季铵盐对棉织物表面结构调控及其性能研究

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棉织物深受消费者喜爱,在纺织工业中占重要地位。近年来,研究者越来越关注通过后整理技术消除棉织物固有不足,赋予棉织物特殊功能,提高棉织物穿着舒适性。棉织物具亲水特性,容易滋生细菌,导致棉织物外观及性能劣化,甚至引发深刻的卫生问题。因此,赋予棉织物抗菌功能成为当前棉织物后整理化学的研究热点。以银纳米颗粒为代表的无机纳米粒子类抗菌剂在早期被广泛用于棉织物整理,尽管抗菌活性较强,但存在纤维表面附着力弱,耐洗性不佳,对人体毒性强等问题。另一方面,有机类抗菌剂活性较弱,整理工艺复杂。有机季铵盐类抗菌剂具有抗菌活性高,分子结构设计灵活的特点。为了改善季铵盐抗菌剂处理棉织物的耐洗效果,本研究探索了两种通过共价键将有机季铵盐类抗菌剂连接在棉纤维表面的后整理新方法:一是选用含羧基季铵盐抗菌剂与羧甲基壳聚糖并用,形成酰胺键连接;二是设计可聚合季铵盐单体,通过纤维表面接枝聚合在棉纤维表面形成接枝聚合物网络。二者均可以通过简单的浸-轧-烘或单侧细雾处理工艺制备获得具有良好抗菌性及耐洗性的棉织物。本研究通过分析纤维表面功能涂层结构以及评价相应抗菌效果,获得以下研究结论。(1)羧甲基壳聚糖通过与纤维素分子间的酯化反应,连接在棉纤维表面。(3-羧丙基)三甲基氯化铵(CPTC)经酰胺化反应与棉纤维表面羧甲基壳聚糖连接,形成抗菌功能层。羧甲基壳聚糖中大量活性氨基基团的存在,可有效增加CPTC的接枝位点,提高接着率。所得抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)的抑菌率均在99.9%以上,且能够耐受120次标准洗涤实验。细胞毒性测试结果表明改性后棉织物对人体安全,其透气性、拉伸强度和吸水率等没有发生明显降低。此制备方法可通过简单的浸-轧-烘整理工艺完成。(2)本论文设计出一种可聚合季铵盐单体,甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基溴化铵(DMDB),借助α-甲基丙烯酸(MA)在棉纤维表面的酯化反应构建不饱和双键表面,利用“穿过”式接枝聚合方法与“雾聚合”的结合方式,创建了制备Janus多功能性棉织物的新途径。所得聚甲基丙烯酰氧乙基十二烷基二甲基溴化铵(PDMDB)接枝聚合涂层具有高效耐久的抗菌功能,对S.aureus和E.coli的抑菌率均在99.9%以上。抗菌棉织物在150次洗涤循环实验后仍保持99%以上的抗菌效能。使用聚偏氟乙烯(PVDF)对该抗菌棉织物单侧表面进行细雾处理,构建PVDF均匀涂层后,该抗菌棉织物能够形成亲水性的梯度分布,接触水分时能够形成润湿梯度,在不同环境下均能提升水分蒸发速率和温调效果,有助于提高面料的穿着舒适性。该抗菌棉织物对人体安全,能最大程度地保持棉织物的柔软特性。该方法可为Janus多功能化棉织物的制备和性能调控提供良好理论基础和技术示范。
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