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超支化聚合物的制备及对棉纤维的功能化改性

张峰  
【摘要】: 天然棉纤维,因具有手感柔软、可再生性、生物可降解性和吸湿性能优异等优点,被广泛应用于纺织领域,但在活性染料染色过程中,往往需要加入30~150g/l的无机盐来提高上染率和固色率,容易对环境造成污染;同时在服用过程中极易附着微生物,并为其繁殖和传播创造条件,从而造成纤维强力的损伤、产生污点和褪色、产生令人不愉快的气味,甚至造成疾病的传播,影响人体的健康。因此本文的研究目的就是制备一种水溶性超支化聚合物HBP-NH2及其季铵盐HBP-HTC,并将其应用于棉纤维的功能化改性,以提高棉纤维的染色性能和赋予其抗菌性能。 以丙烯酸甲酯和二亚乙基三胺为原料,通过缩聚反应制备了HBP-NH2;然后以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)为改性剂,继续与HBP-NH2反应,制备了HBP-HTC。分别采用FTIR、1HNMR和GPC对产物结构和分子量分布进行了分析,并讨论了HBP-NH2和HBP-HTC的溶解性能、紫外吸收性能及热性能等。 采用HBP-NH2水溶液直接改性棉织物以提高其染色性能,应用于部分活性染料的无盐染色,HBP-NH2直接法改性棉织物(HCF)取得了和未改性棉织物传统有盐染色相当的得色量、色牢度、匀染性能和透染性能。为了进一步提高棉织物的染色性能,先用NaIO4将棉织物轻微选择性氧化,然后与HBP-NH2反应,制得HBP-NH2接枝法改性棉织物(HGCF);FTIR分析表明,氧化棉纤维中的醛基和HBP-NH2发生了反应,并以共价键结合;在优选的工艺条件下,HCF和HGCF表面HBP-NH2的吸附量约为1.52 mg/g和3.68 mg/g;应用于活性染料无盐染色,HGCF的K/S值、耐摩擦色牢度、耐洗色牢度和匀染性能均令人满意。同时研究了水溶液中HCF和HGCF纤维表面的ζ电位、活性染料染色热力学、染色动力学以及HCF和HGCF染色色光的变化等。 以E. coli和S. aureus为例研究了HBP-HTC水溶液的抑菌性能,HBP-HTC的最小抑菌浓度约为20 ppm;采用HBP-HTC水溶液浸渍法处理棉织物以赋予其抗菌性能,测试结果表明,HBP-HTC整理棉织物对S. aureus和E. coli的抑菌率分别为99.92%和99.66%;洗涤20次后,仍保留99.00%的抑菌率,体现了一定的耐久性。 以HBP-NH2和AgNO3为原料一步法制备了纳米银胶体溶液;分别采用FTIR、DLS、TEM、UV-vis和XRD表征纳米银的形成;纳米银的平均粒径约为5~30 nm。以S. aureus和E. coli为例研究纳米银胶体溶液的抗菌性能,纳米银最小抑菌浓度为3μg/ml。采用20 mg/l纳米银胶体溶液对棉织物进行抗菌整理,抗菌棉织物对S. aureus和E. coli的抑菌率分别为99.01%和99.26%,洗涤20次后,仍保留98.77%的抑菌率,体现了优异的耐洗性能;同时采用SEM和XPS分析了纤维表面纳米银的形态和化学状态。 研究结果表明,超支化聚合物可应用于棉纤维的功能化改性,这不仅拓宽了超支化聚合物的应用领域,同时也为其它纺织纤维的功能化改性提供了一种新的思路。


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