聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性柞蚕丝的研究

徐航丹

（辽东学院服装与纺织学院，辽宁 丹东 118003）

为提升柞蚕丝的附加值使其应用领域更加广泛，本文通过点击化学的方法，经过“二浸二轧”的处理，采用聚N-异丙基丙烯酰胺温敏水凝胶对柞蚕丝进行改性，研究改性柞蚕丝织物的温敏性和透湿性。

1 实验部分

1.1 实验材料

柞蚕丝织物（市售）；N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm），分析纯98%；二硫苏糖醇（DTT），分析纯；四甲基乙二胺（TEMEDA），分析纯；过硫酸铵（APS），分析纯。

1.2 聚N-异丙基丙烯酰水凝胶改性柞蚕丝

采用点击化学的方法，对柞蚕丝织物进行改性。首先，采用二硫苏糖醇（DTT）作为还原剂对柞蚕丝织物进行处理，将50%的乙醇水溶液与20mmol/L的DTT溶液混合，室温下，将柞蚕丝织物浸没于还原溶液中，进行还原反应4h。然后，采用自由基聚合的方法进行水凝胶的制备，将250mg的N-异丙基丙烯酰胺用去离子水溶解，搅拌均匀，加入氧化还原引发剂过硫酸铵和催化剂四甲基乙二胺，反应一段时间后，液体呈粘流态。最后，取出柞蚕丝织物浸没在制备好的水凝胶中，采用“二浸二轧”的方法对柞蚕丝织物进行改性，将改性柞蚕丝织物在干燥箱中60℃下预烘10min，150℃焙烘3min，柞蚕丝织物的质量增加率在8.7%-13.9%范围内。

1.3 柞蚕丝纤维表面形貌观察

采用JEOL IT-1000型（日本）多功能扫描电子显微镜，观察经聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性后柞蚕丝织物的表面形貌及水凝胶分布情况。

1.4 柞蚕丝织物的温敏性测定

根据FZ/T010711-2008《纺织品 毛细效应试验方法》，在不同温度下，分别测定5min内水在改性柞蚕丝织物上的毛细上升高度，用来表征改性柞蚕丝织物在不同温度下的亲水性，以此判断改性柞蚕丝织物的温敏性。

1.5 柞蚕丝织物的透湿性测定

根据GB/T 12704.1-2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第一部分：吸湿法》对普通柞蚕丝织物和水凝胶改性后的柞蚕丝织物进行透湿性测试。将盛有吸湿剂的透湿杯用柞蚕丝织物试样封口，并放置于HT001L型恒温恒湿试验箱中，在一定时间内根据透湿杯质量的变化计算试样的透湿率和透湿度。

2 结果与讨论

2.1 改性前后柞蚕丝增重变化分析

表1为经聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性后的柞蚕丝织物的增重率，其中t为改性时间，W0为改性前柞蚕丝织物质量，Wt为改性后柞蚕丝织物质量，GD为改性柞蚕丝织物的增重率。由表1可知，随着改性时间的延长，柞蚕丝织物的增重率逐渐增大。在水凝胶的聚合过程中，经过DTT还原的柞蚕丝纤维中的巯基（-SH）与乙烯基C=C发生点击化学反应，聚N-异丙基丙烯酰胺接枝到柞蚕丝纤维表面，随着时间的增加，水凝胶接枝到柞蚕丝纤维的表面增多。

表1 改性前后柞蚕丝质量变化及增重率

2.2 柞蚕丝纤维形貌分析

图1为改性前后柞蚕丝纤维表面的形貌图，其中图1（a）为改性前、（b）为改性后。如图1（a）所示，未改性柞蚕丝纤维表面干净并且光滑，经水凝胶改性后的柞蚕丝纤维表面变得粗糙（图1（b）），水凝胶均匀地附着在柞蚕丝纤维表面，聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶与柞蚕丝纤维的结合机制是N-异丙基丙烯酰胺中的C=C双键与柞蚕丝纤维上的巯基（-SH）进行巯基-烯点击化学反应，从而使水凝胶接枝在柞蚕丝纤维表面。

图1 改性前后的柞蚕丝纤维表面形貌图

2.3 柞蚕丝纤维温敏性分析

聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性柞蚕丝织物在不同温度下的吸水数据如图2所示。由图2可以看出，未经改性的柞蚕丝纤维吸水性能较好，随着温度的升高，水分子的布朗运动加快，柞蚕丝织物的芯吸高度逐渐上升。而经过聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性的柞蚕丝织物吸水性明显降低。当温度升高时，水的热运动加剧，水与酰胺基之间的氢键被破坏，结合水开始游离，此时高聚物中疏水基团异丙基之间的相互作用增强，大分子链呈卷曲状态，此时柞蚕丝织物疏水性增强。

图2 不同温度下柞蚕丝织物的芯吸高度

2.4 柞蚕丝纤维透湿性分析

表2是在25℃相对湿度为50%的条件下，聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性前后柞蚕丝织物的透湿数据。由表2可以看出，改性柞蚕丝织物的透湿率（WVT）和透湿度（WVP）均高于未改性柞蚕丝织物，并且随着增重率的增加，改性柞蚕丝织物的透湿性逐渐增强。柞蚕丝织物改性后，水凝胶会在织物表面形成连续的致密膜，柞蚕丝纤维的亲水性增强，水蒸气通过柞蚕丝织物表面的水凝胶被传递到外界；随着增重率的增加，柞蚕丝织物表面的水凝胶越多，其透湿性显著增强。

表2 柞蚕丝织物的透湿数据

3 结论

聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶改性柞蚕丝织物，水凝胶均匀附着于柞蚕丝纤维表面，水凝胶与柞蚕丝纤维结合良好；随着反应时间的延长，改性柞蚕丝织物的增重率增加，其透湿率和透湿度均高于未改性柞蚕丝织物，聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶能够提升柞蚕丝织物的透湿性；随温度的升高，改性柞蚕丝织物吸水性降低，改性柞蚕丝织物具有较明显温度响应性。