刺激響應(yīng)型水凝膠在紡織中的應(yīng)用進(jìn)展（續(xù)完）

曾林泉

（Nano-Tex Asia Ltd.，湖南株洲 412000）

3 紡織品上水凝膠的工作原理

為了提高舒適度，紡織品對(duì)身體濕度和溫度的主動(dòng)平衡至關(guān)重要。使用凝膠纖維織造紡織品或在紡織品表面引入凝膠，可以制得多種模仿生物系統(tǒng)功能和對(duì)外界刺激響應(yīng)的智能紡織品，這類紡織品具有調(diào)溫、調(diào)濕、控釋、儲(chǔ)水等功能。

紡織纖維上的刺激響應(yīng)型水凝膠可以通過檢測(cè)和響應(yīng)環(huán)境條件的變化而與使用者相互作用。當(dāng)外部刺激使水凝膠膨脹時(shí)，紡織材料的孔隙率下降，導(dǎo)致身體蒸汽滯留，皮膚表面蓄熱；相反，當(dāng)外部刺激使水凝膠收縮時(shí)，織物孔隙率增大，紡織品透氣性提高，氣流從皮膚表面穿過紡織品到皮膚周圍，帶來更多的身體蒸汽和熱轉(zhuǎn)變[12]。

刺激響應(yīng)型水凝膠也可用于醫(yī)療和衛(wèi)生紡織品中，起到控制釋放活性物質(zhì)的作用，可加速傷口愈合或增加皮膚護(hù)理效果。水凝膠在致使其溶脹的環(huán)境條件下吸收活性成分，活性物質(zhì)可以保留在水凝膠結(jié)構(gòu)中，直到環(huán)境條件引發(fā)收縮。由外部刺激引發(fā)的水凝膠可逆膨脹和收縮僅在特定條件下提供活性物質(zhì)并受控釋放到環(huán)境中。

4 刺激響應(yīng)型水凝膠在紡織中的應(yīng)用

刺激響應(yīng)型水凝膠可以溶液、微膠囊、泡沫或凝膠的形式應(yīng)用于紡織品基材上[41]。從技術(shù)角度來看，浸軋焙烘法是最常見和最容易獲得的方法，也可在設(shè)計(jì)合成纖維時(shí)，將水凝膠摻入纖維中[42-44]。不管使用方法如何，織物基材上的水凝膠顆粒分布均勻，厚度最小，對(duì)于實(shí)現(xiàn)水凝膠顆粒親水性的自由溶脹至關(guān)重要[45]。纖維的初始化學(xué)組成決定了其親水性或疏水性，這大大影響了對(duì)功能整理劑的吸收；而刺激響應(yīng)型水凝膠不會(huì)與紡織品基材形成共價(jià)鍵。由于紡織品基材和水凝膠之間的化學(xué)和物理相容性極大地影響了水凝膠的耐久性，因此，在紡織材料上應(yīng)用刺激響應(yīng)型水凝膠時(shí)需使用不同方法。纖維的化學(xué)組成、橫截面形狀、直徑，織物的編織圖案、厚度等都會(huì)對(duì)織物的水分和水蒸氣透過率產(chǎn)生很大影響，并且會(huì)影響水凝膠功能性織物的性能[46]。

根據(jù)水凝膠提供的智能紡織品功能，有2 種應(yīng)用方法：材料技術(shù)和生物技術(shù)[12]。材料技術(shù)方法對(duì)于提高紡織品的舒適度至關(guān)重要，要求水凝膠對(duì)紡織材料物理機(jī)械性能的影響最小，耐久性較高。這2 個(gè)因素都與水凝膠的合成條件、粒徑和應(yīng)用技術(shù)直接相關(guān)。為了增加水凝膠涂層的耐久性，將水凝膠與交聯(lián)劑或預(yù)先活化的纖維組合使用。后者可以通過低溫等離子體處理實(shí)現(xiàn)，該方法可在纖維表面上提供新的官能團(tuán)作為水凝膠和基材之間的鍵合點(diǎn)。此外，等離子體刻蝕增加了纖維表面的粗糙度以及比表面積，對(duì)水凝膠的吸附量增大[47]。水凝膠粒徑對(duì)紡織材料的力學(xué)性能有顯著影響，納米凝膠結(jié)合了水凝膠和納米粒子的特性，涂層是均勻的薄凝膠層或顆粒，對(duì)紡織基材的機(jī)械性能和觸覺性能影響最小[48-49]。生物技術(shù)方法在制備醫(yī)療和衛(wèi)生紡織品中更常見，通常將紡織品基材用作攜帶材料，當(dāng)水凝膠處于親水、溶脹狀態(tài)時(shí)，有助于改善紡織品上水凝膠的機(jī)械性能。因此，紡織品基材的生物相容性和水凝膠的最大反應(yīng)性是至關(guān)重要的，水凝膠對(duì)織物基材機(jī)械和物理性能的影響不那么重要[12]。

4.1 在紡織品敷料中的應(yīng)用

水凝膠具有保水性和釋放性，質(zhì)地柔軟，可結(jié)合紡織品制成凝膠紡織品敷料，是目前紡織品敷料的熱門研究方向。凝膠紡織品敷料充分利用了水凝膠的特點(diǎn)，一方面可以與不平整的創(chuàng)面緊密貼合，形成濕潤(rùn)的愈合環(huán)境，減少對(duì)傷口的刺激，避免傷口粘連開裂；另一方面能夠吸收傷口滲液，氧氣和藥物可通過水凝膠緩慢持續(xù)地釋放到傷口，促進(jìn)傷口愈合[50]。凝膠紡織品敷料可用于皮膚創(chuàng)傷、潰瘍（褥瘡、結(jié)核、露菌、真菌感染等）、燒傷、燙傷及皮膚病[51]。相比目前使用的紗布或敷料，凝膠紡織品敷料有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在部分發(fā)達(dá)國(guó)家已實(shí)現(xiàn)商品化。我國(guó)也有相關(guān)的專利，如中空醋酸纖維抗菌型水凝膠敷料[52]和含藥物、殼聚糖的聚乙烯醇水凝膠敷料[53]。

在實(shí)例中，基于P-NIPAAm大凝膠及其共聚物的智能傷口敷料通過接枝共聚合與紡織品基質(zhì)結(jié)合，所述接枝共聚合包括在基底上產(chǎn)生自由基，然后將單體直接聚合在紡織品表面上[54]。P-NIPAAm與聚氨酯共聚并接枝到纖維素?zé)o紡布上，或與N,N-亞甲基雙丙烯酰胺（BIS）共聚接枝到纖維素載體上[55]。由于聚合物的LCST 在體溫范圍內(nèi)，基于P-NIPAAm 的微凝膠迄今為止研究最多[56]。基于P-NIPAAm的微凝膠通過接枝聚合或單獨(dú)與1,2,3,4-丁烷四羧酸結(jié)合應(yīng)用于紡織品，使微凝膠與紡織品的官能團(tuán)形成化學(xué)結(jié)合[24]。為改善其機(jī)械性能并降低凝結(jié)趨勢(shì)，已經(jīng)將P-NIPAAm與其他聚合物如共聚物2-氨基乙基甲基丙烯酸酯共同合成[29]。為獲得無菌環(huán)境，將不同的抗微生物劑添加到微凝膠中，例如各種形式的銀、氧化鋅和基于季銨鹽的殺生物劑[56]。Chen等[57]制得一種具有3層結(jié)構(gòu)的復(fù)合紡織品敷料。殼聚糖凝膠為敷料內(nèi)層，貼合皮膚，可抑制大腸埃希菌和金黃葡萄球菌的正常活動(dòng)，同時(shí)修復(fù)傷口組織的成纖細(xì)胞，使其保持較好的活性；溫敏性P-NIPAAm為敷料中層，當(dāng)溫度低于其LCST時(shí)，該層發(fā)生溶脹，黏附性降低，可以減輕更換敷料時(shí)患者的疼痛感；PP 無紡布為敷料外層，用來保持紡織品敷料的形態(tài)，同時(shí)，其孔洞結(jié)構(gòu)易于傷口滲液排出，防止發(fā)生二次感染[58]。Goodhead[59]制備的Comfeel敷料具有半閉合式雙層結(jié)構(gòu)，外層為通透的聚氨酯薄膜，內(nèi)層為羧甲基纖維素鈉微粒和黏性彈性體，微粒嵌在黏性彈性基質(zhì)內(nèi)，具有自黏性。當(dāng)羧甲基纖維素鈉微粒與傷口滲液作用時(shí)，會(huì)迅速膨脹形成不與創(chuàng)口粘連的凝膠，具有較強(qiáng)的滲液吸收能力和良好的蒸發(fā)性，能快速溶解焦痂，清除腐敗組織，并促進(jìn)傷口愈合。潘燕等[60]制備了一種親水性智能傷口敷料（PUF），可在潮濕環(huán)境中保護(hù)受損組織。徐雄立[61]以殼聚糖和明膠作為主要原料，用靜電紡絲法制備含有納米銀的明膠基凝膠納米纖維，此種纖維具有良好的機(jī)械性能和5 g/g的平衡溶脹度，采用這種纖維制作的敷料對(duì)金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌皆有99%以上的抑菌率，是理想的醫(yī)用敷料材料。據(jù)報(bào)道，3M公司已開發(fā)出一款名為“Tegaderm”的納米纖維敷料產(chǎn)品，具有愈合迅速、不留傷疤、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)；該敷料為PCL/凝膠納米纖維網(wǎng)鋪敷于PU 網(wǎng)材上，不僅生物相容性好，而且機(jī)械性能優(yōu)異[62]。

納米凝膠已被用于醫(yī)用紡織品領(lǐng)域，作為傷口敷料、組織工程和活性物質(zhì)遞送的智能涂層。有一種納米凝膠的智能傷口敷料采用普魯蘭多糖納米凝膠，將膠原蛋白承載到由硅酮制成的Nano Clik膜上[37]，該涂層能促進(jìn)傷口愈合并保護(hù)傷口免受感染。在另一項(xiàng)研究中，將10～50 nm 的納米銀粒子嵌入聚乙烯醇（PVA）凝膠中，然后應(yīng)用于棉織物；該P(yáng)VA 的羥基穩(wěn)定了銀納米粒子以防止其聚集和進(jìn)一步生長(zhǎng)，可達(dá)到細(xì)菌顯著減少和傷口更快速愈合的作用[35]。為了設(shè)計(jì)智能傷口敷料，將溫度響應(yīng)型納米凝膠[聚（N-異丙基丙烯酰胺）-co-烯丙基胺（PNIPAm-co-ALA）]與摻入的硝酸銀接枝到無紡聚丙烯織物上[27]。納米凝膠顆粒在高于P-NIPAAm LCST 以上的溫度下具有72 nm 的直徑，在該溫度下，細(xì)菌生長(zhǎng)被阻止。納米凝膠可通過靜電紡絲添加到紡絲原液中。復(fù)合聚（己內(nèi)酯）微纖是由聚（乙烯基己內(nèi)酰胺）和2-（甲基丙烯酰氧基）乙基乙酰乙酸酯（PVCL/AAEM）共聚物組成的納米凝膠紡絲而成[43]，使用了2種不同的溶劑體系：甲醇/甲苯和氯仿/二甲基甲酰胺。用甲醇/甲苯紡出的纖維具有3 mm的直徑，并且納米凝膠顆粒位于纖維芯的中心；而使用氯仿/二甲基甲酰胺紡出的纖維直徑為1 μm，納米凝膠顆粒在纖維表面，干燥狀態(tài)下，水凝膠納米顆粒的尺寸為100 nm。王彩霞[63]制備了具有抗菌性的細(xì)菌纖維素（BC）基復(fù)合材料，其生物相容性好，可用于創(chuàng)傷敷料。抗菌性實(shí)驗(yàn)表明，在BC、BC/聚丙烯酰胺（PAM）、BC/海藻酸鈣（CA）3 種材料中，BC/CA 更易作為銀納米粒子穩(wěn)定成型的模板；3 種材料均具有較強(qiáng)的抗菌性，尤其是對(duì)金黃葡萄球菌，其中，BC-CA/Ag-NPs的抗菌性最好；生物相容性實(shí)驗(yàn)表明，BC-CA/Ag-NPs具有較好的生物相容性。

4.2 在紡織品舒適整理中的應(yīng)用

納米凝膠和微凝膠均可用于改善舒適度。為了達(dá)到對(duì)溫度和pH的雙重響應(yīng)，聚N-異丙基丙烯酰胺可與殼聚糖（PNCS）微凝膠結(jié)合使用，無表面活性劑的乳液聚合可制備粒徑為200 nm的微凝膠，再通過羧甲基化和胺化活化得到PNCS微凝膠[21,64]。

PNCS微凝膠可應(yīng)用于不同的紡織品基材，如棉、聚酯和聚酰胺[12]，可通過各種手段增加纖維上的活性基團(tuán)，增強(qiáng)對(duì)微凝膠的吸附，例如，羧甲基化（如使用一氯乙酸）可形成羧甲基；而用活性染料將棉織物染色，然后還原可使棉織物胺化，從而在纖維表面上形成氨基。胺化PNCS 微凝膠涂層織物的pH 響應(yīng)性優(yōu)異，2種活化的織物溫度響應(yīng)性相當(dāng)。氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾蜏氐入x子體用于棉織物的物理活化，不僅能增加纖維表面官能團(tuán)的數(shù)量，而且通過等離子體蝕刻增加了纖維的粗糙度，獲得更大的接觸表面，因此，PNCS微凝膠對(duì)纖維的黏附性更大[65]。

PNCS 微凝膠與交聯(lián)劑即1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）[48,66]和N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺的組合已被研究[26,67]。在BTCA 存在的情況下，將PNCS 微凝膠應(yīng)用于棉織物，BTCA與纖維素、殼聚糖的羥基反應(yīng)形成酯鍵，并與殼聚糖的游離氨基形成酰胺。將PNCS 微凝膠與N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑組合使用時(shí)，預(yù)先用丙烯酸處理的聚酯織物，在二苯甲酮光引發(fā)劑存在下，經(jīng)紫外光照射實(shí)現(xiàn)交聯(lián)。在另一項(xiàng)研究中，PNCS 微凝膠在聚酯織物上的應(yīng)用通過溶膠-凝膠技術(shù)實(shí)現(xiàn)，生成聚硅氧烷基體覆蓋于聚酯織物上。由于聚硅氧烷基質(zhì)的彈性特性，PNCS 微凝膠顆粒可以沒有任何限制地膨脹、收縮，增加了水凝膠涂層的耐洗牢度[23,68]。李金才等[69]以PNCS/聚（N-異丙基丙烯酰胺）對(duì)氨基改性聚酯進(jìn)行微凝膠整理，整理織物有溫度響應(yīng)和智能調(diào)節(jié)水蒸氣透過的作用，低溫時(shí)導(dǎo)濕，高溫時(shí)利于水汽透過，可提高織物的穿著舒適性。Chen 等[70]通過紫外光引發(fā)在PP 織造布表面接枝共聚了P-NIPAAm 溫敏水凝膠，極大地改善了表面親水性，而且受P-NIPAAm 溫敏水凝膠的影響，接枝聚丙烯非制造布能響應(yīng)溫度變化，調(diào)節(jié)吸濕透氣性。Save等[71-72]將N-叔丁基丙烯酰胺（NTBA）和丙烯酰胺（Am）線性共聚物涂層到棉織物上，相轉(zhuǎn)變溫度為15～40 ℃，涂層織物的溶脹能在20 min 內(nèi)完成，退溶脹僅用2～3 min。當(dāng)相對(duì)濕度為20%，以未涂層織物為基準(zhǔn)時(shí)，此共聚物涂層織物的水蒸氣透過率（WVTR）在15 ℃時(shí)為58%，在45 ℃時(shí)為94%，而無溫敏性聚丙烯酰胺涂層織物的WVTR 在15 ℃時(shí)為70%，在45 ℃時(shí)為96%。可見共聚物涂層織物的WVTR 對(duì)環(huán)境溫度變化表現(xiàn)出了明顯的響應(yīng)，可用于紡織品的舒適整理中。白會(huì)東[73]將P-NIPAAm/PVA 水凝膠應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)內(nèi)衣，在一定程度上改善了其舒適性。WANG Xiaowen等[74]制備了聚乙二醇（PEG）、聚ε-己內(nèi)酯（PCL）、六亞甲基二異氰酸酯（HMDI）的三元嵌段共聚物水凝膠，然后將其涂覆在吸水無紡布的一面，織物表現(xiàn)出溫度觸發(fā)的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變行為；當(dāng)周圍溫度接近34 ℃時(shí)，液體包括汗液、血液和其他體液，可從涂有疏水凝膠涂層的織物一側(cè)單向傳遞至未經(jīng)處理的一側(cè)。Glampedaki等[75]將乙酰殼多糖嵌入到熱敏聚丙烯酸水凝膠中，制備一種復(fù)合水凝膠；將該水凝膠摻入到聚酰胺6,6 織物表面，可以顯著提高聚酰胺纖維的潤(rùn)濕性，用于制備調(diào)溫調(diào)濕織物。

4.3 在紡織品功能整理中的應(yīng)用

將不同的活性物質(zhì)添加到納米凝膠結(jié)構(gòu)中可以獲得具有保護(hù)功能的紡織品。刺激響應(yīng)型水凝膠通常可用于紡織品抗菌、除臭、防蟲、抗紫外、抗水浸等功能性整理中。

將基于P-NIPAAm 的納米凝膠和摻入銀納米粒子的甲基丙烯酸（MAA）在合成期間或之后涂覆到非織造布上可獲得抗菌性能。分析表明，納米凝膠粒徑在180～200 nm，在合成過程中添加銀納米粒子會(huì)有較少的團(tuán)聚和較小的粒子尺寸[28]。Liu 等[76]用PNIPAAm 與順丁烯二酸酐-β-CD 合成了一種凝膠共聚物，具有溫度、pH 雙重敏感性和包含分子的功能，可以根據(jù)外界刺激釋放包含的功能分子，應(yīng)用于織物的芳香、抗菌和除臭整理。張俊芝等[77]以生物相容性良好的精氨酸（M-Arg）為原料，經(jīng)過改性制備具有兩性離子基團(tuán)的M-Arg 單體，然后與NIPAAm 經(jīng)自由基共聚制備生物相容性良好、具有溫敏性的P(M-Arg/NIPAAm)系列復(fù)合水凝膠敷料，可用于紡織品的抗菌整理。Sharma 等[78]使用2步自由基聚合法將聚苯胺鏈成功導(dǎo)入瓜爾膠/丙烯酸體系中，制備了具有抗菌活性的導(dǎo)電水凝膠；抑菌測(cè)試表明：對(duì)革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性大腸桿菌均具有抑菌活性。尹國(guó)強(qiáng)等[79]采用含有烯丙基結(jié)構(gòu)的季銨鹽辛烷基烯丙基二甲基氯化銨（OADMAC）和丙烯酰胺為原料、過硫酸鉀為引發(fā)劑、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過反相懸浮聚合法合成具有抗菌性能的高吸水性凝膠材料，其對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌等微生物菌株均有殺滅和抑制生長(zhǎng)的作用，季銨基團(tuán)的含量越高，抗菌效果越好。此外，將濕紡的凝膠態(tài)纖維浸入抗菌防臭劑溶液中，可把抗菌防臭劑溶液封入內(nèi)部，使織物起到抗菌防臭的作用。由于凝膠材料具有緩釋性的作用，因此，這種纖維區(qū)別于一般抗菌纖維之處在于無論是輕微活動(dòng)還是劇烈運(yùn)動(dòng)，既不讓細(xì)菌任意繁衍，也不殺死全部細(xì)菌，控制皮膚表面細(xì)菌的數(shù)量維持在正常水平[80]。

由載有殺蟲劑芐氯菊酯的β-環(huán)糊精（CD）組成的納米凝膠，可用于羊毛和其他角蛋白纖維的抗蟲及防蛀整理[36]。Mide 公司生產(chǎn)的Smart Skin 潛水服在常用的氯丁橡膠保溫材料內(nèi)側(cè)多加了一層溫敏水凝膠與聚氨酯泡沫的復(fù)合物，利用溫敏水凝膠根據(jù)溫度變化發(fā)生體積變化響應(yīng)的特性，調(diào)節(jié)潛水服對(duì)水的透過率，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。據(jù)報(bào)道，在水溫極低的情況下，Smart Skin的保暖性能比常規(guī)潛水服提升70%[81]。

天津工業(yè)大學(xué)對(duì)智能型抗浸服進(jìn)行了系統(tǒng)研究，初步取得了一些進(jìn)展[82-83]。目前已經(jīng)合成出相轉(zhuǎn)變溫度在20 ℃左右的溫敏性水凝膠，擬通過一定方法將其和織物結(jié)合，使其在感知低溫的海水后溶脹，起到抗浸的作用。

Trombino 等[84]將丙烯酰氯接枝到纖維上，其與N,N-二甲基丙烯酰胺在NH3/尿素的水溶液中進(jìn)行自由基聚合，再通過酰基化反應(yīng)將阿魏酸接枝到水凝膠的自由羥基上。研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠具有抗氧化性，可提高紡織品的耐曬牢度。

劉茜等[85]利用一種名為聚N-異丙基丙烯酰胺（PNI-PAM）的光敏性水凝膠制備了一種薄膜材料；在高溫環(huán)境中，其能自動(dòng)調(diào)節(jié)紫外線的透過率，使人體皮膚免受傷害。當(dāng)溫度高于PNI-PAM 的體積相變溫度時(shí)，PNI、PAM 分子相互集聚成微球，對(duì)光的散射增強(qiáng)，薄膜的透光性降低。

Radhakumary 等[86]以P-NIPPA 改性的殼聚糖作為載體，混入環(huán)丙沙星，制備了具有抗菌性能和藥物緩釋作用的溫敏性凝膠。銀系抗菌水凝膠也多次被報(bào)道[87-89]，銀具有高效的抗菌性，可通過浸漬、共混等方法賦予紡織品抗菌或抑菌功能。Liu 等[90]制備的谷胱甘肽復(fù)合銀離子凝膠，對(duì)銅綠假單胞菌、大腸桿菌、表皮葡萄球菌等有很好的抑菌作用。Vimala等[91]制備的多孔性銀殼聚糖納米復(fù)合薄膜，由于兩者的協(xié)同作用，在抗菌性能方面表現(xiàn)優(yōu)異。另外，也有采用抗生素，例如慶大霉素、三氯生、苯扎氯胺等，添加到敷料中起抗菌作用的報(bào)道。胍鹽低聚物（PHMG）具有高效廣譜的抑制、殺滅微生物的能力，而且對(duì)人體安全無毒，價(jià)格較低廉。程惠蕾等[92]將胍鹽低聚物（PHMG）與水凝膠的基體分子相鍵合，成功地解決了PHMG易溶于水、易流失這個(gè)問題，可用于紡織品整理，獲得持久的抗菌性。

4.4 在纖維制造中的應(yīng)用

英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員以一種凝膠為原料，通過紡絲技術(shù)從中拉出長(zhǎng)絲，過程與蜘蛛吐絲類似。這種凝膠的成分98%為水，其余成分為經(jīng)特殊處理的二氧化硅納米粒子與纖維素，通過瓜環(huán)的形式結(jié)合在一起。在凝膠中富含水的情況下，不同分子間的相互作用使它們結(jié)合形成復(fù)雜的超分子結(jié)構(gòu)，可以在室溫下拉成直徑僅幾μm的長(zhǎng)絲，約30 s后，絲線中的水分揮發(fā)，留下韌性和彈性都很高的纖維。這種纖維的抗拉強(qiáng)度約為100～150 MPa，約相當(dāng)于天然蜘蛛絲的1/10，高于黏膠纖維和人造纖維等部分合成纖維以及人和動(dòng)物毛發(fā)等天然纖維；此外，它還具有非常高的阻尼，可以吸收大量的能量。這些屬性使這種纖維可用于制造特殊紡織品及傳感器等。據(jù)悉，與現(xiàn)有生產(chǎn)方法相比，這項(xiàng)新技術(shù)能耗低，不需使用有毒溶劑，而且在室溫下就能運(yùn)作；還可用于改進(jìn)人造蜘蛛絲及其他各種合成纖維[93]。

4.5 在紡織品過濾分離材料中的應(yīng)用

刺激響應(yīng)型水凝膠功能化的紡織材料可以用作過濾系統(tǒng)，即用于水油分離。在發(fā)生災(zāi)難性事件的情況下，這些材料可以幫助清理海洋。為了實(shí)現(xiàn)水油過濾，將溫度和pH 響應(yīng)型PDMAEMA 水凝膠應(yīng)用于不銹鋼網(wǎng)，在控制的pH 和溫度下實(shí)現(xiàn)水與油的主動(dòng)分離。當(dāng)溫度低于55 ℃且pH 小于13 時(shí)，水能夠通過紡織材料，而油被抑制；當(dāng)溫度升至55 ℃以上并且pH 升至13 以上時(shí)，水凝膠顆粒萎縮，水和油能通過織物[39]。基于P-NIPAAm 或PAA 的刺激響應(yīng)型水凝膠可實(shí)現(xiàn)超親水性到超疏水性的轉(zhuǎn)變，將PNIPAAm水凝膠涂覆在彈性聚氨酯上可實(shí)現(xiàn)溫度響應(yīng)型可切換的超親水性，其中，P-NIPAAm 的LCST 為32 ℃，通過將P-NIPAAm 和BIS 溶解在APS 中，并通過強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)紡成超細(xì)纖維墊來制備水油分離織物。該紡織復(fù)合材料具有優(yōu)異的水油分離性能、機(jī)械強(qiáng)度和彈性[40]。Sidorenko和他的團(tuán)隊(duì)合成了2種包含蝕刻硅的PAA 雜化水凝膠，在空氣中具有超疏水作用，而在水中轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水狀態(tài)，潤(rùn)濕行為在干燥時(shí)是可逆的，該水凝膠可用于制備過濾紡織材料[38]。

4.6 在紡織印染廢水處理中的應(yīng)用

紡織印染廢水具有有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜、色度深、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，是公認(rèn)難處理的工業(yè)廢水之一。針對(duì)紡織印染廢水的處理方法有物理、化學(xué)和生物脫色等，其中，利用吸附劑吸附染料的物理方法簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)有效[94-95]。

林松柏[96]采用泡沫分散聚合法制得互穿結(jié)構(gòu)超大孔凝膠復(fù)合物，對(duì)染料陽(yáng)離子藍(lán)GRRL 的脫除率達(dá)98.5%，吸附容量達(dá)9.72 mg/g，第5次重復(fù)使用時(shí)，脫除率仍有89.7%。楊格格[97]研究了羧甲基纖維素/聚乙二醇/丙烯酸水凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性，測(cè)得其最大染料吸附量為1 878.8 mg/g，可作為新型印染廢水吸附劑。Yildiz 等[98]將乙烯基吡咯烷酮與丙烯酸甲酯通過自由基均聚或共聚合成了一種新型pH 敏感凝膠，可吸附重金屬離子Cu2+、Cd2+、Ni2+和Zn2+，因而能用于重金屬污染水的凈化。吳鵬等[99]基于pH 反轉(zhuǎn)的落球法制備出纖維素、海藻酸鈉不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水凝膠球，在海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于等于50%時(shí)，凝膠保持穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部呈現(xiàn)絲狀交叉的三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，海藻酸鈉和纖維素復(fù)合凝膠通過物理聚集結(jié)合在一起。海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的復(fù)合凝膠球?qū)﹃?yáng)離子染料有良好的吸附效果，對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量為163.36 mg/g，吸附過程滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)，屬于吸附劑和吸附物的電子共用、轉(zhuǎn)移為限速步驟的化學(xué)吸附過程，吸附后的吸附劑可以通過0.1 mol/L 的HCl 溶液進(jìn)行解析，5 次吸附脫附后仍能保持初始值81%的吸附量。Karthika等[100]以過硫酸銨為引發(fā)劑、N,N,N',N'-四甲基乙二胺為促進(jìn)劑、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，采用微波輻射技術(shù)的自由基聚合方法制備了結(jié)冷膠/聚甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯水凝膠，吸附研究表明：該凝膠可有效除去陰離子染料和甲基橙。曹孟杰[101]制備了一種水凝膠，可以吸附離子染料。分別制備具有溫度和pH 敏感性的N-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖（PNIPAAm/CS）半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠、具有溫度和鹽敏感性的N-異丙基丙烯酰胺/海藻酸鈉（PNIPAAm/AG）半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。在PNIPAAm/CS和PNIPAAm/AG 的基礎(chǔ)上制備了β-環(huán)糊精聚合物/聚丙烯酰胺/殼聚糖（CDP/PNIPAAm/CS）、β-環(huán)糊精聚合物/N-異丙基丙烯酰胺/殼聚糖（CDP/PNIPAAm/AG）半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。CDP/PNIPAAm/CS水凝膠可作為陰離子染料的吸附材料，對(duì)酸性大紅AR 18 有吸附能力，且吸附能力隨殼聚糖用量、振蕩速率和染料初始質(zhì)量濃度的增大而增大，隨染液pH、溫度的升高而降低。CDP/PNIPAAm/AG 水凝膠可作為陽(yáng)離子染料的吸附劑，對(duì)甲基紫有較好的吸附能力。Li Hong 等[102]將磺化的石墨烯（SG）摻入聚乙烯醇（PVA）網(wǎng)絡(luò)中，制備了一種石墨烯/聚乙烯醇（SG/PVA，簡(jiǎn)稱SP）復(fù)合水凝膠，可以智能吸附陽(yáng)離子染料。將磺化的SG 摻入到PVA網(wǎng)絡(luò)中，所制備的水凝膠表現(xiàn)出較強(qiáng)的機(jī)械性能，并對(duì)陽(yáng)離子染料如亞甲基藍(lán)、孔雀石綠有特異性吸附，可以選擇性吸附染料，使混合物分離。劉婉宜等[103]制備了表面分布有胺基和羧基殘基的聚丙烯酸鹽-丙烯酰胺水凝膠，利用這2種功能基團(tuán)與重金屬離子形成螯合物；分別考察了該水凝膠對(duì)Cu2+、Pb2+、Zn2+和Cd2+的吸附性能，發(fā)現(xiàn)這4 種重金屬離子的最大吸附量分別為185.73、587.99、208.42、402.86 mg/g。葉滿輝等[104]以戊二醛為交聯(lián)劑制備得到一種具有高效吸附能力的水凝膠聚天冬氨酸/木質(zhì)纖維素水凝膠，對(duì)Pb2+的最大吸附量可達(dá)972.35 mg/g；這主要是因?yàn)榫厶於彼峤Y(jié)構(gòu)中含有肽鍵和羧基，而木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)中又存在很多如醇羥基、酚羥基、羰基等基團(tuán)，這些功能基團(tuán)均能夠與重金屬離子發(fā)生作用，使該水凝膠擁有很強(qiáng)的吸附能力。Im等[105]通過靜電紡絲將TiO2固定于PVA水凝膠纖維上，得到一種可用于污水處理的光響應(yīng)型催化物。當(dāng)水凝膠纖維本體作為載體吸附離子后，由于TiO2微粒對(duì)其催化降解，水凝膠纖維可在陽(yáng)光下降解陽(yáng)離子及陰離子型染料，凝膠吸附染料的過程為假一級(jí)反應(yīng)，而染料的降解過程為三級(jí)反應(yīng)。

5 展望

刺激響應(yīng)型水凝膠具有含水量高、生物相容性好、對(duì)于外界環(huán)境條件的刺激具有響應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，能賦予傳統(tǒng)紡織品更多的功能性和智能性，因而在紡織品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前在紡織品服裝方面的研究大多是開拓性的工作，仍有許多課題尚未被廣泛研究，離實(shí)用、商業(yè)化還存在一定距離。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，水凝膠在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。預(yù)計(jì)刺激響應(yīng)型水凝膠未來在紡織品領(lǐng)域的研究將集中在以下方面：（1）天然高分子水凝膠與其他材料制備復(fù)合水凝膠；（2）合成納米尺寸的水凝膠并將之與不同的紡織材料結(jié)合；（3）利用水凝膠制造新型纖維；（4）將水凝膠作為不同功能活性劑的載體；（5）不同刺激響應(yīng)型水凝膠的復(fù)合；（6）提高快速響應(yīng)型水凝膠涂層的耐久性和耐洗牢度；（7）減少對(duì)紡織材料機(jī)械性能及手感的影響；（8）生物降解性及無害性研究；（9）優(yōu)化合成方法，降低生產(chǎn)成本。