CN104313873B - 一种石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物的制备方法 - Google Patents
一种石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物的制备方法，属于纺织化学技术领域。本发明通过先使织物表面覆盖一层还原氧化石墨烯(rGO)或其衍生物，再使上述织物吸附苯胺后进行原位聚合，在石墨烯整理织物上覆盖一层导电高分子聚合物，重复上述步骤，获得效果优良的导电织物。该方法弥补了单一石墨烯及其衍生物整理织物需织物吸附足够多的石墨烯方能获得好的导电效果，单一聚苯胺整理织物的稳定性不佳的缺点，制得的导电织物导电性、耐热稳定性提高，该织物可应用于医疗保健、智能传感器、移动发电、军事等领域。该方法适用于常用织物如棉、羊毛、蚕丝等天然纤维，涤纶、锦纶、腈纶等合成纤维，以及上述织物的混纺或交织物的导电整理。
Description
技术领域
本发明属于纺织化学技术领域，涉及一种采用石墨烯或其衍生物以及苯胺及其衍生物单体自组装制备柔性导电织物的方法。
背景技术
以纺织纤维为基材的导电材料是最常见的柔性导电材料，其轻便易携带、柔韧性好，在柔性电子器件、智能材料、新型太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。导电纺织品一般有金属导电织物、镀金属导电织物、高分子复合导电织物以及石墨烯导电织物。金属导电织物和镀金属导电织物的特点是手感粗糙，舒适性较差。因此，人们将研究重点转向了高分子导电聚合物材料和石墨烯导电材料。
石墨烯是以单层蜂巢式多六边形结构形式存在，其碳原子均由共价键相连，且其电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。并且由于共价单键的稳定性，石墨烯不会出现某位置碳原子的缺失或被杂原子替换，保证了大π键的完整性，电子在其中移动时不会受到晶体缺陷的干扰，得以高速传导，因此石墨烯有着超强的导电性。石墨烯纤维一般通过在纺丝液中添加石墨烯进行纺丝的方法得到，石墨烯织物一般通过后整理过程中添加交联剂使石墨烯与织物发生交联的方法得到。例如专利CN201210001537.0、CN201210331684.4和CN201210456138.3公开了一种通过在聚合物纺丝液中加入氧化石墨烯，再将氧化石墨烯在纺丝液中还原，制得一种石墨烯增强导电纤维的制备方法。该方法的可制得导电纤维，但仅局限性于制备导电合成纤维。专利CN201310434293.X公开了一种石墨烯与水溶性聚氨酯溶液浸轧烘整理织物获得防紫外抗静电石墨烯涂层纺织面料的方法。该方法制得的织物具有抗静电效果，但还达不到电阻要求更低的导电功能，且石墨烯通过聚氨酯与织物交联对织物的舒适性会有一定的影响。本发明第一步先将织物浸渍氧化石墨烯或其衍生物，然后在织物上将氧化石墨烯或其衍生物还原，获得具有一定导电性的石墨烯导电织物，由于氧化石墨烯或其衍生物是在织物上进行还原，使织物表面形成石墨烯薄膜，还原过程中石墨烯与织物紧密结合，避免了交联剂、粘合剂的使用；本发明第二步将石墨烯导电织物浸渍高分子导电聚合物单体，然后在织物上原位聚合，使织物表面形成高分子导电聚合物薄膜，由于高分子导电聚合物弥补了石墨烯导电层的“缺陷”使制得的导电织物的导电性优于单一的石墨烯导电织物和单一的高分子导电聚合物导电织物。
发明内容
1本发明的目的在于采用自组装的方法，使织物吸附氧化石墨烯或其衍生物并用还原剂还原，然后织物再吸附苯胺单体并用引发剂引发苯胺的聚合反应，从而制备石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物。
2所述吸附氧化石墨烯或其衍生物并用还原剂还原，采用以下工艺步骤：
将织物浸渍到含有氧化石墨烯或其衍生物的pH为2～6的水溶液中，浸渍温度10～50℃，浸渍时间0.2～2h，然后将织物于40～100℃烘燥0.5～4h，将浸渍氧化石墨烯或其衍生物的烘干织物在1～10g/L的还原剂溶液中还原，还原温度50～100℃，还原时间0.5～6h，最后水洗、烘干，得到覆盖还原氧化石墨烯或其衍生物的导电织物；
所述氧化石墨烯或其衍生物为氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯、磺酸基化氧化石墨烯中的至少一种；
所述还原剂为连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、葡萄糖、壳聚糖、维生素C、水合肼、硼氢化钠中的至少一种。
3所述吸附苯胺单体并用引发剂引发苯胺的聚合反应，采用以下工艺步骤：
将氧化石墨烯或其衍生物整理织物浸渍到含有高分子导电聚合物单体的酸溶液中，浸渍温度0～40℃，浸渍时间0.5～24h；将引发剂加入到所述的溶液中使苯胺单体原位聚合成聚苯胺，得到石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，并具有良好的导电性；
所述高分子导电聚合物为聚苯胺及其衍生物中的至少一种。
4所述石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物可以重复步骤2和3，以增强织物的导电性。
本发明的有益效果是：采用自组装方法将石墨烯和高分导电聚合物施加到织物表面，本发明的技术方案简单、便于操作，对设备无特殊要求，利用常规染整设备就可进行大规模生产，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种石墨烯/导电高分子聚合物自组装柔性导电织物的制备方法，其过程如下：
配制0.2％的氧化石墨烯水溶液，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节pH为4，将织物浸入上述溶液中，浸渍温度30℃，浸渍时间1h，然后将织物于80℃烘燥1h，将烘干织物在0.5％的连二亚硫酸钠溶液中还原，还原温度90℃，还原时间0.5h，最后水洗、烘干，得到覆盖还原氧化石墨烯的导电织物；
将覆盖还原氧化石墨烯的导电织物浸渍到含有0.1％的苯胺和1mol/L的盐酸溶液中，浸渍温度20℃，浸渍时间18h，然后加入0.5％的引发剂过硫酸铵使苯胺单体原位聚合成聚苯胺，得到石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，并具有良好的导电性。
实施例2
一种石墨烯/导电高分子聚合物自组装柔性导电织物的制备方法，其过程如下：
配制0.1％的羧基化氧化石墨烯水溶液，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节pH为5，将织物浸入上述溶液中，浸渍温度20℃，浸渍时间0.5h，然后将织物于60℃烘燥2h，将烘干织物在0.3％的水合肼溶液中还原，还原温度80℃，还原时间2h，最后水洗、烘干，得到覆盖还原羧基化氧化石墨烯的导电织物；
将覆盖还原氧化石墨烯的导电织物浸渍到含有0.03％的苯胺和0.5mol/L的硫酸溶液中，浸渍温度30℃，浸渍时间12h，然后加入0.4％的引发剂过硫酸钾使苯胺单体原位聚合成聚苯胺，得到石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，并具有良好的导电性；
重复上述步骤3次。
实施例3
一种石墨烯/导电高分子聚合物自组装柔性导电织物的制备方法，其过程如下：
配制0.4％的磺酸基化氧化石墨烯水溶液，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节pH为2，将织物浸入上述溶液中，浸渍温度20℃，浸渍时间2h，然后将织物于50℃烘燥4h，将烘干织物在0.8％的连二亚硫酸钠溶液中还原，还原温度85℃，还原时间1h，最后水洗、烘干，得到覆盖还原氧化石墨烯的导电织物；
将覆盖还原氧化石墨烯的导电织物浸渍到含有0.4％的苯胺和1mol/L的盐酸溶液中，浸渍温度30℃，浸渍时间6h，然后加入0.4％的引发剂过硫酸铵使苯胺单体原位聚合成聚苯胺，得到石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，并具有良好的导电性。
实施例4
一种石墨烯/导电高分子聚合物自组装柔性导电织物的制备方法，其过程如下：
配制0.3％的氧化石墨烯水溶液，用醋酸-醋酸钠缓冲溶液调节pH为5，将织物浸入上述溶液中，浸渍温度40℃，浸渍时间1h，然后将织物于70℃烘燥2h，将烘干织物在0.9％的水合肼溶液中还原，还原温度80℃，还原时间3h，最后水洗、烘干，得到覆盖还原氧化石墨烯的导电织物；
将覆盖还原氧化石墨烯的导电织物浸渍到含有0.25％的苯胺和1mol/L的盐酸溶液中，浸渍温度25℃，浸渍时间10h，然后加入0.3％的引发剂过硫酸铵使苯胺单体原位聚合成聚苯胺，得到石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，并具有良好的导电性。
本发明的实施效果
织物分别经实施例1-4处理后，对其进行如下测试，测试结果见表1。
织物表面电阻在SZT-2A四探针测试仪上(苏州同创电子有限公司)上测定。
由表1可知，整理织物的电阻值明显下降。由此可见，本发明所提供的技术方案能够赋予涤棉织物优良的导电性。
表1实施织物的测试结果
Claims (3)
1.一种石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物的制备方法，其特征是织物吸附氧化石墨烯或其衍生物并用还原剂还原，然后织物再吸附苯胺单体并用引发剂引发苯胺的聚合反应，从而制备石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，具体采用以下工艺步骤：
将织物浸渍到含有氧化石墨烯或其衍生物的pH为2～6的水溶液中，浸渍温度10～50℃，浸渍时间0.2～2h，然后将织物于40～100℃烘燥0.5～4h，将浸渍氧化石墨烯或其衍生物的烘干织物在1～10g/L的还原剂溶液中还原，还原温度50～100℃，还原时间0.5～6h，最后水洗、烘干，得到覆盖还原氧化石墨烯或其衍生物的导电织物；
所述氧化石墨烯或其衍生物为氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯、磺酸基化氧化石墨烯中的至少一种；
所述还原剂为连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、葡萄糖、壳聚糖、维生素C、水合肼、硼氢化钠中的至少一种。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物的制备方法，其特征是所述吸附苯胺单体并用引发剂引发苯胺的聚合反应，采用以下工艺步骤：
将氧化石墨烯或其衍生物整理织物浸渍到含有高分子导电聚合物单体的酸溶液中，浸渍温度0～40℃，浸渍时间0.5～24h；将引发剂加入到所述的溶液中使苯胺单体原位聚合成聚苯胺，得到石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物，并具有良好的导电性；
所述高分子导电聚合物为聚苯胺及其衍生物中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物的制备方法，其特征是所述石墨烯/聚苯胺自组装柔性导电织物可以重复权利要求1和2，以增强织物的导电性。
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