智能水凝胶在纺织品中的应用.ppt

智能水凝胶在纺织品 中的应用 一 高分子水凝胶材料 二 高分子水凝胶材料在智能纺织品中的应用 智能调温纺织品 智能防水透湿纺织品 智能抗菌纺织品 智能蓄冷纺织品 智能医用纺织品 智能防紫外线纺织品 智能防护功能纺织品 三 结 语 一 高分子水凝胶材料 n水凝胶 凝胶是由三维网络结构的高分子和充塞 在高分子链段间隙中的介质构成，介质可 以是气体、液体，而一般情况下多为液体 ，因此，可将凝胶看作是高分子三维网络 包含了液体的膨润体。几乎所有天然凝胶 和大部分合成凝胶都是以水为液体介质的 水凝胶。 n水凝胶 凝胶是由三维网络结构的高分子和充塞 在高分子链段间隙中的介质构成，介质可 以是气体、液体，而一般情况下多为液体 ，因此，可将凝胶看作是高分子三维网络 包含了液体的膨润体。几乎所有天然凝胶 和大部分合成凝胶都是以水为液体介质的 水凝胶。 n智能水凝胶 在一定环境刺激条件下能发生可逆体积 相转变的水凝胶称为智能水凝胶，它不仅 能够感知外界环境或内部状态所发生的变 化，而且能够对外界环境变化做出响应， 具有反馈功能、响应功能、自诊断功能、 自修复功能、自调节功能。 水凝胶溶胀时柔软，难以定形，机械强度低 ，基本丧失了支撑其自身的能力。通过接枝共聚 或涂层的方法将高分子水凝胶材料引入纺织品表 面或者和纺织品复合，使纤维或织物表面形成凝 胶层，不仅弥补了凝胶材料力学强度低的缺陷， 而且纤维或织物在原有物理机械性能保持基本不 变的情况下，可以获得凝胶聚合物具有的吸水调 湿、抗压保液、环境响应、保温蓄冷、使用安全 等优异性能。 二 高分子水凝胶材料在智能纺织品 中的应用 n智能调温纺织品 通过共聚、交联、共混、涂层或复合纺丝的 方法在纤维中引入温度响应型水凝胶可以制得温 敏纤维。温敏纤维能够在临界相转变温度(LCST) 以下溶胀,在LCST以上收缩，并随着温度的升降 出现可逆的变化。这种热记忆特性使纤维具有温 度调节的功能。 目前，关于温敏性纤维的研究已经取得了一 些成果。据报道，通过选择合适的引发剂和溶剂, 在成纤聚合物(例如聚乙烯醇或聚氯乙烯)上接枝 聚 N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm),可纺制温敏纤 维，当加热到 LCST约（为33 ）以上后能收缩 到原体积的30%。这类温敏纤维除随温度变化产 生体积变化外，还具有吸放水性、分子亲水和疏 水性的变化以及透明和不透明的变化。 应用复合纺丝法将温敏材料(例如PNIPAAm) 包裹在纤维中，根据外界环境温度变化，纤维中 所包含的温敏材料或从环境中吸收热量储存于纤 维内部，或放出纤维中储存的热量，在纤维周围 形成温度相对恒定的微观气候，从而在一定时间 内实现温度调节功能。因此用凝胶温敏纤维加工 成的纺织品(服装)，除具有传统纺织品(服装)的静 态保温作用外，还具有由于相变物质的吸热放热 引起的动态保温作用。 n智能防水透湿纺织品 凝胶在受到外界环境刺激后，其体积会相应 发生突跃性变化，吸水后体积增大，脱水后体积 变小，将这种凝胶接枝聚合或包敷在纤维中纺制 成织物，或者将其与内外层服装面料层压复合制 成纺织品，可以使纺织品具有干燥时透湿，遇水 后防水的特性。在干燥状态下，接枝凝胶层收缩 ，织物上大量的空隙可保证人体蒸发出的汗气透 过；当浸入水中时，接枝凝胶层迅速溶胀，将孔 隙封闭，从而具备了良好的防水或抗浸性能，使“ 防水”与“透湿”两种性能在不同的环境状态下分别 得以相应的满足 。 Daedalus开发的一种海上工作人员穿戴的制 服，采用丙烯酸系聚合物纤维作原料。丙烯酸系 聚合物具有很好的吸水性，能吸收数百倍于自身 质量的水，从而溶胀成为一种松弛的凝胶。将它 纺成丝，就可以纤维的形式织入到面料中。这种 布料制成的服装平时具有良好的透湿性；一旦浸 入水中，丙烯酸系聚合物纤维吸水膨胀堵塞衣服 上的孔隙，阻止海水向衣服内部渗透 。 n智能抗菌纺织品 基于凝胶是可以与外界进行物质、能量 和信息交换的开放体系，这种智能材料在 抗菌、防臭、远红外线释放等功能服装上 具有广泛的应用前景。 将湿纺中的凝胶态纤维浸入抗菌防臭剂溶液 中，可把抗菌防臭剂溶液封入内部，使织物起到 抗菌防臭的作用。由于凝胶材料具有缓释性的作 用，因此这种纤维区别于一般抗菌纤维之处在于 无论是轻微活动还是剧烈运动，它既不让细菌任 意繁衍，也不杀死全部细菌 ,控制皮肤表面细菌的 数量维持在正常水平。 n智能蓄冷纺织品 利用水凝胶吸水时的溶胀作用和退溶 胀时水的蒸发而带走热量的特性，可以将 其用在蓄冷服装中，这种水凝胶蓄冷剂在 常温下质软而有弹性，具有保温蓄冷的双 重功效 水凝胶蓄冷剂潜热值3 商立君研制的降温背心和张航研制的降温帽材 料均用具有降温功能的面料和保温水凝胶制成。 n智能医用纺织品 水凝胶由于具有良好的吸水性，表面光滑， 生物相容性好，所以也被广泛应用于医用敷料 方面。水凝胶敷料可维持伤口的湿润环境，不 会因粘连引起伤口开裂，并能抑制体液的损失 。外界的氧气和包埋在水凝胶内的药物可缓慢 持续地释放到病变区，有利于伤口的愈合。 水凝胶,涂敷在医用无纺布基材 n智能防紫外线纺织品 将具有光敏性的化合物，例如具有顺反异构 化的化合物，接枝到凝胶的聚合物分子链上，可 以合成光敏性凝胶。紫外光或可见光照射时，由 于有顺反异构化发生，基团的位置会因此发生变 化，由此凝胶产生相转变。利用紫外线的离子化 ，如用热响应性异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）和 光敏性分子合成凝胶，它在紫外线照射下会发生 电离，在32时凝胶体积相转变，产生凝胶溶胀 ，紫外线因而被凝胶材料所遮蔽。 n 智能防护功能纺织品 高聚物材料的弹性可以用压缩永久变形来衡 量，而凝胶芯材的压缩永久变形量很小，可见其 具有良好的弹性回复性，这种弹性可以有效地提 高纺织品的抗伤害能力。凝胶的较好回弹性可以 在与外界发生冲撞的过程中吸收外界部分能量， 有缓和冲击的作用，因此其可用于防护功能纺织 品如护腕、护肘、护膝和足垫等的开发。 高性能的多功能防护服装 智能水凝胶具有含水量高、生物相容性好、 对于外界环境条