低温等离子体引发接枝制备温敏型涤纶纺织品

摘要

为制备温敏型的涤纶纺织品,运用了低温等离子体引发接枝聚合的方法将温敏材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)与涤纶纤维相结合。在环境温度变化的刺激下,PNIPAAm温敏凝胶通过吸水/失水而改变自身体积从而对环境温度的变化作出响应。这种体积变化具有自发、快速以及变化幅度大的特点,能较好的满足于制备温敏性纺织品的需要。接枝于涤纶织物表面的PNIPAAm温敏凝胶在调整自身体积变化时,导致了对织物纱线间的孔隙的“打开”或“闭合”,即产生所谓的冷闭热开的“开关效应”。开关效应使接枝涤纶织物发挥蓄热调温、可控释放等作用成为可能,可用于开发智能调温纺织品、药物控制释放纺织品、智能伤口敷料、智能抗浸服、智能透气可呼吸纺织品等多种高性能纺织面料。
　　 基于以上设计,本文进行了如下研究:
　　 (1)通过单因素法分析了各反应条件(包括等离子体放电功率、气体压强、处理时间、单体浓度、BIS浓度、反应温度、反应时间)对织物接枝增重率的影响。实验结果表明:等离子体处理中过重的刻蚀作用会降低对织物的活化效果。较大的处理功率、较长的处理时间和较小的处理压强均会加重等离子体对织物的刻蚀,保持处理功率50-75W,处理时间2-3min,处理压强40-50Pa有利于对织物的充分活化,从而获得较高的接枝增重率。单体溶液浓度和反应温度的提高会相应的提高接枝增重率,但BIS浓度过高会降低织物表面接枝凝胶的刚度,使接枝凝胶在后处理过程中过多的被洗除。为保证反应能彻底进行,反应时间8h为宜。
　　 (2)采用差示扫描量热和自制水通量测试装置分别测试了接枝织物的温敏性能。结果显示经接枝改性后的涤纶织物在32℃附近具有明显的相转变吸热和开关效应。
　　 (3)探讨了接枝增重率、BIS浓度以及反应温度对织物开关效应的影响。实验结果表明:在一定范围内,织物的开关效应随着接枝增重率的提高而愈显强烈,达到某一临界值后,织物能完全的开关闭合,此时再增大接枝增重率会相应地削弱开关效应;BIS浓度的提高在一定程度上有利于织物的接枝增重率的提高以及织物的接枝均匀性的提升,但相应会降低PNIPAAm温敏凝胶溶胀比。通过对织物开关系数的计算,确定BIS浓度为5％-7.5％为宜;反应温度提高虽然有利于提高织物的接枝增重率,但过高的反应温度会使PNIPAAm凝胶丧失了其三维网络结构,从而极大的削弱了其温敏性能,控制反应温度为15-20℃为宜。
　　 (4)对接枝织物的服用性能及热稳定性进行了相关测试。测试结果显示,接枝织物弯曲长度随着接枝增重率的提高而增大,白度随着接枝增重率的提高而略有下降。织物经5次水洗后,有一定的失重,但随着洗涤次数的增多,失重率逐渐较小并趋于平衡。经接枝聚合后的织物静水压有较大提高,说明织物具有一定了的抗渗水能力。热重分析结果显示接枝后的涤纶织物具有较好的热稳定性,表面接枝聚合物分解温度较高。
　　 (5)通过丙烯酰胺的添加调控织物的相转变温度并测试了相转变温度的盐效应。实验结果表明:随着丙烯酰胺的添加量增大,织物的相转变温度逐渐提高;而随着测试NaCl溶液浓度的提高,织物相转变温度逐渐下降。
　　 (6)采用红外光谱分析了织物的结构,谱图显示PNIPAAm已被引入织物。通过电子顺磁共振对等离子体活化涤纶织物进行了自由基测试并采用核磁分析了接枝织物的水解产物。结果显示:经等离子体活化后的涤纶织物表面产生了自由基,为引发接枝聚合创造了必要条件。但接枝涤纶水解对苯二甲酸核磁谱图中未显示接枝基团,由此可推测等离子体对涤纶活化过程中自由基产生于涤纶大分子中乙二醇链段上,并以此为中心进行接枝聚合反应。