“雾聚合”接枝修饰纤维素材料表面的反应机制及性能调控

Surface grafting polymerization is an important way to functionalize material surface, and is generally conducted in a liquid or in gas phase. The mist polymerization method our developed is carried out under aerosol state by atomizing the monomer solution. It can integrate advantages of both the liquid and gas reactions, having merits of wide range of available monomers, simple device, thin coating film, and small damages on substrate structures. By using mist polymerization, we have successfully prepared a number of functionalized cotton fabrics, and already are familiar with the technique. However till now, mechanism of mist polymerization has not been studied thoroughly, and there are some key scientific issues need research. This project will systematically study the surfactant roles, the unique reaction rules, and the controllability of the mist polymerization. The research of this project will be focused on the effect of the wettability of mist droplets on various cellulosic surfaces for the three surface grafting types, i.e., grafting to, grafting from, and grafting through. The knowledge obtained in this project will be helpful for further explorations of functional surfaces modified by the mist polymerization methodology.

表面接枝聚合是材料表面功能化的重要途径，一般在液相或气相中进行。本课题组研发的“雾聚合”法将单体溶液分散成细小雾滴，以气溶胶状态进行表面接枝聚合，能结合液相和气相聚合反应的特长，具有单体适用范围大，设备简单，接枝膜层薄，对基质材料结构的破环程度较小等优点。本课题组利用“雾聚合”技术已经制备了多种功能化棉织物，积累了较丰富的应用经验。但是目前关于“雾聚合”反应机制缺乏深入研究，一些关键的科学问题亟待解决。本项目拟以雾滴的润湿行为和纤维素材料表面性质对“雾聚合”的影响作用为核心，依据穿过、接出、接入三种表面接枝形式分别展开研究，明确表面活性剂成分在“雾聚合”过程中的作用，揭示“雾聚合”表面接枝反应的特有规律，确立接枝“雾聚合”过程中对膜层结构与性能的调控方法。本项目的研究成果可为活用“雾聚合”法构建多种功能化表面提供实验依据和理论基础，在工程应用和理论学术研究两个方面均具有重要价值。

表面接枝聚合是材料表面功能化的重要途径，一般在液相或气相中进行。本课题组研发的“雾聚合”法将单体溶液分散成细小雾滴，以气溶胶状态进行表面接枝聚合，能结合液相和气相聚合反应的特长，具有单体适用范围大，设备简单，接枝膜层薄，对基质材料结构的破环程度较小等优点。.本项目以棉纤维纺织材料的表面改性为核心，依据穿过、接出、接入三种表面接枝形式分别展开研究，揭示了“雾聚合”表面接枝反应的特有规律，确立接枝“雾聚合”过程中对膜层结构与性能的调控方法。研究成果突破了传统方法成膜厚度的极限，可解决复杂形状、大型材料表面不易处理的难题，仅用传统聚合方法千分之一的原料用量，就可获得更加卓越的表面性能。本项目系统地研究了超疏水棉织物和抗菌棉织物的结构和性能关系，全面评估了超疏水棉织物和抗菌棉织物的耐久性能。利用“雾聚合”的优点，解决了以往超疏水棉织物和抗菌棉织物导致棉织物属性，如透气性、吸水性、柔软性、机械强度等劣化严重的问题。本项目研究成果形成了特色鲜明的技术体系，实现了工业转化，产生了巨大经济效益。.典型成果包括，利用“雾聚合”法将双嵌段共聚物聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚甲基丙烯酸三氟乙酯共价接枝在棉织物表面上构建出了自修复性超疏水涂层。所得超疏水涂层耐磨性能和耐洗性能卓越，磨损膜层可在干洗剂四氯乙烯中处理后得到修复。传统织物改性方法难以在棉织物的两个表面实现不同功能，我们将“穿过法”与“雾聚合”法相结合，制备出Janus结构织物。我们在棉织物正表面接枝聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；棉织物反表面先接枝聚丙烯酸，之后通过酯化反应共价接枝聚乙二醇-400。所得改性织物分别表现出优异的抗菌性能和防污性能。