通过电子束（EB）辐射固化制备超耐用的荧光超支化聚硅氧烷功能化PET织物

《Applied Surface Science》：Preparation of ultra-durable fluorescent hyperbranched polysiloxane functionalized PET fabric by EB radiation curing

本研究采用电子束固化法制备了新型超支化聚硅氧烷荧光PET织物，解决了传统涂层界面结合力弱及荧光分子迁移问题。实验表明，该材料具有高荧光强度（固化度96%）、优异耐溶剂性（4天浸泡后完整）及耐酸碱稳定性，且工艺环保、适合工业化生产，为多功能纺织品的开发提供了新思路。

　　本研究聚焦于一种新型功能涂层的开发，旨在为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）织物赋予优异的荧光性能，同时解决传统方法中涂层与基材之间界面结合力不足以及在恶劣化学环境下功能性能衰减的问题。PET作为一种广泛应用的合成纤维，因其优异的机械性能、抗皱性和耐磨性，被广泛用于纺织品领域。然而，PET纤维表面惰性较强，缺乏活性基团，导致其与功能性涂层之间的结合不够牢固，容易在反复变形、摩擦或高温等条件下发生脱落，从而影响其功能性表现。为克服这一难题，研究团队设计了一种基于电子束（EB）固化技术的新型表面改性方法，成功制备出一种具有优异荧光性能和高耐久性的PET@EBC-HBPSi材料。

在传统方法中，荧光分子通常通过混合纺丝或表面涂层的方式引入到纤维中。然而，这些方法存在一定的局限性。例如，在混合纺丝过程中，荧光分子容易受到聚合物基质的屏蔽效应影响，导致荧光强度降低。而在表面涂层过程中，由于缺乏化学键合，涂层与纤维之间的结合力较弱，容易在物理应力下脱落。此外，这些方法往往伴随着环境污染和荧光分子迁移的问题，进一步限制了其在实际应用中的可行性。相比之下，电子束固化技术提供了一种全新的解决方案，它利用高能电子束与材料发生反应，通过引发有机分子的离子化和交联反应，将材料从液态或半固态转变为固化状态。这种技术不仅具备快速、节能、环保的优势，还能够显著提升材料的机械强度、化学稳定性和热稳定性，使其适用于高性能应用场景。

本研究采用的荧光材料是一种超支化聚硅氧烷（Frs-HBPSi），其设计灵感来源于具有聚集诱导发光（AIE）特性的分子。AIE分子因其可调的光学性能而受到广泛关注，特别是在生物成像、传感和光电子领域。然而，将AIE分子引入到聚合物纤维中，相较于其小分子形式，存在一定的挑战。传统的小分子荧光物质在聚合物基质中容易发生迁移或聚集，从而导致荧光性能不稳定。为解决这一问题，研究团队开发了一种有机-无机杂化型的超支化荧光聚合物，结合了小分子荧光物质的光学特性与超支化聚合物的结构设计能力。该材料通过将1-(4-氨基苯基)-1,2,2-三苯基乙烯（TPE-NH?）与3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷（ICPTS）反应，合成了一种具有荧光特性的硅烷偶联剂（FSCA）。随后，该硅烷偶联剂在3-(三甲氧基硅基)丙基甲基丙烯酸酯（MAPS）的存在下进行受控水解，形成一种新型的荧光超支化聚硅氧烷（Frs-HBPSi）。最终，该超支化荧光聚合物与丙烯酸单体混合，制备成荧光树脂预聚物。在电子束辐射固化过程中，丙烯酸单体不仅与Frs-HBPSi发生共聚反应，还通过接枝共聚的方式固定在PET纤维表面，从而实现了荧光涂层与纤维基材之间的共价键合。

这一方法的优势在于其对PET纤维表面的最小干预，同时保证了功能涂层的高耐久性。实验结果显示，通过电子束固化技术制备的PET@EBC-HBPSi材料在高温、强光以及酸碱溶液等恶劣环境下均表现出优异的稳定性。特别是在长时间浸泡于有机溶剂和酸碱溶液（浓度为2M）的情况下，荧光涂层仍然保持完整，未发生脱落或性能衰减。这主要归因于其独特的共价键合结构，使得涂层能够牢固地附着在PET纤维表面，从而避免了传统涂层方法中常见的物理脱落问题。此外，该方法在制备过程中几乎不产生溶剂排放，且能够在广泛的温度范围内均匀生成反应活性位点，为实现工业化连续生产提供了良好的条件。

与传统的涂层方法相比，电子束固化技术在多个方面表现出显著的优势。首先，它避免了对PET纤维结构的破坏，从而保留了其原有的物理和化学性能。其次，该方法能够在不使用光引发剂的情况下实现全深度交联，提高了涂层的均匀性和功能性。此外，电子束固化技术还具有高能量利用率和低能耗的特点，符合现代工业对环保和可持续发展的要求。这些特性使得该技术在实际应用中具有更高的可行性，特别是在需要高稳定性和高耐久性的场景中。

在实验过程中，研究团队对Frs-HBPSi负载量对PET@EBC-HBPSi材料综合性能、荧光强度以及耐热性的影响进行了系统研究。实验结果表明，随着Frs-HBPSi负载量的增加，材料的荧光强度呈现出先上升后下降的趋势，说明存在一个最佳的负载量范围，能够在保持材料性能的同时实现最优的荧光效果。此外，该材料在高温环境下的稳定性也得到了验证，其耐热性能显著优于传统紫外固化（UV）方法制备的PET@UVC-HBPSi材料。这一发现表明，电子束固化技术不仅能够提高荧光强度，还能够增强材料的耐热性能，使其在更广泛的环境条件下保持稳定。

除了荧光性能，该材料在其他方面的表现也值得关注。例如，其在洗涤过程中的耐久性得到了验证，即使经过30次洗涤（相当于150次日常使用），其荧光强度依然保持稳定，未出现明显的衰减。这表明，该材料在实际应用中具有良好的稳定性，能够满足日常使用的需求。此外，该材料在多种化学环境下的表现也显示出其优异的耐腐蚀性，这为其在化学工业、医疗设备和环保材料等领域提供了广阔的应用前景。

在实际应用中，该方法的灵活性和可控性也是一大亮点。电子束固化技术允许在基材表面进行精确的图案打印，这种“在位”固化方式能够实现对纤维表面的高效改性，同时保持其原有的结构和性能。这一特性使得该技术在定制化多功能纺织品的开发中具有重要意义。例如，可以利用该技术在纺织品表面打印出特定的荧光图案，用于安全标识、防伪标签或智能服装等领域。此外，该方法还能够与其他传统的染色和整理工艺相结合，从而实现对纺织品的多功能化改造，提高其附加值和应用范围。

从环保角度来看，该方法的优势尤为突出。传统涂层方法往往需要使用大量的溶剂和光引发剂，不仅增加了生产成本，还可能对环境造成污染。而电子束固化技术在制备过程中几乎不产生溶剂排放，且无需添加光引发剂，从而显著降低了对环境的影响。此外，该方法的能量利用率高，能够有效减少能源消耗，符合当前绿色制造和可持续发展的趋势。这些环保优势使得该技术在未来的纺织品制造中具有重要的应用潜力。

本研究的创新点在于成功地将电子束固化技术与荧光材料的合成相结合，为PET纤维的表面改性提供了一种新的思路。通过共价键合的方式，不仅提高了涂层与基材之间的结合力，还增强了材料的耐久性和稳定性。此外，该方法的简便性和可扩展性也为大规模生产提供了可能。未来，研究团队计划进一步优化该方法，探索其在不同材料和不同应用场景中的适用性。例如，可以尝试将该技术应用于其他类型的合成纤维，如聚酯、聚酰胺或聚丙烯等，以拓展其应用范围。同时，也可以结合其他功能材料，如导电材料或抗菌材料，开发出具有多重功能的纺织品。

总的来说，本研究通过电子束固化技术成功制备出一种具有优异荧光性能和高耐久性的PET@EBC-HBPSi材料，为功能性纺织品的开发提供了新的思路和方法。该技术不仅克服了传统涂层方法中的诸多缺陷，还展现出良好的环保性和可扩展性，具有广阔的应用前景。未来，随着相关技术的不断进步和市场需求的扩大，这种新型的表面改性方法有望在更多领域得到应用，推动纺织品向多功能化、高性能化方向发展。