淺析形狀記憶聚合物在面料后整理中的應(yīng)用

吳佳美 ，劉詠梅

(東華大學(xué)，上海 200051)

淺析形狀記憶聚合物在面料后整理中的應(yīng)用

吳佳美 ，劉詠梅

(東華大學(xué)，上海 200051)

文章綜述了形狀記憶聚合物在面料后整理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了今后研究的方向，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

形狀記憶聚合物；面料；織物后整理；紡織服裝

當(dāng)前，隨著化學(xué)工業(yè)的研究與發(fā)展，越來越多的新型材料應(yīng)用于紡織領(lǐng)域，形狀記憶聚合物因其刺激方式多樣化、彈性形變優(yōu)異、柔韌性好、力學(xué)性能可調(diào)節(jié)、變形溫度可調(diào)整、原材料充足、易加工成型、耐腐蝕、電絕緣性、保溫和生物相容性好等優(yōu)勢(shì)[1]，已用于開發(fā)多種形狀記憶纖維及織物，如抗菌、抗靜電、抗紫外、低溫保暖、高溫透濕等紡織品。本文在介紹形狀記憶聚合物記憶機(jī)理、特性的基礎(chǔ)上，對(duì)其在紡織面料后整理方面的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了分析探究。

1 形狀記憶聚合物的記憶機(jī)理及分類

形狀記憶聚合物(SMP)是指具有初始形狀，經(jīng)形變并固定之后，通過熱、化學(xué)、機(jī)械、光、磁或電等外加刺激，觸發(fā)材料做出響應(yīng)，使其恢復(fù)初始形狀的智能材料[2]。它可以是均聚物，也可以是相容性良好的共聚物或共混物。聚合物材料的形狀記憶效應(yīng)不是材料固有的行為，一般是聚合物材料通過一定的加工處理方式得到的一種特殊行為，遵循起始態(tài)-變化形態(tài)-恢復(fù)起始態(tài)的變化過程。形狀記憶聚合物結(jié)構(gòu)模型見圖1。

形狀記憶聚合物種類繁多，根據(jù)觸發(fā)條件和回復(fù)原理主要分為4類：熱致型、電致型、化學(xué)感應(yīng)型和光致型等；根據(jù)分子鏈種類，形狀記憶聚合物又可分為交聯(lián)聚烯烴、聚氨酯、聚酯等。形狀記憶聚合物材料的功能性是其在紡織服裝上實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。根據(jù)形狀記憶功能，有單向和雙向之分[3]。單向形狀記憶聚合物在每次形狀回復(fù)前都需要一個(gè)外力賦予暫時(shí)形態(tài)的過程，而雙向形狀記憶聚合物通過一次賦形就能在兩個(gè)形狀之間來回轉(zhuǎn)換。與雙向形狀記憶聚合物相比，單向形狀記憶聚合物具有柔軟、變形大、易賦形等優(yōu)點(diǎn)。形狀記憶聚合物的性能[4]在紡織服裝領(lǐng)域中的應(yīng)用主要通過以下幾種方式表現(xiàn)：形狀展開、形狀回復(fù)力應(yīng)用、體積膨脹、透氣性等。如表1是形狀記憶聚合物的性能及其在紡織服裝上的應(yīng)用。

圖1 形狀記憶結(jié)構(gòu)模型[4]

性能應(yīng)用性能應(yīng)用形狀回復(fù)力鉚釘；抗皺織物透氣性作戰(zhàn)服；帳篷；運(yùn)動(dòng)服；皮革；衛(wèi)生巾等體積膨脹防火防護(hù)服形狀展開抗皺織物

2 形狀記憶聚合物在面料后整理中的應(yīng)用分析

形狀記憶聚合物在紡織服裝上的應(yīng)用包括兩方面：一類是前處理，即面料織物形成前的處理，如對(duì)纖維紗線的處理。另一類是后整理，即對(duì)面料進(jìn)行后處理加工，賦予其形狀記憶能力。下文主要介紹形狀記憶聚合物在面料后整理中的應(yīng)用。

2.1 抗皺織物

傳統(tǒng)的抗皺面料是將鎳鈦合金植入纖維紗線中，從而使得面料具有抗皺的性能。而目前利用形狀記憶聚合物對(duì)織物進(jìn)行后整理使其具有抗皺性能，主要有以下兩種方法：

第一種方法是將形狀記憶聚氨醋制備成乳液[5]，根據(jù)聚氨醋的形狀記憶觸發(fā)溫度將聚氨醋乳液設(shè)計(jì)成不同種類，并將其用于織物的整理或?qū)訅耗?，從而賦予織物不同的形狀記憶效果。因?yàn)獒槍?duì)不同的整理對(duì)象，可選擇不同的聚合物乳液，設(shè)定不同的記憶觸發(fā)溫度，使織物具有抗皺、免燙、防水、透濕、保溫、定型等多種功能。這一技術(shù)是形狀記憶材料從理論走向?qū)嵺`的突破。第二種方法是將形狀記憶聚合物的高分子粉末粘結(jié)到織物表層，從而形成抗皺薄膜。要使織物發(fā)生改變，只需要提高周圍環(huán)境溫度或者穿上人體，即可迅速完成高分子的玻璃化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)形狀變化。這種特殊設(shè)計(jì)，達(dá)到了保持形態(tài)的效果，同時(shí)抗皺性能出眾，制成的抗皺織物不僅手感舒適且整理方便。

與傳統(tǒng)的形狀記憶合金植入纖維紗線的抗皺面料相比，形狀記憶聚合物能實(shí)現(xiàn)的功能更多，應(yīng)用范圍更為廣泛，能集抗皺、防水、透濕、保溫等多功能于一身，且它可形成抗皺薄膜，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的合金抗皺面料所達(dá)不到的。

2.2 調(diào)溫織物

形狀記憶聚合物應(yīng)用在調(diào)溫織物中，主要采用的是涂層方法。它是將聚合物高分子作為織物面料涂層，此復(fù)合面料可根據(jù)外界變化選擇調(diào)整吸收或放出熱量，可有效存儲(chǔ)熱量，從而達(dá)到保溫效果，使人體感覺舒適[6]。其中聚氨酷織物涂層為典型代表，通過促使高分子材料的玻璃化溫度轉(zhuǎn)變始終讓人體保持在舒適溫度范圍內(nèi)。當(dāng)外界溫度高于臨界溫度，織物中高分子熱運(yùn)動(dòng)加快，體積膨脹，透氣性提升，親水基團(tuán)使人體始終感覺到舒適涼爽。反之，若溫度過低則出現(xiàn)放熱作用，透氣性降低，從而防風(fēng)保溫。這類材料在野外防護(hù)服設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在多個(gè)品牌的野外服裝設(shè)計(jì)中都可窺見端倪。

2.3 防水透氣織物

防水透氣織物是應(yīng)用形狀記憶聚氨酷做衣物高防水透氣涂層，該織物的防水性與透氣性均較佳，還可與體溫相互作用達(dá)到調(diào)節(jié)人體溫度的作用。因此無論是極端環(huán)境條件還是普通環(huán)境條件都適用，其在透氣性、防水性與保暖性上的卓越表現(xiàn)使該織物成為形狀記憶聚合物在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典之作，其中日本三菱公司的Duplex系列服裝就是應(yīng)用該織物面料制做而成[7]。

另外，應(yīng)用聚四亞甲基氧二元醇、聚環(huán)氧乙烷二元醇、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酷等材料制作的衣物在保溫透氣防水方面也有較好的表現(xiàn)。

2.4 濕度感應(yīng)織物

濕度感應(yīng)織物是一種較為特殊的織物，其構(gòu)成主體是濕度感應(yīng)記憶材料，當(dāng)織物處于周圍環(huán)境濕度較高或在多水環(huán)境中時(shí)，其具有某方向變形或回復(fù)能力，并且具有良好的抗?jié)褡饔茫擅绹鳷opolkarae等人發(fā)明。目前廣泛應(yīng)用于各類用完即棄衛(wèi)生產(chǎn)品，如尿不濕、衛(wèi)生巾、訓(xùn)練褲等，在野外防水服裝中也有著較好的應(yīng)用效果[8]。與傳統(tǒng)吸濕織物相比，該織物會(huì)提高服裝的舒適性，正因其有這方面的優(yōu)勢(shì)，使其在運(yùn)動(dòng)健身服裝面料方面也有應(yīng)用空間。

3 展望

形狀記憶聚合物在紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛起步。雖有眾多產(chǎn)品問世，但是對(duì)記憶合金、高分子材料的應(yīng)用還需進(jìn)一步開發(fā)。

3.1 織物后整理主要方式為涂層法，需根據(jù)不同織物性能設(shè)計(jì)開發(fā)不同的涂層，要求不僅加工方便、易于處理還需降低成本、提高材料穩(wěn)定性。

3.2 可結(jié)合新纖維新技術(shù)與涂層技術(shù)相結(jié)合，改善其現(xiàn)有的材料穩(wěn)定性欠佳的問題。

3.3 形狀記憶聚合物在紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用可拓展延伸到科技服裝的范疇，拓寬形狀記憶聚合物在面料后整理的應(yīng)用范圍。

4 結(jié)論

綜上所述，形狀記憶聚合物在紡織領(lǐng)域的研究與實(shí)踐還需進(jìn)一步深入，雖然目前已經(jīng)開發(fā)出眾多不同性能的織物，但是從長遠(yuǎn)來看，織物的后整理范圍廣泛，不應(yīng)僅限于涂層的應(yīng)用?？椢锖笳淼拈_發(fā)與提升還需更多的先進(jìn)技術(shù)作為支撐，因此要積極探索，在技術(shù)上不斷尋求進(jìn)步與突破，在設(shè)計(jì)實(shí)踐上不斷尋求創(chuàng)新，從而更好地發(fā)揮形狀記憶聚合物在紡織領(lǐng)域的作用，促使其研究和應(yīng)用走向成熟。

[1] 胡金蓮，范浩軍.智能熱敏形狀記憶聚合物及其應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào)，2005，26(6)：122—129.

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[3] Hu Jinlian，Zhu Yong，Huang Huahua，et al. Recent advances in shape memory polymers：structure, mechanism， functionality, modeling and applications[J].Progress in polymer science,2012，(37):1720—1763.

[4] Tilman Sauter, Matthias Heuchel, Karl Kratz, et al. Quantifying the shape-memory effect of polymers by cyclic thermomechanical tests[J].Polymer reviews，2013，(53)：6—40.

[5] 金關(guān)秀，莫窮，胡金蓮，等.聚氨酯形狀記憶纖維/棉包芯紗的染整加工[J].印染，2014，40(16)：30—32.

[6] 王穎悟，夏琳，辛振祥.形狀記憶聚合物材料的研發(fā)和應(yīng)用[J].合成橡膠工業(yè)，2014，37(5)：401—404.

[7] Chi Deng，Bao Wang，Xiao Dongqin，et al. Preparation and shape memory property of hydroxyapatite/poly (vinyl alcohol) composite[J].Polymer-plastics technology and engineering，2012，(51)：1315—1318.

[8] Keith Hearon, Pooja Singhal, John Horn, et al. Porous shape-memory polymers[J].Polymer reviews，2013，(53)：41—75.

Analysis on Application of Shape Memory Polymer in Fabric Finishing

WuJiamei，LiuYongmei

(Donghua University, Shanghai 200051, China)

The status quo of Shape Memory Polymer(SMP) applied in fabric finishing was summarized.Its further research directions were proposed and its prospect was forecasted.

shape memory polymer; fabric; textile finishing; textile clothing

2015-05-04

吳佳美(1989—)，女，安徽東至人，碩士研究生。

TS195.1

A

1009-3028(2016)03-0053-03