浅析形状记忆聚合物在面料后整理中的应用

吴佳美 ，刘咏梅

(东华大学，上海 200051)

浅析形状记忆聚合物在面料后整理中的应用

吴佳美 ，刘咏梅

(东华大学，上海 200051)

文章综述了形状记忆聚合物在面料后整理中的应用现状，提出了今后研究的方向，并对其前景进行了展望。

形状记忆聚合物；面料；织物后整理；纺织服装

当前，随着化学工业的研究与发展，越来越多的新型材料应用于纺织领域，形状记忆聚合物因其刺激方式多样化、弹性形变优异、柔韧性好、力学性能可调节、变形温度可调整、原材料充足、易加工成型、耐腐蚀、电绝缘性、保温和生物相容性好等优势[1]，已用于开发多种形状记忆纤维及织物，如抗菌、抗静电、抗紫外、低温保暖、高温透湿等纺织品。本文在介绍形状记忆聚合物记忆机理、特性的基础上，对其在纺织面料后整理方面的发展与应用进行了分析探究。

1 形状记忆聚合物的记忆机理及分类

形状记忆聚合物(SMP)是指具有初始形状，经形变并固定之后，通过热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激，触发材料做出响应，使其恢复初始形状的智能材料[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。聚合物材料的形状记忆效应不是材料固有的行为，一般是聚合物材料通过一定的加工处理方式得到的一种特殊行为，遵循起始态-变化形态-恢复起始态的变化过程。形状记忆聚合物结构模型见图1。

形状记忆聚合物种类繁多，根据触发条件和回复原理主要分为4类：热致型、电致型、化学感应型和光致型等；根据分子链种类，形状记忆聚合物又可分为交联聚烯烃、聚氨酯、聚酯等。形状记忆聚合物材料的功能性是其在纺织服装上实际应用的关键。根据形状记忆功能，有单向和双向之分[3]。单向形状记忆聚合物在每次形状回复前都需要一个外力赋予暂时形态的过程，而双向形状记忆聚合物通过一次赋形就能在两个形状之间来回转换。与双向形状记忆聚合物相比，单向形状记忆聚合物具有柔软、变形大、易赋形等优点。形状记忆聚合物的性能[4]在纺织服装领域中的应用主要通过以下几种方式表现：形状展开、形状回复力应用、体积膨胀、透气性等。如表1是形状记忆聚合物的性能及其在纺织服装上的应用。

图1 形状记忆结构模型[4]

性能应用性能应用形状回复力铆钉；抗皱织物透气性作战服；帐篷；运动服；皮革；卫生巾等体积膨胀防火防护服形状展开抗皱织物

2 形状记忆聚合物在面料后整理中的应用分析

形状记忆聚合物在纺织服装上的应用包括两方面：一类是前处理，即面料织物形成前的处理，如对纤维纱线的处理。另一类是后整理，即对面料进行后处理加工，赋予其形状记忆能力。下文主要介绍形状记忆聚合物在面料后整理中的应用。

2.1 抗皱织物

传统的抗皱面料是将镍钛合金植入纤维纱线中，从而使得面料具有抗皱的性能。而目前利用形状记忆聚合物对织物进行后整理使其具有抗皱性能，主要有以下两种方法：

第一种方法是将形状记忆聚氨醋制备成乳液[5]，根据聚氨醋的形状记忆触发温度将聚氨醋乳液设计成不同种类，并将其用于织物的整理或层压膜，从而赋予织物不同的形状记忆效果。因为针对不同的整理对象，可选择不同的聚合物乳液，设定不同的记忆触发温度，使织物具有抗皱、免烫、防水、透湿、保温、定型等多种功能。这一技术是形状记忆材料从理论走向实践的突破。第二种方法是将形状记忆聚合物的高分子粉末粘结到织物表层，从而形成抗皱薄膜。要使织物发生改变，只需要提高周围环境温度或者穿上人体，即可迅速完成高分子的玻璃化转变，实现形状变化。这种特殊设计，达到了保持形态的效果，同时抗皱性能出众，制成的抗皱织物不仅手感舒适且整理方便。

与传统的形状记忆合金植入纤维纱线的抗皱面料相比，形状记忆聚合物能实现的功能更多，应用范围更为广泛，能集抗皱、防水、透湿、保温等多功能于一身，且它可形成抗皱薄膜，这一点是传统的合金抗皱面料所达不到的。

2.2 调温织物

形状记忆聚合物应用在调温织物中，主要采用的是涂层方法。它是将聚合物高分子作为织物面料涂层，此复合面料可根据外界变化选择调整吸收或放出热量，可有效存储热量，从而达到保温效果，使人体感觉舒适[6]。其中聚氨酷织物涂层为典型代表，通过促使高分子材料的玻璃化温度转变始终让人体保持在舒适温度范围内。当外界温度高于临界温度，织物中高分子热运动加快，体积膨胀，透气性提升，亲水基团使人体始终感觉到舒适凉爽。反之，若温度过低则出现放热作用，透气性降低，从而防风保温。这类材料在野外防护服设计领域有着十分显著的应用优势，在多个品牌的野外服装设计中都可窥见端倪。

2.3 防水透气织物

防水透气织物是应用形状记忆聚氨酷做衣物高防水透气涂层，该织物的防水性与透气性均较佳，还可与体温相互作用达到调节人体温度的作用。因此无论是极端环境条件还是普通环境条件都适用，其在透气性、防水性与保暖性上的卓越表现使该织物成为形状记忆聚合物在服装设计领域的一个经典之作，其中日本三菱公司的Duplex系列服装就是应用该织物面料制做而成[7]。

另外，应用聚四亚甲基氧二元醇、聚环氧乙烷二元醇、聚对苯二甲酸丙二醇酷等材料制作的衣物在保温透气防水方面也有较好的表现。

2.4 湿度感应织物

湿度感应织物是一种较为特殊的织物，其构成主体是湿度感应记忆材料，当织物处于周围环境湿度较高或在多水环境中时，其具有某方向变形或回复能力，并且具有良好的抗湿作用，由美国Topolkarae等人发明。目前广泛应用于各类用完即弃卫生产品，如尿不湿、卫生巾、训练裤等，在野外防水服装中也有着较好的应用效果[8]。与传统吸湿织物相比，该织物会提高服装的舒适性，正因其有这方面的优势，使其在运动健身服装面料方面也有应用空间。

3 展望

形状记忆聚合物在纺织服装领域的应用才刚刚起步。虽有众多产品问世，但是对记忆合金、高分子材料的应用还需进一步开发。

3.1 织物后整理主要方式为涂层法，需根据不同织物性能设计开发不同的涂层，要求不仅加工方便、易于处理还需降低成本、提高材料稳定性。

3.2 可结合新纤维新技术与涂层技术相结合，改善其现有的材料稳定性欠佳的问题。

3.3 形状记忆聚合物在纺织服装领域的应用可拓展延伸到科技服装的范畴，拓宽形状记忆聚合物在面料后整理的应用范围。

4 结论

综上所述，形状记忆聚合物在纺织领域的研究与实践还需进一步深入，虽然目前已经开发出众多不同性能的织物，但是从长远来看，织物的后整理范围广泛，不应仅限于涂层的应用。织物后整理的开发与提升还需更多的先进技术作为支撑，因此要积极探索，在技术上不断寻求进步与突破，在设计实践上不断寻求创新，从而更好地发挥形状记忆聚合物在纺织领域的作用，促使其研究和应用走向成熟。

[1] 胡金莲，范浩军.智能热敏形状记忆聚合物及其应用[J].纺织学报，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] 金关秀，莫穷，胡金莲，等.聚氨酯形状记忆纤维/棉包芯纱的染整加工[J].印染，2014，40(16)：30—32.

[6] 王颖悟，夏琳，辛振祥.形状记忆聚合物材料的研发和应用[J].合成橡胶工业，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

吴佳美(1989—)，女，安徽东至人，硕士研究生。

TS195.1

A

1009-3028(2016)03-0053-03