不定島超細(xì)纖維合成革基布的生物質(zhì)修飾及其吸濕透濕性研究.pdf

1、海島型超細(xì)纖維合成革屬高檔仿真皮產(chǎn)品，它具有很多天然皮革的特性和優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)性能、質(zhì)量均一性和自動化剪裁加工適應(yīng)性等方面更優(yōu)于天然皮革。但與天然皮革比較，它的吸濕透濕性能很差，穿著悶熱，所以其吸濕透濕性能已經(jīng)成為行業(yè)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。
　　海島型超細(xì)纖維合成革基布根據(jù)工藝不同分為定島和不定島兩種類型，本文研究的對象是不定島超細(xì)纖維合成革基布(USFSLB)，主要利用表面修飾技術(shù)，采用制革生產(chǎn)中產(chǎn)生的皮革廢棄膠原蛋白為原

2、料，針對USFSLB中聚酰胺超細(xì)纖維組分進(jìn)行表面修飾來提高USFSLB的吸濕透濕性能。按照膠原蛋白與聚酰胺纖維的結(jié)合方式分別從氫鍵/配位鍵復(fù)合交聯(lián)、表面涂覆以及共價鍵交聯(lián)這三方面來研究膠原蛋白修飾USFSLB及其吸濕透濕性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　第一，氫鍵/配位鍵復(fù)合交聯(lián)。利用鉻-植物單寧作為交聯(lián)劑，采用三步法將廢棄膠原蛋白通過鉻-植物單寧修飾在USFSLB聚酰胺纖維表面上。第一步USFSLB水洗預(yù)處理;第二步硫酸水解;第三步

3、膠原蛋白/鉻-植物單寧(C-CrT)修飾。通過單因素和正交實驗方法對整個修飾階段的最優(yōu)反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化出的最佳工藝條件為:硫酸用量為15％（以干USFSLB質(zhì)量計），膠原蛋白/鉻-植物單寧修飾的液比為1500％（以干USFSLB質(zhì)量計），膠原蛋白最佳滲透時間為3h，鉻-植物單寧用量為5％（以干USFSLB質(zhì)量計），鉻-植物單寧處理的最佳溫度和時間分別為60℃和3h。與未修飾的USFSLB相比較，修飾后USFSLB的吸濕透濕性有大

4、幅度提高。在不影響原有USFSLB的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率性能的前提下，USFSLB的厚度、均勻度和抗靜電性都有所提升。水接觸角測定結(jié)果表明修飾后USFSLB的表面親水性能得到提高。經(jīng)過SEM/EDS、AMF、ATR-IR、TEM和XPS分析表征，膠原蛋白/鉻-植物單寧以微球形式成功修飾在USFSLB纖維上。并研究了膠原蛋白/鉻-植物單寧修飾USFSLB中聚酰胺纖維的機(jī)理。最后對修飾后USFSLB進(jìn)行了總鉻的逸出實驗，逸出總鉻的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于

5、GB/T18882-2009生態(tài)紡織品技術(shù)要求。
　　第二，表面涂覆。用甲基丙烯酸酐(MA)改性膠原蛋白，使膠原蛋白分子鏈上成功引入雙鍵。經(jīng)單因素和正交實驗優(yōu)化出了最佳改性條件，即溫度50℃，反應(yīng)時間2h，MA的用量為30％（以干膠原蛋白質(zhì)量計）。核磁1H-NMR和紅外FT-IR表征膠原蛋白分子鏈上成功引入C=C鍵。并研究了MA改性膠原蛋白在紫外輻照下光引發(fā)聚合成膜的最佳條件:在50W，365nm，曝光室尺寸34cm×26cm×1

6、5cm（輻照距離為15cm）的紫外交聯(lián)儀中，紫外光輻照時間3h，引發(fā)劑濃度為乙烯基膠原蛋白(CMA)溶液質(zhì)量的0.005％～0.01％，CMA的取代度為73％。經(jīng)SEM、ESEM和FT-IR表征，在紫外光引發(fā)條件下，CMA交聯(lián)成致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜，且不溶于水。
　　將CMA成膜條件應(yīng)用在USFSLB的纖維表面涂覆修飾上，使CMA在聚酰胺纖維表面交聯(lián)成膜，得到USFSLB/CMA。制備USFSLB/CMA的最優(yōu)反應(yīng)條件為:在50W，3

7、65nm，曝光室尺寸34cm×26cm×15cm的紫外交聯(lián)儀中，紫外輻照時間3h，引發(fā)劑濃度為0.06％（以CMA溶液的質(zhì)量計），CMA取代度為83％。與未修飾的USFSLB相比，USFSLB/CMA的SWVT提高了32.6％，LWR值提高了約477.7％。
　　第三，共價鍵交聯(lián)。采用純聚酰胺纖維織物(Nylon)作為USFSLB的研究模型，研究了Nylon-OH和Nylon-SH的制備條件。單因素和正交實驗所得結(jié)果為:制備Nyl

8、on-OH的最佳條件是溫度60℃，甲醛用量為4068％（以干Nylon質(zhì)量計），磷酸用量為甲醛用量的3％，反應(yīng)時間15h。制備Nylon-SH的最佳條件是溫度70℃，3-巰基丙基三甲氧基硅烷(MPS)的用量為285％（以干Nylon-OH質(zhì)量計），反應(yīng)時間為12h。并計算出巰基與羥基摩爾比SH/OH約為10∶1。水接觸角測定、SEM、AFM、ATR-IR和XPS表征結(jié)果證明了聚酰胺纖維表面被相繼成功的接上了羥基和巰基。依據(jù)制備Nylon

9、-OH和Nylon-SH的最優(yōu)條件，進(jìn)行USFSLB-OH和USFSLB-SH的改性實驗。得到USFSLB-OH的最優(yōu)改性條件為:甲醛用量為900％（以干USFSLB質(zhì)量計），磷酸用量為甲醛的3％，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時間15h。測得USFSLB中引入的羥基量為0.0111mmol/g; USFSLB-SH的最佳條件為溫度70℃，反應(yīng)時間12h，MPS用量為4.5％～6.3％（以干USFSLB質(zhì)量計），USFSLB中引入的巰基約0.07

10、5mmol/g。巰基與羥基的摩爾比約為(SH/OH)8∶1，推測USFSLB-SH的表面修飾結(jié)構(gòu)即1個羥基上連接有8巰基。同時，與未修飾的USFSLB相比較，USFSLB-OH的LWR和SWVT均有所升高，而USFSLB-SH的LWR值在降低。這一現(xiàn)象說明USFSLB中聚酰胺纖維表面先后被成功的修飾上羥基和巰基。
　　研究巰基-烯“點(diǎn)擊化學(xué)”構(gòu)建CMA接枝修飾Nylon-SH表面，在紫外光引發(fā)條件下完成CMA中的不飽和雙鍵(C=C

11、)與聚酰胺纖維表面上的巰基(-SH)進(jìn)行自由基加成反應(yīng)，實現(xiàn)膠原蛋白以共價鍵的形式修飾在聚酰胺纖維表面。最佳的接枝修飾條件為:在50W，365nm，曝光室尺寸34cm×26cm×15cm的紫外交聯(lián)儀中（輻照距離15cm），紫外光輻照劑量為30kGy，紫外輻照時間5～6h，引發(fā)劑濃度為0.005％～0.015％（以CMA溶液的質(zhì)量計），CMA取代度為73％～79％。通過水接觸角測定、ATR-IR和XPS分析測試，證實CMA被成功的接枝到聚

12、酰胺纖維表面。依據(jù)CMA接枝修飾Nylon-SH表面的最優(yōu)條件，進(jìn)行了CMA接枝修飾USFSLB-SH的應(yīng)用實驗。研究結(jié)果表明制備USFSLB-S-CMA的最優(yōu)反應(yīng)條件為:紫外輻照時間5h，引發(fā)劑濃度為0.006％（以CMA溶液的質(zhì)量計），當(dāng)CMA取代度為50％時，所得CMA接枝修飾USFSLB(USFSLB-S-CMA)的SWVT值與未修飾USFSLB相比，提升了43％。當(dāng)CMA取代度為73％時，所得USFSLB-S-CMA的LWR值