纤维素/琼脂糖复合纤维的制备及其形状记忆性能研究

来源 :武汉纺织大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:WieldWolf
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可持续发展战略已成为世界共识,合理利用天然无污染的生物质资源也越来越受到人们重视。尤其是石油和煤炭资源总有一天会枯竭,利用可再生资源代替不可再生资源生产纤维是未来材料发展的趋势。形状记忆纤维是指一种能够被赋形或固化原来的临时形状,然后再在外界热量、水分、p H值等因素影响下,回复到原来形状的高智能纤维材料。目前被报道用来构成形状记忆纤维的大都是合成高分子,不符合绿色化学的要求。纤维素和琼脂糖作为天然高分子具有亲水性,其分子链中含有大量氢键,通过氢键的断裂和重组可赋予材料水刺激响应,而琼脂糖水溶液高温下融化低温下凝胶的特性可赋予材料热刺激响应。本文通过碱/尿素水溶液成功制备出纤维素/琼脂糖复合膜和纤维材料,均表现出水热刺激响应性,在服装、医疗、工艺饰品等领域具有潜在应用价值。本文进行了如下三个方面的研究:(1)采用Li OH/尿素水溶液作为共溶剂,环氧氯丙烷作为交联剂,制备出具有水、热刺激变形的纤维素/琼脂糖复合膜。该复合膜显示出良好的透明度和力学性能,透光率超过90%,干强和湿强可达132 MPa和5.4 MPa。同时,该复合膜在水刺激下的固定率(Rf)和回复率(Rr)分别达95%和84%以上,热刺激下的Rf和Rr分别达58%和85%以上,表现出较好的形状记忆效果。机理分析表明:氢键的断裂和形成是复合膜具有水刺激形状记忆行为的原因,琼脂糖结晶的破坏与形成是复合膜具有热刺激形状记忆行为的关键。(2)纤维素/琼脂糖复合膜表现出良好的水热刺激形状记忆行为,在此基础上,通过复合纤维的制备,赋予纤维在水热刺激下的形状记忆功能。选用Li OH/尿素水溶液作为共溶剂,成功制得粘稠的纤维素/琼脂糖混合溶液,该混合溶液在室温下具有良好的稳定性和可纺性。通过研究凝固浴组成对纤维机械性能的影响,结果发现复合纤维在25.81g/L柠檬酸三钠/70.45 g/L柠檬酸凝固浴中纺制复合纤维的断裂强度最佳,达到154 MPa。此外,通过此凝固浴纺制的其他不同配比的纤维素/琼脂糖纤维也表现出良好的力学性能。(3)形状记忆纤维需要具有较好的形状记忆效果、染色性能、可编织性等特点才可应用于服装生产,因此对复合纤维的各方面性能进行了表征。研究表明该复合纤维在水刺激下的形状固定率和回复率分别达95%和78%以上,在热刺激下的形状固定率和回复率分别达74%和68%以上,经过十次反复形状记忆测试,复合纤维依然表现出良好的形状记忆效果。此外,复合纤维还表现出良好的可编织性和极佳的染色效果,对活性染料的上染率是棉纤维的1.7倍以上。本工作成功开发出一种制备工艺简单、可量产、绿色环保、具备水热响应功能的再生纤维,有望推动纺织纤维的进步与发展。
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