漆酶催化棉织物的疏水改性研究

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近年来,随着人们生活水平的不断提高,对功能纺织品的需求也不断增加。越来越多的功能性纺织品被研发出来,例如抗菌织物、抗紫外织物、拒水拒油织物等。目前棉织物的功能改性,主要还是通过传统的化学法或物理法来实现。随着人们对环境保护意识的不断增强,寻求更绿色环保的棉织物改性方法是很有价值的。受海洋生物贻贝粘附现象的启发,科学家们发现多巴胺在材料表面改性中的潜力,一系列研究证明多巴胺能在碱性条件下能自发氧化聚合,且能在几乎任何物质表面形成聚多巴胺涂层。利用这一特性,多巴胺被广泛的应用于各种有机或无机材料的表面改性,其在纺织品功能整理中的应用也受到越来越多的关注。本文将漆酶引入多巴胺的聚合反应,探究了多巴胺在漆酶催化下聚合与在碱性条件下聚合的差异。主要从个三方面进行了探究,包括多巴胺在两种反应条件下的氧化聚合速率、聚多巴胺(PDA)的结构以及聚多巴胺涂层的表面形貌。实验结果表明多巴胺在漆酶催化条件下的氧化聚合速率更快,且当反应体系中漆酶的浓度越高,氧气的浓度越大则多巴胺的氧化聚合速率越快,并且反应速率受pH影响,溶液pH 5.5更有利于多巴胺的氧化聚合。漆酶催化条件下生成的聚多巴胺的结构中单体间存在醚键的连接方式,而这种连接方式并不存在于氧气催化条件下产生的聚多巴胺,并且漆酶催化的条件下生成的聚多巴胺涂层更致密均匀。接下来本文利用漆酶催化和碱性条件下氧气催化这两种方法各制备了聚多巴胺沉积棉织物,并分别记作PDAL-C和PDAO-C。首先分析了聚多巴胺涂层的牢度,以及涂层对棉织物的物理机械性能的影响;其次为实现棉织物的疏水整理,本文利用聚多巴胺涂层的二次反应性,在PDAL-C表面成功接枝含氨基的疏水单体十八胺,最后对接枝十八胺(OA)的工艺进行了优化。实验结果表明:两种多巴胺改性棉织物均具有较好的耐水洗牢度与干摩擦牢度,但湿摩擦牢度均较差;PDAL-C织物比PDAO-C织物的耐酸碱稳定性更强;两种聚多巴胺涂层均对棉织物的断裂强力与热稳定性没有明显改变,但都降低了棉织物的透湿性与透气性,都具有良好的抗紫外性能。通过ATR-IR测试,证明单体-十八胺成功接枝到PDAL-C织物表面。通过微量凯氏定氮法对PDAL-C织物接枝十八胺进行了定量表征,OA单体在PDAL-C织物上的接枝率为1.14%,接枝效率为11.45%。接枝十八胺后,PDAL-C织物的表面疏水性得到提高,PDAL-C织物的静态接触角中为0°,水滴润湿时间为1 s,而接枝十八胺后的PDAL-C织物的静态接触角为134°,润湿时间超20 min。最后本文利用漆酶/2,2,6,6-四甲氧基哌啶-1-氧化物(TEMPO)体系在酸性条件下催化多巴胺氧化聚合沉积在棉织物表面,再以聚多巴胺沉积层为二次反应平台,利用漆酶催化没食子酸月桂酯(DG)与聚多巴胺涂层发生接枝反应的方法来制备疏水棉织物。UV光谱证明漆酶/TEMPO体系可以催化多巴胺氧化聚合。SEM显示棉纤维表面沉积聚多巴胺后变粗糙,XPS显示棉纤维表面N元素含量较原棉织物显著增加,以上结果都证实聚多巴胺成功沉积到棉织物表面。FT-IR结果显示漆酶/DG处理后的棉织物上出现烷基链(-CH2)的典型特征峰,说明DG成功接枝到聚多巴胺沉积棉织物上。最后通过称重法计算DG的接枝率约为1.06%。PDA-C织物的表面疏水性在接枝DG后得到显著提高且有很好的抗污性能,PDA-C织物的静态接触角为0°,接枝DG后的PDA-C织物的静态接触角为133°。
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