雙網路水凝膠纖維的增韌機理和紡絲工藝研究

《雙網路水凝膠纖維的增韌機理和紡絲工藝研究》是依託香港理工大學深圳研究院，由費賓擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雙網路水凝膠纖維的增韌機理和紡絲工藝研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：費賓
• 依託單位：香港理工大學深圳研究院

項目摘要

本項目擬以雙網路水凝膠為基本結構模型，套用可控共聚物合成，納米複合，及多種交聯方法相結合的系統設計，實現在水凝膠膜材料中的多尺度結構調控，進行高分子凝膠體系的增韌研究。然後將上述最佳化的凝膠體系進行濕法紡絲，通過適當調整凝固浴條件和後處理方法，可以獲得幾種高韌性的水凝膠纖維。本試驗中申請者將系統地研究高分子鏈結構及其分子量，凝膠體系組成，交聯種類，以及納米填料種類對產生的網路拓撲結構和凝膠材料力學性能的影響，並綜合考慮凝膠體系的穩定性，環境回響性和可紡性。預期通過控制紡織工藝參數，靈活套用後處理交聯方法，來獲得高韌性的，可長期使用的，適於機織或針織加工的水凝膠纖維，為功能紡織品的設計提供新的材料。

結題摘要

本項目系統地研究了高分子鏈結構，凝膠體系組成，交聯種類，以及納米填料對產生的網路拓撲結構和凝膠材料力學性能的影響，評估了凝膠體系的穩定性，環境回響性和可紡性。通過合適的紡絲工藝及交聯方法，獲得了高韌性的適於機織加工的水凝膠纖維，為功能紡織品的設計提供了新穎的纖維品種。 合成了無規共聚物聚（丙烯醯胺-co-雙丙酮丙烯醯胺），P（AM-DA），與己二醯肼（ADH）在加熱後形成共價交聯網路，有別於自由基聚合生成的聚丙烯醯胺（PAM）交聯網路。後者會產生與另一組分多糖的共價鍵結合。通過對比這兩個交聯體系，評估了雙網路間共價結合對凝膠韌性的影響。選取i型卡拉膠（IC）同PAM的雙網路體系，在合適的組分比例和共價交聯密度下，達到了超過25倍的伸長率和110kPa的表觀拉伸強度。 研究了一種含有聚乙二醇結晶軟鏈段的高吸水性熱可塑聚氨酯（HTPU）的吸水性質和力學性能。隨著吸水量的增加，它可以從強韌的塑膠轉變為超韌性水凝膠，最後變為弱水凝膠。達到最大含水量89%時，它仍有2.6MPa的拉伸強度和500%的斷裂伸長。這一物理多重交聯的聚氨酯與化學交聯的聚丙烯醯胺結合製成雙組分水凝膠，進一步提高了水凝膠的強度和伸長率。 採用甲殼胺與丙烯醯胺溶液自由基聚合，通過氣相擴散提高pH值原位製備了納米甲殼胺纖維增強的水凝膠。發現當納米纖維達到臨界濃度後，體系的韌性發生跳躍式的提高，類似於海參表皮的刺激應變。使用細菌纖維素微簇與聚丙烯醯胺/卡拉膠共價交聯網路相結合，成功增強了水凝膠，使其拉伸模量提高了近10倍，斷裂強度提高了一倍，拉伸倍數仍能達到15倍。 然後把卡拉膠和高分子量的聚丙烯醯胺混合熱溶液通過濕法紡絲製得了連續的水凝膠纖維。採用電子束輻照施行後交聯，得到了穩定化的纖維。該纖維經過濕態拉伸而後乾燥，得到了遇濕後恢復原尺寸的形狀記憶纖維。這兩種凝膠纖維，在手工織機上加工成了具有單向收縮功能的機織布，並作為傷口敷料試用於大鼠皮膚傷口上，促進了傷口的癒合。