聚丙烯作为应用极其广泛的高聚物,对其改性也一直是学者们研究的热点和重要领域。而聚丙烯的疏水性使其应用范围受到了限制,如染色困难、亲水性差等,因此聚丙烯改性一直备受关注。本文首先在聚丙烯中熔融共混二氧化硅纳米空心球,通过熔体纺丝制备聚丙烯/二氧化硅纳米空心球复合纤维,提高其染色性能和机械性能,并扩展超支化聚乙氧基硅烷在高聚物改性方面的应用。另外,采用了当前研究纳米及亚微米纤维的热门方式——静电纺和离心纺作为聚丙烯的成纤方法。将两亲型小分子与聚丙烯熔融共混,经静电纺和离心纺方式制备比表面积更大的纤维,来研究聚丙烯的亲水改性。而熔融静电纺具有无溶剂这一无污染的优势。离心纺(Forcespinning)是用离心力替代了静电纺中电场力,让其不再受或者少受静电纺丝的那些限制,是一种能够扩大材料的选择性、制造过程更加环保的纺丝方法。本文首先通过正硅酸四乙酯和聚乙二醇合成PEG改性的超支化聚乙氧基硅烷,自组装形成二氧化硅纳米空心球,再经十八烷基硅氧烷改性空心球,让其表面带有疏水基团与聚丙烯分子链能够相互缠绕,降低自身的团聚,并且采用微同向双螺杆挤出机将聚丙烯和二氧化硅纳米空心球进行熔体纺丝,并经过后续牵伸装置制备聚丙烯/二氧化硅纳米空心球复合纤维。通过场发射扫描电镜直观地观察了改性和未改性的二氧化硅纳米空心球在聚丙烯主体中的分散情况,并对共混后复合纤维的结晶行为、热稳定性和机械性能进行研究。通过场发射扫描电镜观察发现,未改性的二氧化硅纳米空心球与聚丙烯熔融共混的复合纤维脆断横截面空心球分散效果不好,出现了大面积的团聚现象;而改性的二氧化硅纳米空心球与聚丙烯熔融共混的复合纤维脆断横截面空心球呈现随机分散的状态,说明改性的空心球降低了团聚的发生且空心球在聚丙烯当中获得了优异的分散均匀性。纤维通过冷冻切片的方法制得透射电镜样品观察空心球结构,发现在高温剪切加工过程空心球未出现破损的情况。dsc测试结果发现,添加了改性空心球样品的熔融温度均有所提高,结晶度小幅提升。而结晶过程中,添加了空心球的样品结晶起始温度向高温移动,这说明空心球起到了异相成核的作用,可能使得结晶的完整性有所提高,有利于染料分子的扩散。复合纤维的热重分析数据显示热分解温度并没有显著降低。复合纤维的拉伸测试发现添加空心球后,不仅聚丙烯的断裂强度从527.1mpa增强至537.9mpa,纤维的断裂伸长率还从13.8%提高到15.8%。分散染料的染色实验表明改性空心球可以明显提高复合纤维的颜色得色量。这些说明自组装制成的二氧化硅纳米空心球的表面经烷基改性后明显改善其在聚丙烯主体当中的分散均匀性,在强度有所提高的同时,还改善了纤维的延展度,提高了结晶完整度,增加了分散染料对纤维的上染。通过空心球与水性聚氨酯共混证明二氧化硅空心球对聚丙烯的改性基于物理缠绕的改性机理,而不同于其与水性聚氨酯的化学交联。其次本文将聚丙烯与tween20、tween60及改性聚乙氧基硅烷等两亲型小分子直接熔融共混,并将共混物进行熔融静电纺丝来提高纤维的比表面积,改善聚丙烯纤维的亲水性。由于纤维的细度对其性能有着重要的特殊功效,故以纤维的细度为考核指标,针对聚丙烯熔融静电纺纤维的工艺因素进行了探讨。以熔体流量、聚合物熔体温度、施加电压、喷丝头与接收台的接收距离、电场力等为影响因素。通过扫描电镜观察纤维的直径大小及分布均匀性,分析影响静电纺纤维直径的各个因素。考虑综合因素,最终选取的工艺参数:熔体流量为0.05ml/h,温度为260/280℃(聚合物熔体/喷丝头温度),电压为-24.6kv,距离为30mm,纺得纤维平均直径为6.23μm,标准差为1.42。然后以此工艺对共混两亲类小分子tween20、tween60及合成的两亲型聚乙氧基硅烷的聚丙烯进行熔融静电纺丝。通过红外谱图、x射线光电子能谱分析和静态接触角测试对tween20改性聚丙烯静电纺纤维的表面化学性质进行了表征,并使用差示扫描量热法对聚丙烯静电纺纤维进行了热力学测试。红外谱图中出现的c-o和o-h的特征峰,证明tween20与聚丙烯共混成功。从dsc吸热放热图发现,结晶度随tween20添加量的增加而上升,结晶度从标样的45.4%上升到5%tween20时的53.5%,且tween20的引入并不改变聚丙烯结晶晶型,tweens的引入可能成为聚丙烯主体中异相成核的中心而导致结晶度升高。通过xps测试数据发现tweens更倾向于分在纤维表面,达到表面富集的状态。当tween20的添加量达到3%时,4min时接触角开始下降,并且随时间推移持续降低,说明纤维具有被润湿的能力,而当tween20添加量为5%时,纤维几乎是瞬间被润湿。这说明tween20混入聚丙烯后,使得聚丙烯的亲水性获得很大改善。而tween60添加量为5%时,接触角在1.5min才开始下降,3.5min纤维被完全润湿,这是由于tween60由于分子疏水链更长,改性效果不如tween20。本文最后为了克服熔融静电纺需要高压电场的劣势,采用离心纺替代熔融静电纺。将聚丙烯与两亲型小分子先经过微型双螺杆挤出机熔融共混来改性聚丙烯,再通过离心纺丝制备表面富集亲水基团的聚丙烯纤维。通过扫描电镜和差示扫描量热仪观察不同熔体温度和不同旋转速度下离心纺纤维,获得最佳离心纺丝条件是:温度225℃和喷丝头转速14,000rpm。采用dsc测定不同旋转速度下离心纺纤维,tm和tc都随着喷丝头转速增加而升高,证明纤维结晶更早且完整性增加。共混了tween20之后,当tweens添加量低于5%时,结晶度随tweens添加量的增加而降低。但当tweens添加量增加到10%时,纤维的结晶度增加。这是由于tweens这类小分子与聚丙烯共混后阻碍了分子链的移动,故导致结晶度的下降。但当tweens添加量较多且tweens分子在纤维表面的富集到一定程度时,它们自身会为了降低与聚丙烯分子间的界面自由能而形成胶束,并在主体中成为了异相成核的中心。聚丙烯共混tween20离心纺纤维的热重测试说明共混了TWEEN20的聚丙烯离心纺纤维的热稳定性并未受到影响。机械性能测试结果表明,引入了TWEENs之后聚丙烯的刚度下降,杨氏模量下降;小分子相当于滑移剂,能够促使小分子和聚丙烯大分子的界面在拉伸作用下产生更大的滑移。而相比于标样,共混TWEEN20和TWEEN60后的纤维拉伸强度和断裂延伸率都得到了提高,由于TWEEN60疏水烷基链变长,增加小分子与聚丙烯的大分子长链之间的相互缠绕,增大了相互作用,进而更加提高了断裂延伸率和断裂强度。经XPS测定,离心纺纤维表面的氧原子量要比其均匀分散在聚丙烯主体中时表面的氧原子要多很多,由于聚丙烯主体的疏水特性,TWEENs分子中的亲水链段更愿意在纤维表面优先地聚集。当TWEENs的添加量达到10%时静态接触角为零,滴在纤维表面的液滴瞬间消失。这说明熔融共混TWEENs可以有效地改善聚丙烯离心纺纤维的亲水性。而两亲型聚乙氧基硅烷PEG-PEOS-Alkyl没有展示出亲水改性聚丙烯的效果极有可能源自于其自身庞大的网状结构所致。