聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性柞蠶絲的研究

徐航丹

（遼東學院服裝與紡織學院，遼寧 丹東 118003）

為提升柞蠶絲的附加值使其應用領(lǐng)域更加廣泛，本文通過點擊化學的方法，經(jīng)過“二浸二軋”的處理，采用聚N-異丙基丙烯酰胺溫敏水凝膠對柞蠶絲進行改性，研究改性柞蠶絲織物的溫敏性和透濕性。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

柞蠶絲織物（市售）；N-異丙基丙烯酰胺（NIPAAm），分析純98%；二硫蘇糖醇（DTT），分析純；四甲基乙二胺（TEMEDA），分析純；過硫酸銨（APS），分析純。

1.2 聚N-異丙基丙烯酰水凝膠改性柞蠶絲

采用點擊化學的方法，對柞蠶絲織物進行改性。首先，采用二硫蘇糖醇（DTT）作為還原劑對柞蠶絲織物進行處理，將50%的乙醇水溶液與20mmol/L的DTT溶液混合，室溫下，將柞蠶絲織物浸沒于還原溶液中，進行還原反應4h。然后，采用自由基聚合的方法進行水凝膠的制備，將250mg的N-異丙基丙烯酰胺用去離子水溶解，攪拌均勻，加入氧化還原引發(fā)劑過硫酸銨和催化劑四甲基乙二胺，反應一段時間后，液體呈粘流態(tài)。最后，取出柞蠶絲織物浸沒在制備好的水凝膠中，采用“二浸二軋”的方法對柞蠶絲織物進行改性，將改性柞蠶絲織物在干燥箱中60℃下預烘10min，150℃焙烘3min，柞蠶絲織物的質(zhì)量增加率在8.7%-13.9%范圍內(nèi)。

1.3 柞蠶絲纖維表面形貌觀察

采用JEOL IT-1000型（日本）多功能掃描電子顯微鏡，觀察經(jīng)聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性后柞蠶絲織物的表面形貌及水凝膠分布情況。

1.4 柞蠶絲織物的溫敏性測定

根據(jù)FZ/T010711-2008《紡織品 毛細效應試驗方法》，在不同溫度下，分別測定5min內(nèi)水在改性柞蠶絲織物上的毛細上升高度，用來表征改性柞蠶絲織物在不同溫度下的親水性，以此判斷改性柞蠶絲織物的溫敏性。

1.5 柞蠶絲織物的透濕性測定

根據(jù)GB/T 12704.1-2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第一部分：吸濕法》對普通柞蠶絲織物和水凝膠改性后的柞蠶絲織物進行透濕性測試。將盛有吸濕劑的透濕杯用柞蠶絲織物試樣封口，并放置于HT001L型恒溫恒濕試驗箱中，在一定時間內(nèi)根據(jù)透濕杯質(zhì)量的變化計算試樣的透濕率和透濕度。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性前后柞蠶絲增重變化分析

表1為經(jīng)聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性后的柞蠶絲織物的增重率，其中t為改性時間，W0為改性前柞蠶絲織物質(zhì)量，Wt為改性后柞蠶絲織物質(zhì)量，GD為改性柞蠶絲織物的增重率。由表1可知，隨著改性時間的延長，柞蠶絲織物的增重率逐漸增大。在水凝膠的聚合過程中，經(jīng)過DTT還原的柞蠶絲纖維中的巰基（-SH）與乙烯基C=C發(fā)生點擊化學反應，聚N-異丙基丙烯酰胺接枝到柞蠶絲纖維表面，隨著時間的增加，水凝膠接枝到柞蠶絲纖維的表面增多。

表1 改性前后柞蠶絲質(zhì)量變化及增重率

2.2 柞蠶絲纖維形貌分析

圖1為改性前后柞蠶絲纖維表面的形貌圖，其中圖1（a）為改性前、（b）為改性后。如圖1（a）所示，未改性柞蠶絲纖維表面干凈并且光滑，經(jīng)水凝膠改性后的柞蠶絲纖維表面變得粗糙（圖1（b）），水凝膠均勻地附著在柞蠶絲纖維表面，聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠與柞蠶絲纖維的結(jié)合機制是N-異丙基丙烯酰胺中的C=C雙鍵與柞蠶絲纖維上的巰基（-SH）進行巰基-烯點擊化學反應，從而使水凝膠接枝在柞蠶絲纖維表面。

圖1 改性前后的柞蠶絲纖維表面形貌圖

2.3 柞蠶絲纖維溫敏性分析

聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性柞蠶絲織物在不同溫度下的吸水數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2可以看出，未經(jīng)改性的柞蠶絲纖維吸水性能較好，隨著溫度的升高，水分子的布朗運動加快，柞蠶絲織物的芯吸高度逐漸上升。而經(jīng)過聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性的柞蠶絲織物吸水性明顯降低。當溫度升高時，水的熱運動加劇，水與酰胺基之間的氫鍵被破壞，結(jié)合水開始游離，此時高聚物中疏水基團異丙基之間的相互作用增強，大分子鏈呈卷曲狀態(tài)，此時柞蠶絲織物疏水性增強。

圖2 不同溫度下柞蠶絲織物的芯吸高度

2.4 柞蠶絲纖維透濕性分析

表2是在25℃相對濕度為50%的條件下，聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性前后柞蠶絲織物的透濕數(shù)據(jù)。由表2可以看出，改性柞蠶絲織物的透濕率（WVT）和透濕度（WVP）均高于未改性柞蠶絲織物，并且隨著增重率的增加，改性柞蠶絲織物的透濕性逐漸增強。柞蠶絲織物改性后，水凝膠會在織物表面形成連續(xù)的致密膜，柞蠶絲纖維的親水性增強，水蒸氣通過柞蠶絲織物表面的水凝膠被傳遞到外界；隨著增重率的增加，柞蠶絲織物表面的水凝膠越多，其透濕性顯著增強。

表2 柞蠶絲織物的透濕數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠改性柞蠶絲織物，水凝膠均勻附著于柞蠶絲纖維表面，水凝膠與柞蠶絲纖維結(jié)合良好；隨著反應時間的延長，改性柞蠶絲織物的增重率增加，其透濕率和透濕度均高于未改性柞蠶絲織物，聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠能夠提升柞蠶絲織物的透濕性；隨溫度的升高，改性柞蠶絲織物吸水性降低，改性柞蠶絲織物具有較明顯溫度響應性。