论文部分内容阅读
pH作为一种灵敏、可控的环境响应信号,在诸多领域中得到广泛关注。pH响应材料已成为生物传感、药物传递等智能响应材料的研究热点。由于pH响应微胶囊具有微小的尺寸结构、优异的分散稳定性和各组分的相容性等特性,因此将pH响应微胶囊与纺织材料相结合,可使纺织品具有可调控的界面、颜色、尺寸等性能,实现纺织品的可逆润湿、颜色变化、控制释放等诸多功能化和智能化。然而,目前基于可逆变色、可逆润湿和控制释放等pH响应智能纺织材料的研究仍存在pH响应变色染料分子小、亲疏水转换智能纺织品制备复杂且性能尚有欠缺、可控释放智能纺织品难以达到精准控制释放等问题,并且相关pH响应机理的探索尚不深入。本文根据不同的功能需求,通过巧妙的结构设计,合成基于质子化效应的彩色外壳pH响应微胶囊、外壳支化型pH响应微胶囊、彩色核壳型pH响应微胶囊和pH响应内核溶胀型微胶囊,四种具有功能化、智能化的pH响应微胶囊。在深入探究其pH响应机理的同时,表征了微胶囊基本性能,并将pH响应微胶囊与纺织基材结合,旨在利用简单、高效的方法获得快速、精准的pH响应多功能、智能化纺织品,为纺织品可逆变色、可逆润湿、控制释放等功能化、智能化发展打下实验与理论基础。利用重氮-偶合法制备pH响应发色体3-甲基-3′-2,2′-二羟基二乙胺偶氮苯,将其通过加聚反应生成预聚物,再采用界面-细乳液聚合法制备彩色外壳pH响应微胶囊。通过调整发色体在反应体系中的用量、选择调节乳化剂种类和用量、控制乳化速率,制备的彩色空心微胶囊粒径在500 nm-600 nm,外壳厚度约100 nm。pH响应发色体共价键结合接入外壳高分子链中,发色体实际接入量为3.84%,且引入发色体后微胶囊热稳定性提高;着重探讨彩色空心微胶囊的pH响应变色性能,同时探讨了pH响应变色机理。pH响应彩色微胶囊染色后涤纶织物K/S值可达2.2;当pH值从7降至1,染色织物的颜色从黄色逐渐变为橙色最后变成玫红色,并且具有pH响应可逆变色性能,且具有较高的色牢度和耐老化性能;染色后残液中彩色微胶囊能够被高效回收,且过滤后的水质清澈,可以重复用于涤纶染色。同时,分析了微胶囊与涤纶织物的结合机理。以甲基丙烯酸二乙胺基乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯/甲基丙烯酸九氟己酯和苯乙烯为反应单体,二乙烯基苯为支化点,采用细乳液聚合法制备出外壳支化型pH响应微胶囊。通过调控三个单体组份的摩尔比,获得平均粒径40 nm、外壳具有粗糙草莓型结构的微胶囊,并对其分子结构、热稳定性进行表征。pH值在7和1循环往复调节,微胶囊粒径在40 nm和70 nm循环,具有pH响应可逆性,并探讨微胶囊的pH响应机理。以涤纶织物为基材,采用浸涂法将微胶囊处理在织物上,接触角最高可达150°。通过分形维度模拟,分析了涂层织物的疏水机理;通过测试涂层织物表面元素含量以及Cassie-Baxter模型和Wenzel模型分析,探讨微胶囊涂层织物的pH响应亲疏水转换机理。此外,探究微胶囊体系中含有疏水基单体的含量对涂层织物的pH响应亲疏水性能的影响。在pH7和pH1的10次循环测试下,涂层织物展示了可逆的亲疏水转换性能,但水洗、摩擦耐久性一般。为赋予纺织品在pH刺激源下的多功能性,设计以pH响应发色体N,N-二甲基-4-(苯偶氮基)-苯胺为芯材,甲基丙烯酸二乙胺基乙酯、甲基丙烯酸九氟己酯和苯乙烯为壁材,制备彩色核壳型pH响应微胶囊,并采用高温高压法对涤纶织物进行染色处理,获得pH响应可逆变色和亲疏水转换协同作用的智能纺织品。对该微胶囊粒径、形貌、分子结构、热稳定性进行分析,并计算微胶囊芯材负载量为11.4%。pH响应彩色微胶囊大量覆盖在涤纶织物表面及纤维间隙,染色后的涤纶织物颜色鲜艳并具有较好的疏水性,接触角最高可达140°,且具有较好的自清洁性能。该染色涤纶织物兼具pH响应亲疏水转换性能和pH响应变色可逆性能,可作为pH响应可视化润湿性开关。对空白涤纶织物、染色涤纶织物、pH调节染色涤纶织物的透气性、透湿性能进行对比,染色后织物透气率约为250 mm s-1,透湿量为7500 g(m2·24h)-1,pH5时染色织物的透气率约为245 mm s-1,透湿率约为7100 g(m2·24h)-1。表明该pH响应彩色织物在适于人体表层皮肤弱酸环境下,具有较好的透气透湿性能。为获得精准定量释放的pH响应微胶囊,设计一种pH响应内核溶胀型微胶囊(PDS/PS),采用溶剂挥发-细乳液聚合一浴法制备,探究其pH响应释放机理。该微胶囊呈表面光滑圆球型,平均粒径500 nm;具有铃铛型内核结构,其直径约为160 nm。该内核聚合物的粒径随pH值降低而逐渐增大,且从疏水转变为亲水性,表明该内核具有pH响应性能。内核溶胀型pH响应微胶囊在360 min、pH值为7、5、3时的累计释放量分别为10%,44%和72%,且pH值为5和3时的内核溶胀比为5.8和10.7。在相同时间内pH响应内核对芯材发生不同程度的溶胀挤压,实现了pH调控定量释放。将该pH响应微胶囊嵌在纳米纤维为基材的具有高吸湿性气凝胶中,不仅能够维持气凝胶原有结构,且仍具有高吸湿性能。