色、抗菌等特性,广泛应用于生物医药等领域。选用槲皮素来提高 PPS 纤维的抗氧化性能,研究不同质量分数槲皮素对 PPS 纤维性能的影响,并分析了槲皮素在 PPS 纤维中的抗氧机理。
结果表明:
(1) 采用熔融纺丝法制备的 PPS/槲皮素复合纤维具有良好的可纺性。虽然槲皮素质量分数达到0.25% 以上时出现寥寥可数的团聚,但整体上槲皮素在 PPS 纤维中分散均匀。
(2) 槲皮素作为有机小分子颗粒,在 PPS 加工中起到增塑的作用,提高了 PPS 纤维的拉伸性能,并在槲皮素质量分数为 0.20% 达到最佳,断裂强度达到 15.84 cN/tex,较纯 PPS 纤维的 13.48 cN/tex,提升了 17.51%。
(3) 槲皮素的添加提高了 PPS 纤维的热稳定性,复合纤维的 T 5% 较纯 PPS 纤维有明显的提升,且在槲皮素质量分数为 0.20% 时达到了 502.62℃,提高了 15.45℃。
(4) 随着槲皮素添加量的增加,PPS 复合纤维的氧化诱导温度呈先提高后缓慢减小的趋势,且在槲皮素质量分数为 0.20% 时达到最大值,为 467.3℃,较纯 PPS 纤维提升了 14.9℃。槲皮素的耐高温性及结构中的大量抗氧活性基团,可以捕捉 PPS 纤维在高温有氧环境下产生的自由基,抑制 PPS 纤维的进一步氧化降解。
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