基于聚丙烯酸酯類溫敏聚合物的柔性智能紡織品的研究.pdf

1、智能紡織品(smart/intelligent textiles)是近幾十年來新崛起的，對人類生活具有變革意義的新型紡織材料。智能紡織品的開發(fā)與應(yīng)用是各種高新技術(shù)在紡織品上的集中體現(xiàn)，涉及到紡織與生物、化學(xué)、物理、電子領(lǐng)域的交叉與融合，具有較高的研究價(jià)值。智能紡織品智能化功能的實(shí)現(xiàn)基于智能材料，其中溫度響應(yīng)性聚合物由于響應(yīng)不依賴于其它化學(xué)助劑，溫度響應(yīng)速度快而且劇烈，其相關(guān)結(jié)構(gòu)的研究成為智能材料領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。在溫度的刺激下，溫敏聚合物

2、具有體積膨脹/收縮，表面親/疏水性轉(zhuǎn)變的特性。通過物理或者化學(xué)方法將溫敏聚合物與紡織品相結(jié)合，將賦予傳統(tǒng)紡織品獨(dú)特的性能與高附加值，因此溫敏聚合物在智能紡織品領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。
　　本文首先合成了具有乙氧基鏈段的聚丙烯酸酯類溫敏聚合物，獲知了聚丙烯酸酯類溫敏聚合物不同分子形態(tài)對溫敏性能的影響，探明了分子形態(tài)、結(jié)構(gòu)與其轉(zhuǎn)變行為的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律。進(jìn)一步以纖維素為過渡基底，模擬溫敏聚合物在紡織品上的結(jié)合狀態(tài)，探究了基底對聚合物交聯(lián)薄

3、膜表面形貌、轉(zhuǎn)變行為的影響，為基于聚丙烯酸酯類溫敏聚合物的智能紡織品的制各與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。最后通過交聯(lián)反應(yīng)，將溫敏聚合物固定于棉織物表面，制備獲得了具有智能清潔、舒適調(diào)控與抗菌功能的紡織品。
　　(1)采用單體2-甲基-2-丙烯酸-2-（2-甲氧基乙氧基）乙酯(MEO2MA)、聚環(huán)氧乙烷甲基丙烯酸酯(OEGMA300)與末端含有羥基的聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯(EGMA360)通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)合成無規(guī)共聚物聚

4、（2-甲基-2-丙烯酸-2-（2-甲氧基乙氧基）乙酯-共聚-聚環(huán)氧乙烷甲基丙烯酸酯）P(MEO2MA-co-OEGMA300)和聚（2-甲基-2-丙烯酸-2-（2-甲氧基乙氧基）乙酯-共聚-聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯）P(MEO2MA-co-EGMA360)，研究了溫敏聚合物分子形態(tài)以及結(jié)構(gòu)對溫敏性能的影響。溶液性能測試表明，P(MEO2MA-co-OEGMA300)、P(MEO2MA-co-EGMA360)水溶液(10 mg/mL)的相

5、轉(zhuǎn)變溫度(TT)分別為35℃、36℃，且P(MEO2MA-co-EGMA360)水溶液具有更寬的相轉(zhuǎn)變區(qū)間。薄膜性能測試表明，由于P(MEO2MA-co-EG MA360)側(cè)鏈末端含有羥基，因此其膨脹率較高，但是該羥基不具有溫敏性，導(dǎo)致溫敏轉(zhuǎn)變特性減弱，表現(xiàn)出更寬的轉(zhuǎn)變區(qū)間，該結(jié)果與水溶液中的轉(zhuǎn)變行為一致。此外，由于基底的限制，溫敏聚合物薄膜的溫敏性能僅能表現(xiàn)為膜厚的改變，在相轉(zhuǎn)變過程中，水分的排出過程亦僅能在垂直于基底的方向上，以擴(kuò)散

6、的形式實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致溫敏聚合物薄膜的轉(zhuǎn)變行為較溶液更遲滯和平緩。
　　(2)為進(jìn)一步探究基底對聚丙烯酸酯類溫敏聚合物溫敏表面形貌、溫敏性能的影響。首先合成了三甲基硅纖維素(TMSC)并在硅片上旋涂成膜，利用取代反應(yīng)制備了再生纖維素(RC)薄膜，并進(jìn)一步通過交聯(lián)反應(yīng)使P(MEO2MA-co-EGMA360)與RC基底相結(jié)合。結(jié)果表明，取代度為2.21的TMSC在氯仿溶液中溶解性能好，通過旋涂在硅基底上獲得均一的TMSC薄膜。經(jīng)取代反

7、應(yīng)后，TMSC薄膜粗糙度明顯增加，表面生成一層25 nm的RC薄膜。轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，P(MEO2MA-co-EGMA360)交聯(lián)聚合物薄膜相鄰鏈段之間相互靠近，移動過的相應(yīng)位置由于沒有聚合物的覆蓋，在最低處形成縫隙或者孔洞，導(dǎo)致底層纖維素部分區(qū)域裸露出來。P(MEO2MA-co-EGMA360)交聯(lián)薄膜厚度在30-35℃明顯下降，且表面發(fā)生親疏水性的轉(zhuǎn)變，這為溫敏聚合物P(MEO2MA-co-EGMA360)在織物上的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)

8、。
　　(3)選用單體摩爾比為17∶3的溫敏性共聚物P(MEO2MA-co-EGMA360)與棉織物發(fā)生交聯(lián)，制備了具有溫敏性的智能紡織品，測定并分析了其智能清潔以及舒適調(diào)控性能。結(jié)果表明，聚合物濃度為8％的交聯(lián)整理液經(jīng)130℃焙烘2 min與棉織物反應(yīng)，獲得的交聯(lián)棉織物平衡溶脹率(ESR)、接觸角(CA)以及潤濕時(shí)間(WT)在35-40℃之間發(fā)生突變，表明制備獲得的交聯(lián)棉織物具備有較好的溫敏性能。由于P(MEO2MA-co-EG

9、MA360)在轉(zhuǎn)變溫度以下的親水性，顯著增強(qiáng)了交聯(lián)棉織物清潔性能;溫度超過轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，P(MEO2MA-co-EGMA360)薄膜表面由致密的膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對透氣透濕的調(diào)節(jié)，提高織物的穿著舒適性。經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)后，織物耐洗性、耐摩擦牢度在可接受的范圍內(nèi)，且白度、柔軟度、機(jī)械性能沒有受到影響。
　　(4)考慮到聚（N-異丙基丙烯酰胺）PNIPAM具有生物相容性，且與PEGMA360的共聚可大大降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T

10、g)。首先合成一系列不同單體摩爾比的共聚物P(NIPAM-co-EGMA360)，采用交聯(lián)方法，制備具有智能舒適調(diào)控以及抗細(xì)菌粘附性能的醫(yī)用紡織品。結(jié)果表明，共聚物P(NIPAM-co-EGMA360)隨著單體EGMA360含量的增加，Tg下降，熱穩(wěn)定性降低，TT升高。P(18NIPAM-co-2EGMA360)的Tg為0℃，TT為40℃，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，因此P(18NIPAM-co-2EGMA360)的引入不會影響到交聯(lián)棉織物的柔軟度。

11、P(18NIPAM-co-2EGMA360)交聯(lián)棉織物的轉(zhuǎn)變區(qū)間為36-39℃?；赑NIPAM的溫敏性，在溫度的刺激下，交聯(lián)棉織物能夠通過改變表面聚合物層的孔隙大小，實(shí)現(xiàn)透氣/濕性能的調(diào)節(jié)，具有智能舒適調(diào)控功能。此外由于EGMA360的親水性，在交聯(lián)棉織物表面形成一層親水性的薄膜，抑制交聯(lián)織物表面細(xì)菌的吸附。同時(shí)，P(NIPAM-co-EGMA360)交聯(lián)棉織物具有良好的耐洗牢度，且溫度響應(yīng)穩(wěn)定，滿足智能紡織品日常生活中功能穩(wěn)定性的要