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温敏性功能纺织品是一种能根据周围温度变化自动调整以适宜人体在特殊环境下服用的纺织品。该类纺织品大多通过引入相变材料制得,根据设计思路和作用机理的不同可制成蓄热调温、隔热防烫、防水透湿、吸湿排汗速干、抗浸保温等多种功能纺织品。
聚N-异丙基丙烯酰胺[Poly-(N-isopropylacrylamide),PNIPAAm]水凝胶具有良好的温度敏感性能,在较低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST)附近表现出明显的溶胀/收缩变化。但聚N-异丙基丙烯酰胺本身的机械强度很差,尤其是在被水溶胀后基本丧失了支撑其自身的能力。若将其引入到机械性能较好的纺织品上,不仅可以改善PNIPAAm的机械性能,而且可以赋予纺织品温敏的体积相变特性,这为适宜在湿环境下穿着的智能服饰的开发提供了全新的思路。
本文通过溶液接枝法和等离子体接枝法将NIPAAm接枝聚合到棉针织物上。溶液接枝法选用双氧水/抗坏血酸作引发体系,等离子体接枝法采用氩等离子体辉光放电处理。以增重率近似表示接枝程度,并将其作为指标,固定棉织物和单体的克重比1:1,通过单因素实验分析,优选出溶液接枝法的最佳增重条件为:浴比20,引发体系H2O2/H2A浓度0.5%/1.0%(o.w.f.),反应温度25℃和反应时间2h;氩等离子体接枝法的最佳增重条件为:放电功率150W,放电时间15min和氩气气流压强60Pa。溶液接枝法最佳增重效率可达60%以上,而且可得到较高的增重率;而等离子体接枝最佳增重效率在40%以下,而且得到产物的增重率较低。
接枝棉(Cotton-g-PNIPAAm)织物主要通过测试白度和水洗牢度来表征其常规性状,相比溶液接枝法,氩等离子体接枝法得到的棉织物水洗牢度差,蓝光白度值下降较多,这是因为等离子体引发接枝容易在棉纤维表面生成大量PNIPAAm均聚物,而且大功率长时间的处理容易造成棉纤维素和接枝高聚物的降解,引起泛黄。
由SEM照片发现,在增重率相近的情况下,利用溶液接枝法得到的纤维表面高聚物比较少,而等离子体引发接枝得到的纤维表面高聚物比较多。溶液接枝法改性织物的增重率达到30%以上时,30-40℃温度段的水通量突变行为才开始明显,其温敏性方有可表征性;而等离子体引发接枝得到的织物增重率在10%左右时,织物已表现出这种温敏性。这表明溶液接枝法引发除发生于纤维表面外,很大一部分始于纤维的无定型区;而等离子体接枝法由于制备方式的限制,引发绝大部分始于纤维表面。DSC测试发现,溶液接枝法得到棉织物的LCST接近35℃,随着增重率的提高,开关系数由1增加到2.7,温度响应性能变强,增重率太高,开关系数反而下降;等离子体引发接枝得到棉织物的LCST接近33℃,随增重率的提高,开关系数由1增加到3.2,最佳温度响应强度好于溶液接枝得到的产物。本文还提出了溶液接枝法的引发机理。
利用溶液接枝法,将甲基丙烯酸羟乙酯HEMA、甲基丙烯酸MAA或聚乙烯醇PVA与NIPAAm混合随机接枝聚合到针织棉织物上,以此来调节接枝棉的温敏性能。DSC测试结果表明,少量HEMA或MAA的加入使接枝棉的LCST升高,HEMA或MAA含量过高,接枝棉的LCST消失;而PVA量加入的多少,不会影响接枝棉的LCST。文中还研究了接枝棉的盐效应,发现随着NaCl溶液浓度的增加,接枝棉的LCST是下降的。