CN104294584A

CN104294584A - 一种掺杂型石墨烯涂层的布料及其制备工艺

Info

Publication number: CN104294584A
Application number: CN201410514317.7A
Authority: CN
Inventors: 黄勇; 夏圣安; 邢长生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-01-21

Abstract

本发明提供了一种掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述布料表面涂覆有掺杂型石墨烯，所述掺杂元素为非金属元素。本发明利用了非金属掺杂的石墨烯催化、吸附和导电特性，在普通布料表面涂覆一层或多层非金属掺杂的石墨烯，使布料具有抗菌、除臭、防尘、防雾、防静电的特性。而且涂覆层非金属掺杂的石墨烯无毒无公害，易于生产和制造，制备工艺简单，布料产品轻便，具有很强的实用性。

Description

一种掺杂型石墨烯涂层的布料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及纺织布料领域，具体地说是一种掺杂型石墨烯涂层的布料及其制备工艺。

背景技术

石墨烯是一种单分子层的二维石墨材料，是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体。石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。自2004年发现以来，石墨烯不仅在理论科学上受到了极大关注，并且由于其特殊的纳米结构以及优异的物理化学性能而在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域展现出具有巨大的应用潜能。

近年来，人们又发现元素掺杂的石墨烯具有极强的催化能力，可以替代Pt作为燃料电池的催化剂。

现有技术中有将布料表面进行涂层以达到防水、防风、透气的效果，常用的有PA涂层、PU涂层、防绒涂层、PA、PU白胶涂层、PA、PU银胶涂层、珠光涂层和阻燃涂层等，使布料具有功能性。但是很难同时满足抗菌、除臭、防尘、防雾、防静电的要求，布料应用受到局限。

发明内容

本发明的目的是根据现有技术的不足提供一种掺杂型石墨烯涂层的布料及其制备工艺，本发明的布料具有抗菌、除臭、防尘、防雾、防静电的特点，而且结构简单，制备工艺易于生产。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述布料表面涂覆有掺杂型石墨烯，所述掺杂元素为非金属元素。

优选的，所述非金属元素为B、N、P、S、O、F、Cl、H中的一种或多种。

优选的，所述掺杂型石墨烯为氮掺杂石墨烯或氟掺杂石墨烯。

优选的，所述氮掺杂石墨烯是通过将氧化石墨烯在氨气环境下发生氮掺杂反应，再通过高温或还原剂将氮掺杂的氧化石墨烯还原成氮掺杂石墨烯。

优选的，所述布料为棉花、丝绸、碳布、化纤、羊毛、纸、塑料、石棉中的一种或多种组合。

优选的，所述布料表面涂覆有一层或多层掺杂型石墨烯。

优选的，所述布料的形态为颗粒、线、网、面或三维结构中的一种或多种组合。

一种制备上述掺杂型石墨烯涂层的布料的工艺，其步骤包括：将非金属元素掺杂的石墨烯溶液通过浸渍、填充、水热、印刷、自组装或/和涂覆的方法涂在普通布料表面，随后对该布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理即可得到所述掺杂型石墨烯涂层的布料。

优选的，所述非金属元素掺杂的石墨烯溶液为非金属元素掺杂的石墨烯水、乙醇、丙酮或单甲基吡咯烷酮溶液中的一种。

本发明利用了非金属掺杂的石墨烯催化、吸附和导电特性，在普通布料表面涂覆一层或多层非金属掺杂的石墨烯，使布料具有抗菌、除臭、防尘、防雾、防静电的特性。而且涂覆层非金属掺杂的石墨烯无毒无公害，易于生产和制造，制备工艺简单，布料产品轻便，具有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明布料的外观图；

具体实施方式

以下通过具体实施例来进一步说明本发明：

实施例1

将石墨烯置于水平石英管中，在氨气和氩气(NH₃：Ar体积比＝1：1)混合气氛下，置于熔炉中800℃加热1小时后，停止加热，保持混合气流，待石英管降温至室温，关闭氨气，将产物从取出石英管中取出即得到氮掺杂的石墨烯。

将氮掺杂的石墨烯置于5％质量浓度的PEO(聚氧化乙烯Mw：2000)水溶液中超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液。将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸渍、填充、水热、印刷、自组装的方法涂在棉花布料表面，随后对该棉花布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理即可得到所述掺杂型石墨烯涂层的布料1。

实施例2

将石墨粉0.2g置于50ml聚四氟乙烯反应釜中，加入氯磺酸3ml，将混合物在120℃下加热5小时，随后将样品取出放在烧杯中，往里面加入15ml的浓硫酸，在搅拌条件下逐滴加入过6ml氧化氢溶液即可得到边缘氧化的石墨烯。将10ml浓度为4mg/ml的氧化石墨烯水溶液用25ml去离子水稀释，并加入少量尿素，将溶液置于50ml的聚四氟乙烯高压釜中，在180℃温度下反应12小时，得到产物冷却后，过滤水洗后烘干得到氮掺杂石墨烯。

将氮掺杂石墨烯置于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液。将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸渍、填充、水热、印刷、涂覆的方法涂在化纤布料表面，随后对该化纤布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理即可得到所述掺杂型石墨烯涂层的布料2。

实施例3

将3g石墨烯放入管式炉内，将管式炉抽真空，先通入Ar负载气化的BCl₃(4:1 v/v)做反应气，Ar流量控制为250ml/min，以30°C/min的升温速率将管式炉内的温度升到800℃并保温3小时，再通入Ar负载气化的吡啶单体(5:1 v/v)做反应气，Ar流量控制为50ml/min，并保温6小时，待管式炉冷却至室温，即得到B、N双掺杂的石墨烯。

将B、N双掺杂的石墨烯置于水中超声分散，得到B、N双掺杂的石墨烯的溶液。将B、N双掺杂的石墨烯的溶液通过浸渍、填充、水热、印刷、自组装和涂覆的方法涂在丝绸布料表面，随后对该丝绸布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理即可得到所述掺杂型石墨烯涂层的布料3。

实施例4

用氟掺杂石墨烯代替氮掺杂石墨烯，其余制备方法与实施例1相同。氟掺杂石墨烯可以通过将含氟高分子在刚玉坩埚中高温灼烧得到。

非金属元素掺杂石墨烯的制备方法可由已报道的方法制备。氮掺杂石墨烯是通过将氧化石墨烯在氨气环境下发生氮掺杂反应，再通过高温或还原剂将氮掺杂的氧化石墨烯还原成氮掺杂石墨烯；或者是通过化学沉积法，将制备石墨烯的气体与氨气等氮掺杂的气体通过高温炉，发生化学沉积，得到氮掺杂石墨烯。不同元素的掺杂，可以通过更换掺杂剂来实现，如：三苯基硼、吡咯、吡啶、H₂S、噻吩、联氨、PH₃、BCl₃等。还可以组合不同方式实现多元素掺杂。

根据制备方法不同，用于将非金属元素掺杂石墨烯分散的溶剂可以是水、乙醇、丙酮、单甲基吡咯烷酮等。布料的材质可以为棉花、丝绸、碳布、化纤、羊毛、纸、塑料、石棉、金属中的一种或多种组合。

制备好的掺杂型石墨烯涂层的布料通过裁减、缝补、黏贴、编织、印刷或/和焊接的方式制成口罩、手套、鞋子、鞋垫、帽子、工作服、防护服、战斗服、窗帘、蚊帐、包装材料。同时本发明得到的新型布料也可以与普通材料组合使用，十分方便。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

Claims

1.一种掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述布料表面涂覆有掺杂型石墨烯，所述掺杂元素为非金属元素。

2.根据权利要求1所述掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述非金属元素为B、N、P、S、O、F、Cl、H中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述掺杂型石墨烯为氮掺杂石墨烯或氟掺杂石墨烯。

4.根据权利要求3所述掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述氮掺杂石墨烯是通过将氧化石墨烯在氨气环境下发生氮掺杂反应，再通过高温或还原剂将氮掺杂的氧化石墨烯还原成氮掺杂石墨烯。

5.根据权利要求1所述掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述布料为棉花、丝绸、碳布、化纤、羊毛、纸、塑料、石棉中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述布料表面涂覆有一层或多层掺杂型石墨烯。

7.根据权利要求1所述掺杂型石墨烯涂层的布料，其特征在于：所述布料的形态为颗粒、线、网、面或三维结构中的一种或多种组合。

8.一种权利要求1所述掺杂型石墨烯涂层的布料的制备工艺，其步骤包括：将非金属元素掺杂的石墨烯溶液通过浸渍、填充、水热、印刷、自组装或/和涂覆的方法涂在普通布料表面，随后对该布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理即可得到所述掺杂型石墨烯涂层的布料。

9.根据权利要求8所述掺杂型石墨烯涂层的布料的制备工艺，其特征在于：所述非金属元素掺杂的石墨烯溶液为非金属元素掺杂的石墨烯水、乙醇、丙酮或单甲基吡咯烷酮溶液中的一种。