淺析形狀記憶聚合物在面料后整理中的應用

吳佳美 ，劉詠梅

(東華大學，上海 200051)

淺析形狀記憶聚合物在面料后整理中的應用

吳佳美 ，劉詠梅

(東華大學，上海 200051)

文章綜述了形狀記憶聚合物在面料后整理中的應用現狀，提出了今后研究的方向，并對其前景進行了展望。

形狀記憶聚合物；面料；織物后整理；紡織服裝

當前，隨著化學工業的研究與發展，越來越多的新型材料應用于紡織領域，形狀記憶聚合物因其刺激方式多樣化、彈性形變優異、柔韌性好、力學性能可調節、變形溫度可調整、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勢[1]，已用于開發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理、特性的基礎上，對其在紡織面料后整理方面的發展與應用進行了分析探究。

1 形狀記憶聚合物的記憶機理及分類

形狀記憶聚合物(SMP)是指具有初始形狀，經形變并固定之后，通過熱、化學、機械、光、磁或電等外加刺激，觸發材料做出響應，使其恢復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-變化形態-恢復起始態的變化過程。形狀記憶聚合物結構模型見圖1。

形狀記憶聚合物種類繁多，根據觸發條件和回復原理主要分為4類：熱致型、電致型、化學感應型和光致型等；根據分子鏈種類，形狀記憶聚合物又可分為交聯聚烯烴、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際應用的關鍵。根據形狀記憶功能，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前都需要一個外力賦予暫時形態的過程，而雙向形狀記憶聚合物通過一次賦形就能在兩個形狀之間來回轉換。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、易賦形等優點。形狀記憶聚合物的性能[4]在紡織服裝領域中的應用主要通過以下幾種方式表現：形狀展開、形狀回復力應用、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用。

圖1 形狀記憶結構模型[4]

性能應用性能應用形狀回復力鉚釘；抗皺織物透氣性作戰服；帳篷；運動服；皮革；衛生巾等體積膨脹防火防護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用分析

形狀記憶聚合物在紡織服裝上的應用包括兩方面：一類是前處理，即面料織物形成前的處理，如對纖維紗線的處理。另一類是后整理，即對面料進行后處理加工，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用。

2.1 抗皺織物

傳統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織物進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]，根據聚氨醋的形狀記憶觸發溫度將聚氨醋乳液設計成不同種類，并將其用于織物的整理或層壓膜，從而賦予織物不同的形狀記憶效果。因為針對不同的整理對象，可選擇不同的聚合物乳液，設定不同的記憶觸發溫度，使織物具有抗皺、免燙、防水、透濕、保溫、定型等多種功能。這一技術是形狀記憶材料從理論走向實踐的突破。第二種方法是將形狀記憶聚合物的高分子粉末粘結到織物表層，從而形成抗皺薄膜。要使織物發生改變，只需要提高周圍環境溫度或者穿上人體，即可迅速完成高分子的玻璃化轉變，實現形狀變化。這種特殊設計，達到了保持形態的效果，同時抗皺性能出眾，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現的功能更多，應用范圍更為廣泛，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，這一點是傳統的合金抗皺面料所達不到的。

2.2 調溫織物

形狀記憶聚合物應用在調溫織物中，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，此復合面料可根據外界變化選擇調整吸收或放出熱量，可有效存儲熱量，從而達到保溫效果，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變始終讓人體保持在舒適溫度范圍內。當外界溫度高于臨界溫度，織物中高分子熱運動加快，體積膨脹，透氣性提升，親水基團使人體始終感覺到舒適涼爽。反之，若溫度過低則出現放熱作用，透氣性降低，從而防風保溫。這類材料在野外防護服設計領域有著十分顯著的應用優勢，在多個品牌的野外服裝設計中都可窺見端倪。

2.3 防水透氣織物

防水透氣織物是應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到調節人體溫度的作用。因此無論是極端環境條件還是普通環境條件都適用，其在透氣性、防水性與保暖性上的卓越表現使該織物成為形狀記憶聚合物在服裝設計領域的一個經典之作，其中日本三菱公司的Duplex系列服裝就是應用該織物面料制做而成[7]。

另外，應用聚四亞甲基氧二元醇、聚環氧乙烷二元醇、聚對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。

2.4 濕度感應織物

濕度感應織物是一種較為特殊的織物，其構成主體是濕度感應記憶材料，當織物處于周圍環境濕度較高或在多水環境中時，其具有某方向變形或回復能力，并且具有良好的抗濕作用，由美國Topolkarae等人發明。目前廣泛應用于各類用完即棄衛生產品，如尿不濕、衛生巾、訓練褲等，在野外防水服裝中也有著較好的應用效果[8]。與傳統吸濕織物相比，該織物會提高服裝的舒適性，正因其有這方面的優勢，使其在運動健身服裝面料方面也有應用空間。

3 展望

形狀記憶聚合物在紡織服裝領域的應用才剛剛起步。雖有眾多產品問世，但是對記憶合金、高分子材料的應用還需進一步開發。

3.1 織物后整理主要方式為涂層法，需根據不同織物性能設計開發不同的涂層，要求不僅加工方便、易于處理還需降低成本、提高材料穩定性。

3.2 可結合新纖維新技術與涂層技術相結合，改善其現有的材料穩定性欠佳的問題。

3.3 形狀記憶聚合物在紡織服裝領域的應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用范圍。

4 結論

綜上所述，形狀記憶聚合物在紡織領域的研究與實踐還需進一步深入，雖然目前已經開發出眾多不同性能的織物，但是從長遠來看，織物的后整理范圍廣泛，不應僅限于涂層的應用?？椢锖笳淼拈_發與提升還需更多的先進技術作為支撐，因此要積極探索，在技術上不斷尋求進步與突破，在設計實踐上不斷尋求創新，從而更好地發揮形狀記憶聚合物在紡織領域的作用，促使其研究和應用走向成熟。

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

[2] Christopher M. shape-memory and shape-changing polymers[J].Polymer reviews，2013，(53):1—5.

[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和應用[J].合成橡膠工業，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