《微波等离子体引发接枝凝胶型智能棉针织品.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波等离子体引发接枝凝胶型智能棉针织品.pdf（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第2 7 卷第2 期 2 0 0 6 年2 月 纺织学报 J 0 u m a lo f7 r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 2 F e b 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 6 ) 0 2 o o l 3 0 4 微波等离子体引发接枝凝胶型智能棉针织品 马晓光，崔桂新，董绍伟 ( 天津工业大学材料科学与化学工程学院，天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要用A r 微波等离子体引发接枝聚合法，将2 一丙烯酰胺一2 一甲基丙磺酸( A M P s ) 接枝聚合到棉针织物上，使 P A M P S 凝胶与纺织品相
2、结合。通过正交设计及数理统计方法对接枝工艺进行了筛选和优化；用红外光谱法证明了 A M P s 被接枝到了棉针织物上；对接枝前后织物的表面状态、静水压、透湿性、顶破强力等性能进行了探讨。结果表 明，棉针织物接枝P A M P S 后，湿态织物静水压大幅度增加，织物对湿环境具有智能响应性；同时干态织物透湿性和 顶破强力有所下降。 关键词 微波等离子体；引发；接枝；P A M P S ；凝胶；智能棉针织品 中图分类号：T s l 0 2 6 9文献标识码：A S t u d yo fg e lf 0 珊i n t e l l i g e n tc o t t o nk I l i t g o o
3、d sw i t hp o l y m e rg r a l t i n g i I l i t i a t e db y “c r o w a v ep l a s m a M AX i a o g u a n g ，C U IG u i - x i n ，D O N GS h a 0 一w l e i ( b o z 矿肘蹴砌f 拓H c e 甜C k m 泐ZE ，柳，黜一n g ，彬nP o 妒8 c n 缸矗m m 蚵，彬n3 0 0 1 6 0 ，吼由W ) A b s t r a c t 2 一a c r y l a m i d o 一2 一m e t h y lp I D p
4、a n es u l f o n i ca c i d ( A M P S ) w a sg 础e do n t ot h ek n i t t e dc o t t o n 铀r i cb y a r g o nI I l i c m w a v ep l a s m a n ef o 瑚a t i o n “t h e 铲血e df a b r i cs u 如c ew a sc o I l f i 珊e db yI Rs p e c t m 卟eg 础i n g p r o c e s sc o n d i t i o n sw e r e 叩t i I I l i z e db yo
5、r t h o g o n a ld e s i g n ，V a r i a n c ea n a l y s i sa n dm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sr n e t h o d T h es u d I a c em o r p h o l o g y ，h y d m s t a t i cp r e s s u r e ，m o i s t u r ep e 硼e a b i l i t ya n db u r s t i n gs t r e n 昏ho ft h ek n i t t e dc o t t o n f 曲r
6、 i cb e f o r ea n da f t e rg r a f t i n gw e r ee X a I I l i n e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh y d m s t a t i cp r e s s u r eo ft h e 耐t e dw e t f 如r i ci n c r e a s e sg r e a t l ya n di tr e s p o n d ss m a n l yt ot h ec h a n g e0 fm o i s t u r ea tt h ee n v i m n m e n t
7、，w h e r e a st h e 铲m e dd r yf a b r i cs h o w ss l i g h td e c r e a s ei nm o i s t u r ep e m e a b i l i t ya n dt h eb u r s t i n gs t I _ e n 殍h K e yw o r d s I I l i c m w a v ep l a s 啪；i n i t i a t i n g ；g 例雠n g ；P A M P S ；g e l ；i n t e l l i g e n tc o t t o nk n i t g o o d s P
8、A M P S 智能凝胶是一种含强亲水性磺酸基并 具有三维网络结构特征的高聚物，它遇水或失水时 能产生可逆的突跃性体积响应，使体积骤然发生溶 胀或收缩，变化幅度可达上千倍，体现出对环境响应 的智能性。将智能凝胶与纺织品相结合，可以开发 出以体积变化传感的智能纺织品。在干态时这种智 能纺织品与普通织物没有什么区别，织物上大量的 孔隙使其具有良好的透气性和舒适性；但当遇到湿 环境时，织物上凝胶吸水溶胀，将织物组织的孔隙堵 塞，使静水压上升，透气性下降，具有阻水、隔热作 用。当织物被晾干时，凝胶失水收缩，恢复原有的透 气性。这种智能纺织品可用作军用抗浸服、蓄热调 温服装及特种防护服等。 本文利用微波
9、等离子体引发聚合法的简单、快 速、环保、高聚合度等优势。，采用A r 微波等离子 体引发，使A M P S 单体在棉针织物上接枝聚合，将 P A M P s 凝胶添加到纺织品上，使织物的静水压具有 随环境湿度的变化而自动调节的智能性，为智能纺 织品的开发提供了一个新途径。 1实验部分 1 1 材料 纯棉针织物( 1 8t e x ，1 2 0g m 2 ) ，棉毛布；2 丙烯 收稿日期：2 0 0 5 一0 5 一l l修回日期：2 0 0 5 0 9 2 7 作者简介：马晓光( 1 9 6 3 一) ，男，教授，博士。主要从事智能高分子材料及功能纺织品的研究。 万方数据 PDF Waterm
10、ark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 4 】 纺织学报第2 7 卷 酰胺2 甲基丙磺酸( A M P S ) ，分析纯，瑞士S a m w i n g 国际公司；N ，N 亚甲基双丙烯酰胺( M B A A ) ，分析 纯，天津市化学试剂研究所；氩气( 9 9 9 9 9 ) 、氮气 ( 9 9 9 5 ) ，天津勃克气体有限公司。 1 2 仪器 A E 2 0 0 型电子天平，M E r I T I L E R ( 瑞士) ；Y z 1 型 微波等离子体处理器，湖北国威高科技
11、有限公司；电 热恒温水浴锅，天津市中环实验电炉有限公司；D z G 一4 0 B 型真空烘箱，天宇试验仪器有限公司；B m k e r v e c t o r3 3 型红外光谱仪，德国；x I s 3 0 型体视光学显 微镜，北京泰克仪器有限公司。 1 3方法 流程：织物预处理一A r 微波等离子体引发一接 枝聚合一后处理。 1 3 1 样品预处理 将织物在2g L 的皂粉溶液中浸泡3 0m i n ，而后 用清水冲洗干净，熨干后剪成2 5c m 2 5c m 的样 品，称重待用。 1 3 2 A r 微波等离子体引发 将上述织物样品放入等离子体处理器内，将系 统抽真空至2P a 后注入氩气，
12、再抽真空，这样反复 3 次，最后注入氩气。在不同功率、时间、气体压力 的条件下，用A r 微波等离子体对织物进行辐射 处理。 1 3 3 接枝聚合 用等量的N a O H 对称量好的A M P s 进行中和， 再加入一定量的交联剂( M B A A ) ，以水为溶剂溶解 后倒入试管，通N 保护，然后将经微波等离子体处 理后的织物立即放入试管中进行接枝聚合反应，继 续通N ：直到体系粘度有所增大，封管；在恒温水浴 锅内3 0 继续反应l Oh 。 1 3 4 后处理 待接枝聚合反应完成后，破管取出织物，用刀片 刮去接枝样品表面附着的凝胶；经蒸馏水冲洗并浸 泡4 8h 后，用刀片刮样品表面，重复“
13、泡一刮”过程 5 次；再用蒸馏水沸煮1h ，以进一步去除未反应单体 和其它试剂，然后在5 0 的真空烘箱内烘干、称重， 测接枝率。接枝率= ( 接枝后质量一接枝前质量) 接枝前质量 1 0 0 。 1 4 接枝棉织物性能测试 红外分析用K B r 压片法，测其红外谱图；透湿性 用L C K 一1 3 1 织物透湿实验箱按G B T1 2 7 0 4 1 9 9 1 进行测试；顶破强力用Y G 0 3 l 破裂强力试验机按 G B T1 4 8 0 0 1 9 9 3 进行测试；静水压用Y G ( L ) 8 1 2 数显式织物静水压测试仪按F z T0 1 0 0 4 1 9 9 1 进行 测
14、试。 2 结果与讨论 2 1 接枝工艺优化 为确定微波等离子体引发接枝聚合工艺，实验 采用五因子、五水平正交设计，如表1 所示。 表1 因子与水平编列表 ) K 平p | P a P | 喇t | 血nM | B | 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 5 0 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 1 5 2 2 5 3 4 5 6 注：p 为A r 等离子体气体压力，P 为等离子体处理功率，f 为等 离子体处理时间，M 为A M P s 单体质量分数，B 为交联剂M B A A 摩尔 分数。 以接枝率y 。为参比指标，采用k ，( 5
15、 6 ) 正交表， 对实验数据予以分析m6 I ，如表2 所示。 表2 棉织物接枝A M P Sk ( 5 6 ) 正交表数据处理 查分布表：F 。，( 4 ，4 ) = 1 5 9 8 ，F 。( 4 ，4 ) = 6 3 9 ，凡。( 4 ，4 ) = 4 1 1 。由表2 数据可得：凡= 0 6 3 ；F P = 0 6 5 ；F 。= 1 5 ；F M = 0 1 0 ；，B = 0 4 4 ，将计 算结果与分布表结果相比较。 n F 。m ，选取水平较好，即选单体质量分 数M 为3 0 为佳；n F 。，。，选取水平，即选取 交联剂质量分数为4 5 较好；n F 。，。，选取水平 万
16、方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期马晓光等：微波等离子体引发接枝凝胶型智能棉针织品【1 5 】 、为好，即选取处理功率为8 0w 或1 0 0w 较好； 凡 F 。，选取水平，即选取处理气体压力6 0P a 为佳；F 。 F 。m ，选取水平，即选取处理时间2r n i n 为宜。 从以上计算结果可认为，p ：P ，：眠B 。为优化 方案，即气体压力6 0P a ，处理功率1 0 0w ，处理时间 2r I l i n ，单体质量分数3 0 ，
17、交联剂摩尔分数4 5 。 按优化的工艺条件对棉织物进行接枝，并以此为样 品对接枝织物的性能进行研究。 2 2 红外分析 棉织物接枝前后的红外谱图如图l 所示，其红 外分析结果见表3 “ 1 。 10 5 lO O O9 5 鋈0 9 0 篓0 8 5 蜊 08 0 O7 5 O7 0 06 5 5 0 010 0 015 0 02 0 0 025 0 03 0 0 035 0 04 0 0 045 0 0 波数，c m - 1 图l 棉织物接枝前后红外谱图对比 表3A 御S 接枝棉织物红外分析 编号波数，c m 一特征 l *34 3 6 ；鬻宽峰嗽和仲酰胺舢卅伸缩振 2 。29 6 2 ，2
18、8 7 2 饱和烃c H 的伸缩振动吸收 。* - 酪。羹霎爱# _ 0 伸缩振动和糖环的环状骨架 4 *14 6 0饱和烃c H 的变形振动吸收 5 *13 9 9协二甲基双吸收峰 磺酸基一s 0 2 一O H 的s 0 ：反对称伸展振动， 6 ”12 6 1 对称伸展振动，仲酰胺的c N 指纹区伸缩 振动和c 一0 一c 的伸缩振动吸收 7 *8 0 3s O c 反对称和对称伸展振动吸收 从表3 看出，14 4 。为棉和P A M P s 的共同吸收 峰；5 ”7 。则是棉织物接枝后新增峰；54 说明有协 二甲基存在，6 。和74 说明接枝棉织物上有磺酸基 一s 0 ：0 H 的存在，这
19、些均证明有A M P S 接枝到纤 维素上。 2 3 接枝棉织物表面状态 为了进一步研究接枝棉织物在吸水前后表面状 态以及纱线、纤维间缝隙变化情况，特对相应样品拍 摄了体视光学显微成相图，如图2 所示。 ( a ) 干态接枝 ( b ) 湿态接枝 图2 接枝棉织物吸水前后表面体视光学显微成相图 由图2 ( a ) 可知，干态接枝纤维、纱线表面有明 显的粘附痕迹，并有呈颗粒状的物质，表面不再平 整、光滑，有明显的接枝迹象。接枝后织物纱线粗细 不匀，纱线、纤维之间的一些缝隙可能被干态凝胶堵 塞，使得这部分缝隙尺寸变小，甚至被堵死，结果导 致干态接枝织物透湿性有所下降，静水压略有上升。 由图2 (
20、b ) 可知，从吸水达溶胀平衡的湿态接枝织物 来看，凝胶吸水溶胀，织物表面布满一层溶胀的凝 胶，已看不出织物组织结构以及纱线、纤维之间的缝 隙。由于所有缝隙被完全堵死，结果导致静水压大 幅上升，透风、透气性能指标几乎降为零。 2 4 接枝棉织物性能指标 棉织物接枝前后静水压的变化见表4 。由于接 枝到棉织物上的P A M P S 凝胶吸水溶胀，堵塞了纤 维、纱线之间的缝隙，可使织物的耐静水压大幅提 高。从表4 可以看出，接枝棉的静水压由0 升高到 2 2 9 3k P a ，说明经微波等离子体引发接枝处理后棉 织物在水中的抗渗水能力有显著提高。 万方数据 PDF Watermark Remov
21、er DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 6 】 纺织学报第2 7 卷 表4 棉织物接枝前后性能指标比较 实验表明干态接枝棉织物的透湿量有所下降， 这与理论上推测的结果相符。接枝棉织物经烘干脱 水后，干态织物上P A M P S 凝胶阻塞了织物部分孑L 隙，阻碍水汽透出，透湿量有所下降。但下降数值较 小，因此干态接枝棉织物仍有较好的透湿透气性。 表4 表明，接枝后棉织物顶破强力也有所下降。 其原因可能是由于接枝聚合反应的不均匀，导致织 物纤维大分子产生某些缺陷；纤维大分子之间可能 发生的交联，也可使
22、织物承受外力的能力降低。另 外接枝聚合时A M P S 的酸碱度调节不佳，也可能使 部分纤维素纤维发生降解，使织物强力降低。 3结论 1 ) 接枝聚合反应受多种因素的影响，通过红外 谱图证明P A M P s 被接枝到了棉针织物上。 2 ) 棉织物接枝P A M P S 后，湿态织物静水压大幅 度增加，耐水渗透性明显提高，干态织物透湿性稍有 下降，织物的顶破强力有所下降；织物的静水压对湿 环境具有智能响应性。 3 ) 用A r 微波等离子体引发接枝聚合，可以将 P A M P S 凝胶接枝添加到棉织物上，并使织物具有 P A M P S 的环境敏感性，该研发思路及实验方案 可行。黼 参考文献：
23、 温贵安，章文贡，林翠英等离子体引发聚合机理初 探 J 高分子通报，1 9 9 9 ，( 4 ) ：6 7 7 0 吴浩波，彭金辉，何霭平，等微波等离子体在材料制 备中的应用 J 有色金属设计，1 9 9 9 ，2 6 ( 3 ) ：3 8 4 1 张卫华，梁红军等离子体引发聚合 J 化学通报， 1 9 9 9 ，( 8 ) ：2 6 3 0 汪荣鑫数理统计 M 西安：西安交通大学出版社， 2 0 0 2 1 2 2 1 6 8 李忠纺织数理统计方法 M 重庆：重庆出版社， 1 9 8 6 9 7 一1 9 7 上海市科学技术交流站组正交试验设计法 M 上 海：上海人民出版社，1 9 7 5
24、2 1 9 2 2 9 张正行有机光谱分析 M 北京：人民卫生出版社， 1 9 9 5 3 9 一】0 3 ( 上接第8 页) 氮染料还原为中间产物氢化偶氮苯，然后进一步发 生还原反应，将其转化为芳香胺类化合物 ( R 。R ：A r N H 2 或R 3R 4 A 广N H ：) 。 3结论 使用紫外可见光谱法对水溶性阴离子偶氮染料 的光助还原脱色反应机理进行了分析。对7 种偶氮 染料的紫外可见光谱及其一阶导数光谱的分析证 明，在基于硼氢化钾亚硫酸氢钠体系的还原脱色剂 作用下，偶氮染料可能首先被还原为中间产物氢化 偶氮苯，并且还原脱色剂质量分数的提高和光辐射 强度的增加都能促进偶氮染料的还原
25、脱色反应。对 于联苯胺类直接染料，通过其还原生成物氧化后的 光谱测定，鉴定了其还原反应生成的联苯胺存在，从 而为证明偶氮染料被进一步还原为芳香胺提供了理 论依据。黼 参考文献： 1 L a s z l oJ A R e g e n e m t i o no fd y e s a t 啪t e dq u a t e m i z e d c e u l o s eb yb i s u l f i t e m e d i a t e db o m h y d 删er e d u c t i o ndd y e a z 0g m u p s ：a ni m p r o v e dp r o c e s
26、 sf o rd e c o l o r a z t i o no ft e x t i l e w a s t e w a t e r J E n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ， 1 9 9 7 ，3 1 ( 1 2 ) ：3 6 4 7 3 6 5 3 吴峰，华河林，邓南圣三种偶氮染料降解历程在紫 外一可见光谱上的表现 J 环境化学，2 0 0 0 ，1 9 ( 4 ) ： 3 4 8 3 5 1 S e g u c h iK ，1 w a t aM ，M a c h i d aT ，e ta 1 F
27、 a d i n go fa z od y e s w i t hs o d i u ms u m t e J J o u m a lo fs o c i e t yo fD y e r sa n d C o l o r i s t s ，2 0 0 0 ，1 1 6 ( 1 ) ：1 6 2 2 董永春，白志鹏，吴德明，等水溶性阴离子偶氮染料 还原脱色性能的Q s P R 研究 J 计算机与应用化学， 2 0 0 4 ，2 l ( 5 ) ：6 9 5 7 0 0 R i c eRG ，K o h nEJ R a p i dc o l o m e t r i cd e t e 珊i n a
28、t i o no f b e I l z i d i n e J A n a l ) r t i c a lc h e m i s t r y ，1 9 5 5 ，2 7 ( 1 0 ) ：1 6 3 0 1 6 3 1 杨锦宗染料的分析与剖析 M 北京：化学工业出版 社，1 9 8 7 7 2 1 钱国坻染料化学 M 上海：上海交通大学出版社， 1 9 8 8 7 3 文卡塔拉曼K 合成染料的分析化学 M 北京：纺织 工业出版社，1 9 8 5 5 8 3 1j 11J 1 2 3 4 5 6 7 rr；rL J 1JJ 1Jj 2 3 4 5 6 7 8 r L r L r L r L r 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark