CN114318882A

CN114318882A - 一种全生物降解janus织物的制备方法和应用

Info

Publication number: CN114318882A
Application number: CN202111675376.9A
Authority: CN
Inventors: 许平凡; 于方霞; 郑福尔; 蔡涛
Original assignee: Shishi Zhongfangxue Clothing And Accessories Industry Research Institute
Current assignee: Shishi Zhongfangxue Clothing And Accessories Industry Research Institute
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114318882B

Abstract

本发明涉及JANUS织物技术领域，具体为一种全生物降解JANUS织物的制备方法，S1、将生物降解树脂溶解、磁力搅拌得纺丝溶液，设定推进速度、纺丝电压、时间和接收距离，将静电纺丝的纳米纤维收集在用覆有铝箔的金属辊筒上，得全生物降解纤维膜；S2、将全生物降解纤维膜装入低温等离体设备，抽真空后通入等离子气体，设定功率和时间，对全生物降解纤维膜进行亲疏水改性，得到具有单向透湿功能的Janus织物，疏水表面的接触角达142度以上，亲水表面的接触角达10度以下。本发明所制备的Janus织物不仅具有生物可降解性能，同时具有良好的定向输液性能，可应用于制作运动服、防护服、特殊工作服或士兵服等服装。

Description

一种全生物降解JANUS织物的制备方法和应用

技术领域

本发明属于JANUS织物技术领域，具体涉及一种全生物降解JANUS织物的制备方法和应用。

背景技术

织物的内外层浸润性不同能够实现织物的单向导湿功能，即内层具备疏水性，可将汗液或热气传输到织物外侧，从而保持皮肤干爽；外层具有亲水性，可将导出的汗液和热气扩散到空气中，同时阻止水汽反向进入内层。具备这种功能的织物称为Janus织物或单向导湿织物，在纺织领域又称为速干面料。

Janus织物具有优异的热湿舒适性，被用于制作高性能的运动服、防护服、特殊工作服、士兵服等。目前Janus织物的制备方法主要有织物结构设计、贴合、化学整理等，以上方法通过构筑亲疏水性差异较大的双层结构，使织物具有较好的单向导湿能力，但也存在一定的局限性，如贴合、后整理会影响织物的透气性、舒适性，加工过程会排放废水和废气。

另外，生物可降解高分子材料是替代聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等难生物降解材料的最佳选择，也是解决塑料污染的一种重要途径。大部分生物可降解聚合物分子主链含有柔性的脂肪族链，且含有易水解的酯基、酰胺基等含氧官能团，因此容易被自然界中的水分解为碎片，进而被微生物分解为小分子产物。此外生物可降解脂肪族聚酯材料具有高强度、高柔性、透气性好的特点，在纺织服装领域有广阔的应用前景。

中国公开专利文献(CN111926570A)公开了一种基于聚乳酸的Janus织物及其制备方法和应用，该Janus织物包括改性聚乳酸织物层和聚乳酸纳米纤维膜层，改性聚乳酸织物层侧为超亲水侧，聚乳酸纳米纤维膜层侧为疏水侧，改性聚乳酸织物层包括聚乳酸织物层和纳米二氧化钛，优选还包括聚多巴胺，聚乳酸纳米纤维膜层通过聚乳酸电纺前驱体纺丝液静电纺丝得到，该Janus织物具有单向透水性，透气、透湿性能优异，且具有优异的紫外防护性能，可用作防水透气防护服，具有较好的服用舒适性。

但是，该工艺比较复杂，需要使用多巴胺化学成分修饰表面并通过溶胶-凝胶法负载纳米二氧化钛颗粒，才能够在聚乳酸织物表面形成一层坚固的、丰富的微纳米尺度“突起”，才能实现亲水改性。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种全生物降解JANUS织物的制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

全生物降解JANUS织物的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生物降解树脂按质量比溶解于有机溶剂，磁力搅拌得到纺丝溶液，装入静电纺丝的注射器中，设定推进速度、纺丝电压、时间和接收距离，将纺出的纳米纤维收集在用覆有铝箔的金属辊筒上，烘干除去溶剂得到全生物降解纤维膜；

S2、将步骤S1的全生物降解纤维膜装入低温等离体设备，抽真空后通入等离子气体，设定功率和时间，对全生物降解纤维膜进行亲疏水改性，得到具有单向透湿功能的Janus织物，疏水表面的接触角达142度以上，亲水表面的接触角达10度以下。

优选地，所述生物降解树脂为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙醇酸、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯的一种或多种。

优选地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜的一种或多种。

优选地，所述步骤S1中的磁力搅拌的温度为60℃～70℃，时间为10-14小时。

优选地，所述纺丝溶液的固含量为10％～20％。

优选地，所述静电纺丝工艺为：推进速度0.2ml/min～0.8ml/min，纺丝电压设定为10KV～20KV，纺丝时间为10min～20min，接收距离为15cm～20cm。

优选地，所述低温等离子设备的工艺参数为：等离子腔体真空度为10^-5～10^-6，等离子功率为30W～120W，处理时间为5min～20min，纺丝温度25±2℃，湿度为30％-50％。

优选地，所述等离子气体为O₂、N₂、CO、CO₂、CF₄、NH₃、Ar、He的一种或多种。具体的：通过CF4进行疏水改性，通过O₂、N₂、CO、CO₂、NH₃、Ar、He的一种或多种进行亲水改性。

本发明还提供一种基于上述制备方法制得的全生物降解JANUS织物在服装上的应用，比如运动服、防护服、特殊工作服或士兵服。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、传统的Janus单向透湿织物多采用涤纶、尼龙等不可生物降解的高分子材料，丢弃后会污染环境，纯棉织物可生物降解，但其力学性能难以满足要求。本发明采用静电纺丝制备全生物降解纤维膜，利用低能等离子设备对膜表面进行改性，得到一种具有单向透湿功能的全生物降解Janus织物，不仅具有生物可降解性能，同时具有良好的定向输液性能。

2、本发明所制备的Janus织物具有单层结构，改性工艺操作简单、环保，改性后不影响原有织物的透气性和舒适性，疏水表面的接触角达142度以上，亲水表面的接触角达10度以下，可应用于制作运动服、防护服、特殊工作服或士兵服等服装。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的Janus织物亲疏水表面的接触角。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将0.16gPBAT树脂和0.1gPLA树脂溶解于20mL溶剂(DMF和二氯甲烷体积比为3:7)中，60℃下磁力搅拌12h，得到固含量为13％的纺丝溶液，装入静电纺丝的注射器中，在0.5ml/min的推进速度下纺丝，纺丝机的正负电压分别设定为20kV和-1kV，纺丝时间为15min，接收距离为15cm，纺丝温度25℃，湿度为40％，将纺出的纳米纤维收集在用覆有铝箔的金属辊筒上，烘干除去溶剂得到PBAT/PLA得到全生物降解纤维膜。

S2、将步骤S1的PBAT/PLA全生物降解纤维膜固定在平板玻璃上，织物边缘用胶带固定放入等离子腔体中，使其单面暴露在低温等离子设备腔体中，设置等离子功率为100W，处理时间为5min，当等离子腔体真空度降至10^-5～10^-6，通入O₂和Ar混合气体，开启设备放电对织物进行表面亲水改性，接着重复上述步骤，通入CF₄对织物的另一面进行疏水改性，得到具有单向透湿功能的Janus织物。

实施例2

S1、将0.15gPBAT树脂和0.05gPGA溶解于20mL溶剂(DMF和DMSO体积比为7:3)中，60℃下磁力搅拌12h，得到固含量为10％的纺丝溶液，装入静电纺丝的注射器中，在0.6ml/min的推进速度下纺丝，纺丝机的正负电压分别设定为12kV和-1kV，纺丝时间为10min，接收距离为15cm，纺丝温度25℃，湿度为40％，将纺出的纳米纤维收集在用覆有铝箔的金属辊筒上，烘干除去溶剂得到PBAT/PGA得到全生物降解纤维膜。

S2、将步骤S1的PBAT/PGA全生物降解纤维膜固定在平板玻璃上，织物边缘用胶带固定放入等离子腔体中，使其单面暴露在低温等离子设备腔体中，设置等离子功率为90W，处理时间为5min，当等离子腔体真空度降至10^-5～10^-6，通入CO₂和N₂混合气体，开启设备放电对织物进行表面亲水改性，得到具有单向透湿功能的Janus织物。

实施例3

S1、将0.20gPBAT树脂和0.05gPCL溶解于20mL溶剂(DMF和二氯甲烷体积比为4:6)中，60℃下磁力搅拌12h，得到固含量为12.5％的纺丝溶液，装入静电纺丝的注射器中，在0.8ml/min的推进速度下纺丝，纺丝机的正负电压分别设定为14kV和-1kV，纺丝时间为20min，接收距离为15cm，纺丝温度25℃，湿度为40％，将纺出的纳米纤维收集在用覆有铝箔的金属辊筒上，烘干除去溶剂得到PBAT/PCL得到全生物降解纤维膜。

S2、将步骤S1的PBAT/PCL全生物降解纤维膜固定在平板玻璃上，织物边缘用胶带固定放入等离子腔体中，使其单面暴露在低温等离子设备腔体中，设置等离子功率为120W，处理时间为5min，当等离子腔体真空度降至10^-5～10^-6，通入O₂和NH₃混合气体，开启设备放电对织物进行表面亲水改性，得到具有单向透湿功能的Janus织物。

实施例4

S1、将0.15gPBAT树脂和0.1gPBS溶解于20mL溶剂(DMF和二氯甲烷体积比为5:5)中，60℃下磁力搅拌12h，得到固含量为18％的纺丝溶液，装入静电纺丝的注射器中，在0.6ml/min的推进速度下纺丝，纺丝机的正负电压分别设定为18kV和-1kV，纺丝时间为20min，接收距离为15cm，纺丝温度25℃，湿度为40％，将纺出的纳米纤维收集在用覆有铝箔的金属辊筒上，烘干除去溶剂得到PBAT/PBS得到全生物降解纤维膜。

S2、将步骤S1的PBAT/PBS全生物降解纤维膜固定在平板玻璃上，织物边缘用胶带固定放入等离子腔体中，使其单面暴露在低温等离子设备腔体中，设置等离子功率为100W，处理时间为5min，当等离子腔体真空度降至10^-5～10^-6，通入CO和NH₃混合气体，开启设备放电对织物进行表面亲水改性，接着重复上述步骤，通入CF₄对织物的另一面进行疏水改性，得到具有单向透湿功能的Janus织物。

分别取实施例1-4的Janus织物进行透湿率和接触角测试，其中通过接触角测试仪测试Janus织物对水的接触角，测试所选水的体积为3.5微升，每个样品选取5个不同位置作为测试点，取其平均值作为接触角测试数据，结果参见表1。

在实施例1的Janus织物上滴加3.5微升的水滴，采用视频接触角测试仪拍摄织物上的水滴接触角随时间的变化情况，如图1所示。

以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述生物降解树脂为聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙醇酸、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的磁力搅拌的温度为60℃～70℃，时间为10-14小时。

5.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述纺丝溶液的固含量为10％～20％。

6.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝工艺为：推进速度0.2ml/min～0.8ml/min，纺丝电压设定为10KV～20KV，纺丝时间为10min～20min，接收距离为15cm～20cm。

7.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述低温等离子设备的工艺参数为：等离子腔体真空度为10^-5～10^-6，等离子功率为30W～120W，处理时间为5min～20min。

8.根据权利要求1所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：所述等离子气体为O₂、N₂、CO、CO₂、CF₄、NH₃、Ar、He的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的一种全生物降解JANUS织物的制备方法，其特征在于：通过CF4进行疏水改性，通过O₂、N₂、CO、CO₂、NH₃、Ar、He的一种或多种进行亲水改性。

10.一种基于如权利要求1至9任一项所述的的制备方法制得的全生物降解JANUS织物在服装上的应用。