蔣培清

（惠州學(xué)院旭日廣東服裝學(xué)院，廣東惠州 516007）

干法PU/CD共混膜的研制及其結(jié)構(gòu)與性能研究

蔣培清

（惠州學(xué)院旭日廣東服裝學(xué)院，廣東惠州 516007）

由于環(huán)糊精（以下簡稱CD）的特殊結(jié)構(gòu)使其具有包合功能，如果將CD應(yīng)用于紡織上可使功能紡織品的獲得大大簡化，本文用干法制作了PU/CD共混膜并對其結(jié)構(gòu)與性能進行了研究.研究表明，將CD摻混到PU漿液中通過干法制得PU/CD共混膜，該膜可以很好地保留CD的包合功能，可依托該膜開發(fā)功能性PU產(chǎn)品，該膜的力學(xué)性能、耐低溫性能降低，透濕、吸濕性能提高.為減少CD的團聚并兼顧共混膜的性能，建議CD含量控制在10%以內(nèi).

干法；PU/CD共混膜；結(jié)構(gòu)與性能

1 前言

由于人們對紡織品的舒適性和功能性的要求日益提高，如何利用簡捷的方法開發(fā)功能性紡織品始終倍受關(guān)注.環(huán)糊精［1］（以下簡稱CD）是由幾個吡喃葡萄糖單元通過α-1，4苷鍵連接而成的環(huán)狀化合物，具有一個疏水空腔且表面分布著眾多反應(yīng)性羥基使它具有許多特別的性能，如能與相匹配的底物分子包結(jié)形成包合（包結(jié)締合、包結(jié)復(fù)合）物，對底物有屏蔽、控制釋放、活性保護、提高穩(wěn)定性等功能.CD無毒且可生物降解、包合范圍廣泛，已在醫(yī)藥、食品、化妝品、農(nóng)業(yè)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，如果將CD應(yīng)用于紡織上有可能使功能紡織品的獲得大大簡化.如將它固著或接枝在紡織品上通過包合不同的功能材料如香料、藥物等等就可以開發(fā)出不同的功能紡織品，并且在功能材料用完后可以補充和更改，CD空穴對各種異味臭味汗味的包合也使其具有抑臭功能［2］.

目前研究者已經(jīng)研究出了幾種將CD接枝或固著到紡織品上的方法.Kotta等人［3-4］用環(huán)氧氯丙烷或二環(huán)氧化物在堿溶液中經(jīng)過兩步化學(xué)反應(yīng)使纖維素纖維接枝上CD，這種方法纖維上CD的接枝率較高，但纖維損傷嚴(yán)重，且處理纖維的工藝過程難以在紡織生產(chǎn)中采用.H.Reuscher等人［5］和U.Denter等人［6］先通過化學(xué)反應(yīng)使CD分子接上活性基團成為一氯三氮苯基CD和各種縮水甘油基CD，然后與纖維表面分子反應(yīng)達到化學(xué)鍵合的目的，該方法對CD羥基上的取代度要求很高，否則容易破壞CD的包合功能，該方法雖然可以通過織物染色過程使用，但是由于CD的接枝率較低，包合效果不明顯.此外還有直接把CD加入棉織物抗皺整理劑中使用的，由于纖維素上的羥基和CD上的羥基沒有本質(zhì)區(qū)別，反應(yīng)選擇性無法控制，接枝率低［7］.既適合于紡織工業(yè)化生產(chǎn)又能很好地利用CD的包合功能的方法還需要進一步研究探索.

織物涂層和革類產(chǎn)品的加工方法為便捷地利用CD提供了可能.聚氨酯（以下簡稱PU）有許多獨特的優(yōu)點，如耐磨、耐油、耐低溫、柔韌性好、強度高、光澤好，尤其可以具有防水透濕功能等，這為利用CD的包合功能開發(fā)功能紡織品提供了契機.本文通過干法成膜法制得PU/CD共混膜并對其結(jié)構(gòu)和性能進行了研究探討.

2 實驗

2.1 主要原料

PU涂層樹脂（市售），β-CD（市售、CP），DMF（市售、AR）.

2.2 膜的制備

①分別按PU/CD100/0、PU/CD90/10、PU/CD80/20、PU/CD60/40即CD含量分別為0%、10%、20%、40%的比例通過加入適量的DMF將PU涂層樹脂和CD配成固含量15%的漿液抽真空攪拌共混，然后靜止24小時脫泡.

②分別將適量配好的漿液涂刮在玻璃涂刮板上靜止5min，然后在105℃烘箱中烘干，冷卻后揭下即得試樣.

2.3 測試與表征

①包合功能利用酚酞的光譜探針特性［8］進行測試.將0.2gPU/CD共混膜分別投入加有按酚酞作為探針用于分光光度法測定配制的12.5 mL酚酞-碳酸鈉溶液的錐形瓶中，浸濕搖勻，在室溫下放置30 min，使CD和酚酞包合.然后用721型分光光度計測定包合后溶液的553 nm處的吸光度.如果浸入PU/CD共混膜后酚酞-碳酸鈉溶液的吸光度下降，即酚酞-碳酸鈉溶液的紫紅色變淺了，說明溶液中的酚酞有效濃度下降，酚酞與共混膜中的CD形成了包合物.

②力學(xué)性能測試采用INSTRON-5566萬能強力試驗機，拉伸速率100 mm/min，試樣長100 mm寬30 mm，夾持距離20 mm.

③透濕性按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12704-91進行測試，由于試樣厚度不同透濕量不能直接進行比較，透濕量已全部折算成試樣厚度為0.06 mm的透濕量.吸濕性按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9995-97進行測試.

④電鏡分析采用日本電子株式會社產(chǎn)JSM-5610LV掃描電子顯微鏡，加速電壓為20 KV.

⑤熱分析采用美國Perkin-Elmer公司產(chǎn)Pyrisl DSC-2型差示掃描量熱分析儀，樣品用量5 mg，氬氣保護，升溫速率10℃/min，溫度測試范圍-100℃～150℃.

⑥紅外光譜分析采用美國Nicolet公司產(chǎn)Avtar360智能型傅立葉紅外光譜分析儀.

3 結(jié)果與討論

3.1 包合功能分析

包合功能的測試結(jié)果如圖1所示.從圖中可以看出，隨著CD含量的增加，吸光度顯著下降，說明CD的包合功能得到了很好的保留，即利用該方法開發(fā)功能性聚氨酯膜是可行的，不必?fù)?dān)心膜中CD包合功能的喪失.特別需要注意的是，在CD含量較低時吸光度下降較快，而后逐步趨緩，這給使用少量的CD就具有足夠的包合功能提供了可能.

圖1 干法PU/CD膜的包合功能

3.2 力學(xué)性能

力學(xué)性能的測試結(jié)果如圖2～5所示.從圖中可以看出，斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂比功都下降了許多，拉伸模量在CD含量在20%以下時降低了，即膜變得較柔軟了，含量40%時拉伸模量卻升高了許多.總的來說，摻入CD后膜的力學(xué)性能下降了，尤其CD含量超過20%后力學(xué)性能急劇下降，說明該加工方法不適用于對膜的力學(xué)性能要求較高的場合.在加工過程發(fā)現(xiàn)，CD含量達40%時，膜的加工較為困難，膜的表觀質(zhì)量明顯降低.

圖2 干法PU/CD膜的斷裂強度

圖3 干法PU/CD膜的拉伸模量

圖4 干法PU/CD膜的斷裂伸長率

圖5 干法PU/CD膜的拉伸斷裂比功

3.3 透濕、吸濕性能

透濕、吸濕性能的測試結(jié)果分別如圖6、圖7所示.從圖中可以看出，CD的加入使得膜的透濕、吸濕性能得都到了改善.可以理解為雖然CD的吸濕能力不強但仍高于干法PU膜本身的吸濕能力，加之由于CD顆粒的加入其與膜的結(jié)合界面亦可能產(chǎn)生一定的透濕能力.

圖6 干法PU/CD膜的透濕性能

圖7 干法PU/CD膜的吸濕性能

3.4 電鏡分析

CD含量為10%的干法PU/CD膜斷面、表面SEM照片如圖8（a）、8（b）和圖9所示.CD含量為20%的干法PU/CD膜斷面、表面SEM照片如圖10（a）、10（b）和圖11所示.從圖中表面SEM照片可以看出，CD含量為10%時其顆粒分布比CD含量為20%時均勻.從圖中斷面SEM照片可以看出，CD含量為10%時其形成的顆粒比CD含量為20%時要小，前者形成的顆粒其直徑在1μm以下，后者形成的顆粒其直徑在2～3 μm以上，CD含量為20%時團聚現(xiàn)象較嚴(yán)重.根據(jù)對電鏡照片的分析，可以認(rèn)為CD含量選擇在10%以下為宜.

圖8 干法PU/CD膜斷面SEM照片（CD10%）

圖9 干法PU/CD膜表面SEM照片（CD10%）

圖10 干法PU/CD膜斷面SEM照片（CD20%）

圖11 干法PU/CD膜表面SEM照片（CD20%）

3.5 熱分析

不含CD的膜和CD含量為20%的膜的DSC（差示掃描量熱法）曲線如圖12所示.CD含量為0%時其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-33.4℃，而CD含量為20%時出現(xiàn)了兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，一個為-19.2℃，另一個為52.7℃.純CD的轉(zhuǎn)變溫度在64℃［7］，這就是說在CD含量為20%時出現(xiàn)了相互內(nèi)移的兩個轉(zhuǎn)變溫度，這說明PU和CD部分相容［8］.CD的摻入使得PU膜的耐低溫性能變差.

圖12 干法PU/CD膜的DSC曲線

3.6 紅外光譜分析

紅外光譜分析結(jié)果如圖13所示.由于CD中存在大量羥基（—OH），因其伸縮振動在3 320 cm-1處有一峰形很寬的吸收峰，隨著CD含量的增加該峰得到加強.CD中的C-O、C-C伸縮振動在1 030 cm-1處使吸收峰加強，這一點在CD含量為40%的紅外光譜中尤其明顯.

圖13 干法PU/CD膜的FTIR譜圖

4 結(jié)論

將環(huán)糊精（CD）摻混到聚氨酯（PU）涂層漿液中通過干法制得PU/CD共混膜，該膜可以很好地保留CD的包合功能，可依托該膜開發(fā)功能性聚氨酯產(chǎn)品.共混膜的力學(xué)性能、耐低溫性能降低，透濕、吸濕性能提高.為減少CD的團聚并兼顧共混膜的性能，建議CD含量控制在10%以內(nèi).

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【責(zé)任編輯：吳躍新】

Structure and Properties of PU/CD Blended Films by Dry Processing

JIANG Pei-qing
（Glorious Sun Guangdong School of Fashion，Huizhou University，Huizhou 516007，Guangdong China）

Cyclodextrin（CD）can form inclusion complexes due to its unique structure，which can be applied into functional textiles.In this paper polyurethane（PU）and Cyclodextrin（CD）blended films were prepared through the doping of CD into PU dispersion by dry process，and the structure and properties of them were studied.The results showed that the inclusion complexing function of CD was retained，the mechanical and cryogenic properties were reduced，the permeability and moisture regaining of the film were improved，and functional PU products could be developed from the PU/CD blending.The CD content should be within 10%to keep a compromise between CD agglormeration and balanced properties of the blended film.

dry process；Polyurethane/Cyclodextrin blended film；structure and properties

TS102

A

1671-5934（2016）06-0070-05

2016-11-14

蔣培清（1965-），男，湖南益陽人，教授，博士，研究方向為紡織服裝材料結(jié)構(gòu)與性能及加工技術(shù).