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温敏性水凝胶是一类体积能受外界环境温度刺激而产生可逆性转变的聚合物胶体粒子,一般将其体积产生溶胀或收缩时的温度称之为体积相转变温度或最低临界溶解温度(LCST, Lower Critical Solution Temperature)。聚-N异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)温敏性水凝胶的体积相转变温度在 33℃附近,接近人体正常体温,因此具有广阔的应用远景。若能借助物理或化学手段,将PNIPAM温敏性水凝胶整理至纺织品上,便能制得具有温度响应性的智能纺织品,它可以通过感知外界温度的变化做出相应的体积调整,以满足人体在不同环境下对衣物保暖或透气性的需求。
纺织品的透湿透气性是影响纺织品热舒适性的重要性能指标之一。涤纶织物具有抗皱免烫、坚牢耐用等优点,受到众多消费者的青睐,但其吸湿性差,使得穿着者在穿着过程中易产生闷热不适感。因此,若能将亲水性的温敏性水凝胶整理到疏水性的涤纶织物表面,可有效地改善涤纶织物的吸湿性;同时,通过凝胶对温度的良好响应性,可赋予涤纶织物自动调温功能,为实现制备具有“低温保暖,高温透气”性能的涤纶织物提供可能。
本研究旨在开发改善涤纶织物透湿、透气性的新型功能整理剂,采用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为功能性单体、聚氧乙烯醚双马来酸酐单酯为交链剂进行交链反应,以过硫酸铵(APS)作为引发剂合成具有大颗粒的体型温敏性水凝胶PNIPAM;通过引入疏水性第三单体来调节其相转变温度LCST,引入第四单体来提高凝胶整理剂在涤纶织物上的耐久性;通过温敏性水凝胶对涤纶织物的整理加工,改变涤纶织物的透湿、透气行为,满足消费者对服装的热、湿舒适性需求。
本研究内容主要包括以下四个部分:
一、探究疏水性丙烯酸酯类第三单体对温敏性水凝胶 PNIPAM体系相转变温度、粒径、温敏性的影响。研究表明:加入疏水性丙烯酸酯类单体能够有效调节温敏性水凝胶的LCST,且其用量越多,温敏性水凝胶的LCST越低;丙烯酸酯上的R1为甲基时对温敏性水凝胶体系的LCST无显著影响;丙烯酸酯类结构中的碳链长度对体系的LCST有显著影响,且其碳链越长,体系的LCST下降越多;同时, R2基团的碳链异构化对降低LCST也表现出明显的差异,其中直链烷基可以更有效地降低LSCT,而仲碳结构、叔碳结构对降低LCST的作用依次减弱。此外,疏水性第三单体对温敏性水凝胶体系的粒径也存在一定的影响,低温条件下使之减小。疏水性第三单体的加入,使得温敏性水凝胶共聚物体系的温度敏感性下降。
二、探究大分子交链剂M的交链长度对PNIPAM凝胶颗粒粒径和凝胶体系相转变温度的影响。研究表明:温敏性水凝胶颗粒的粒径在一定范围内随交链剂 M 链长的增大而增大,但超过一定范围后,粒径反而下降,其中当使用M1500作为交链剂,且用量对NIPAM单体质量的4%时,凝胶体系粒径达到最大,为789 nm。此外,交链剂M的交链长度和用量对温敏性水凝胶体系的相转变温度无显著影响。
三、探究温敏性水凝胶整理到涤纶织物上后,凝胶的相转变温度、颗粒粒径、凝胶工作整理液的温度以及浓度对涤纶织物透湿透气性能的影响。研究表明:织物经温敏性水凝胶整理后可以有效地改善其透湿透气性能,其中凝胶相转变温度越低,凝胶颗粒越大,织物改善的效果越明显,透湿量最多可达到未经凝胶整理的织物的7倍;PNIPAM工作整理液的浓度越高,整理后涤纶织物的透湿透气性能越好,整理液浓度在40 g/L时最佳,透湿量达到未经整理的织物的10倍。
四、探究含苯环结构的第四单体对 PNIPAM 凝胶相转变温度和粒径的影响;整理后凝胶对涤纶织物透湿透气性能的影响以及凝胶整理效果在涤纶织物上耐久性的影响。结果表明:在温敏性水凝胶合成过程中引入第四单体,可以合成具有良好温度响应性的水凝胶,且对温敏性水凝胶的LCST和粒径影响不大;将经第四单体改性的温敏性水凝胶整理到涤纶织物上,涤纶织物仍具有较好的透湿透气性能,且在第四单体用量对NIPAM的质量为0.4%时,效果最好,透湿量达到未经整理的织物的11倍;整理后的涤纶织物经过5次水洗后,仍能保湿良好的透湿性,与水洗前透湿量相近。
纺织品的透湿透气性是影响纺织品热舒适性的重要性能指标之一。涤纶织物具有抗皱免烫、坚牢耐用等优点,受到众多消费者的青睐,但其吸湿性差,使得穿着者在穿着过程中易产生闷热不适感。因此,若能将亲水性的温敏性水凝胶整理到疏水性的涤纶织物表面,可有效地改善涤纶织物的吸湿性;同时,通过凝胶对温度的良好响应性,可赋予涤纶织物自动调温功能,为实现制备具有“低温保暖,高温透气”性能的涤纶织物提供可能。
本研究旨在开发改善涤纶织物透湿、透气性的新型功能整理剂,采用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为功能性单体、聚氧乙烯醚双马来酸酐单酯为交链剂进行交链反应,以过硫酸铵(APS)作为引发剂合成具有大颗粒的体型温敏性水凝胶PNIPAM;通过引入疏水性第三单体来调节其相转变温度LCST,引入第四单体来提高凝胶整理剂在涤纶织物上的耐久性;通过温敏性水凝胶对涤纶织物的整理加工,改变涤纶织物的透湿、透气行为,满足消费者对服装的热、湿舒适性需求。
本研究内容主要包括以下四个部分:
一、探究疏水性丙烯酸酯类第三单体对温敏性水凝胶 PNIPAM体系相转变温度、粒径、温敏性的影响。研究表明:加入疏水性丙烯酸酯类单体能够有效调节温敏性水凝胶的LCST,且其用量越多,温敏性水凝胶的LCST越低;丙烯酸酯上的R1为甲基时对温敏性水凝胶体系的LCST无显著影响;丙烯酸酯类结构中的碳链长度对体系的LCST有显著影响,且其碳链越长,体系的LCST下降越多;同时, R2基团的碳链异构化对降低LCST也表现出明显的差异,其中直链烷基可以更有效地降低LSCT,而仲碳结构、叔碳结构对降低LCST的作用依次减弱。此外,疏水性第三单体对温敏性水凝胶体系的粒径也存在一定的影响,低温条件下使之减小。疏水性第三单体的加入,使得温敏性水凝胶共聚物体系的温度敏感性下降。
二、探究大分子交链剂M的交链长度对PNIPAM凝胶颗粒粒径和凝胶体系相转变温度的影响。研究表明:温敏性水凝胶颗粒的粒径在一定范围内随交链剂 M 链长的增大而增大,但超过一定范围后,粒径反而下降,其中当使用M1500作为交链剂,且用量对NIPAM单体质量的4%时,凝胶体系粒径达到最大,为789 nm。此外,交链剂M的交链长度和用量对温敏性水凝胶体系的相转变温度无显著影响。
三、探究温敏性水凝胶整理到涤纶织物上后,凝胶的相转变温度、颗粒粒径、凝胶工作整理液的温度以及浓度对涤纶织物透湿透气性能的影响。研究表明:织物经温敏性水凝胶整理后可以有效地改善其透湿透气性能,其中凝胶相转变温度越低,凝胶颗粒越大,织物改善的效果越明显,透湿量最多可达到未经凝胶整理的织物的7倍;PNIPAM工作整理液的浓度越高,整理后涤纶织物的透湿透气性能越好,整理液浓度在40 g/L时最佳,透湿量达到未经整理的织物的10倍。
四、探究含苯环结构的第四单体对 PNIPAM 凝胶相转变温度和粒径的影响;整理后凝胶对涤纶织物透湿透气性能的影响以及凝胶整理效果在涤纶织物上耐久性的影响。结果表明:在温敏性水凝胶合成过程中引入第四单体,可以合成具有良好温度响应性的水凝胶,且对温敏性水凝胶的LCST和粒径影响不大;将经第四单体改性的温敏性水凝胶整理到涤纶织物上,涤纶织物仍具有较好的透湿透气性能,且在第四单体用量对NIPAM的质量为0.4%时,效果最好,透湿量达到未经整理的织物的11倍;整理后的涤纶织物经过5次水洗后,仍能保湿良好的透湿性,与水洗前透湿量相近。