CN104746346B - 一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微球自组装技术的新型柔性导电织物的制备方法，是采用空心导电微球作为导电材料，采用等离子体技术先用织物表面进行整理，再利用自组装技术将空心导电微球密集且规整的排列在织物的表面，在织物的表面形成密集的导电微球层。本方法制备方法简便，不用采用材料层层交替排布，省时省力，可通过控制空心导电微球的层数调节导电制备的导电性能和机械强度等性能，可控性佳。本方法制备的导线织物柔性强，导电率高，织物的强度，透湿透气性能良好，舒适度佳，织物本来的穿着性能变化不大。
Description
技术领域：
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法。
背景技术：
在高端国际市场中，将制成电子开关、传感器、显示器等设备的导电织物的服装称为可穿戴电子产品，可穿戴电子产品属于智能导电织物，可以作为智能数据手套、音乐夹克衫、织物软键盘和空调服装等。可穿戴电子产品体现了高科技的发展和应用，是将传统的纺织服装与材料、生物和通讯等技术相结合，能显著提高纺织服装的附加值，扩展纺织服装的应用领域。
导电织物根据制备途径的不同，分为两种：一种是导电聚合物涂层织物，另一种是导电纤维混纺织物，其中第一种导电织物是采用化学电镀、气相沉积和化学聚合等方法对织物表面进行处理后，将聚吡咯、聚苯胺和聚2-甲氧基-5-磺酸酸等导电材料附着到织物的表面得到导电聚合物涂层织物，第二种导电织物是将金属纤维、金属复合纤维、炭黑纤维和导电高分子纤维与常规纤维通过不同的织造方法整合于织物结构中得到导电纤维混纺织物。中国专利CN 102713037B(公开日2012.10.3)公开的导电织物及其制备方法和设备，是将部分导电线编织到织物中，部分暴露与织物的外部，得到的导电织物可以快速方便的与其他元件连接，适用性和生产性得到改善，但制备方法较为复杂，织造工艺难度大。
中国专利CN 101403189B(公开日2009.4.8)公开一种自组装多功能聚苯胺/纯棉复合导电织物的制备方法，是纯棉织物经聚苯乙烯磺酸钠整理后，浸入含苯胺和过硫酸铵的缓和溶液中，得到强力变化不大，导电率高的复合导电织物。中国专利CN 102312376B(公开日2012.1.11)公开一种喷雾聚合制备复合导电织物的方法，采用雾化的方式将单体溶液雾化呈微粒沉积在织物中，在氧化剂的作用下发生原位聚合得到复合导电织物。中国专利CN 104313873A(公开日2015.1.28)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，先再织物表面覆盖一层还原氧化石墨烯或其衍生物，再使织物吸附苯胺进行原位聚合，重复上述步骤，得到石墨烯层与聚苯胺层交叠覆盖的导线织物。
由上述技术可知，采用涂层法制备的导线织物的制备方法较为简便，在赋予导电性的同时，对织物原有的性能并无多大改变，但制备的导电聚合物涂层织物中导电聚合物与织物的结合力有限，而且为了使织物的导电性高，需要添加大量的导电物质，成本较高。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，采用空心导电微球作为导电材料，利用等离子技术和自组装技术，在织物的纤维表面形成致密的规则结构。本方法制备的导线织物柔性强，导电率高，织物的强度及其他性能并无多大变化。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，所述柔性导电织物的导电材料为空心导线微球，采用等离子体技术对织物表面进行活性处理，然后采用自组装技术对织物进行导电功能化处理。
优选地，所述的空心导电微球为微米级的含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球。
一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于溶剂中，磁力搅拌50-60min，超声分散15min，得到微球悬浮液；
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，然后再进行磺化处理，水洗烘干后，得到磺化处理的织物；
(3)将步骤(2)得到的磺化处理的织物浸入步骤(1)制备的微球悬浮液中，浴比1:30-40，恒温振荡后，在红外灯下干燥固化，经水洗烘干得到微球自组装技术的柔性导电织物。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，溶剂中主要包括蒸馏水和非离子表面活性剂，其中非离子表面活性剂的质量分数为1.2-3.5％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，微球悬浮液中含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球的质量分数为0.1-3％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，预处理的条件为：真空度为5Pa，环境为空气，功率为100-300W，处理时间为5-15min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，磺化处理的工艺为：将浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理30-60s。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，恒温振荡的温度为20-25℃，时间为5-10min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，干燥固化的时间为10-15min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，微球自组装技术的柔性导电织物的增重率为0.1-0.4％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本方法采用空心导电微球作为导电材料，空心微球的密度低，比表面积高，空心导电微球导电率高于10-1数量级，能够满足导电织物对导电性的要求，而且采用空心导电微球与采用实心材料相比，成本降低，密度轻，且不用采用层层交替排布省时省力。
(2)本方法采用等离子体技术先用织物表面进行整理，再利用自组装技术将空心导电微球密集且规整的排列在织物的表面，在织物的表面形成密集的微球层，通过控制空心导电微球的层数调节导电制备的导电性能和机械强度等性能。
(3)本方法采用的孔隙导电微球的直径为微米级，与涂层材料不同，紧密排列的微球间仍存在孔隙，因此本方法制备的柔性导线织物的透湿透气性能良好，舒适度佳，织物本来的穿着性能变化不大。
具体实施方式：
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于含1.2％的非离子表面活性剂的蒸馏水中，磁力搅拌50min，超声分散15min，得到质量分数为0.1％的微球悬浮液。
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，将真空度调节为5Pa，以空气为气体氛围，在100W下处理时间5min，取出，用浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理30s，水洗烘干后，得到磺化处理的织物。
(3)将磺化处理的织物以浴比1:30浸入微球悬浮液中，25℃下恒温振荡5min后，在红外灯下干燥固化10min，经水洗烘干得到，增重率为0.1％的微球自组装技术的柔性导电织物。
实施例2：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于含3.5％的非离子表面活性剂的蒸馏水中，磁力搅拌60min，超声分散15min，得到质量分数为3％的微球悬浮液。
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，将真空度调节为5Pa，以空气为气体氛围，在300W下处理时间15min，取出，用浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理60s，水洗烘干后，得到磺化处理的织物。
(3)将磺化处理的织物以浴比1:40浸入微球悬浮液中，20℃下恒温振荡10min后，在红外灯下干燥固化15min，经水洗烘干得到，增重率为0.4％的微球自组装技术的柔性导电织物。
实施例3：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于含1.5％的非离子表面活性剂的蒸馏水中，磁力搅拌55min，超声分散15min，得到质量分数为0.3％的微球悬浮液。
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，将真空度调节为5Pa，以空气为气体氛围，在150W下处理时间10min，取出，用浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理50s，水洗烘干后，得到磺化处理的织物。
(3)将磺化处理的织物以浴比1:35浸入微球悬浮液中，23℃下恒温振荡8min后，在红外灯下干燥固化12min，经水洗烘干得到，增重率为0.2％的微球自组装技术的柔性导电织物。
实施例4：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于含2.0％的非离子表面活性剂的蒸馏水中，磁力搅拌60min，超声分散15min，得到质量分数为1.5％的微球悬浮液。
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，将真空度调节为5Pa，以空气为气体氛围，在200W下处理时间8min，取出，用浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理45s，水洗烘干后，得到磺化处理的织物。
(3)将磺化处理的织物以浴比1:40浸入微球悬浮液中，25℃下恒温振荡5min后，在红外灯下干燥固化15min，经水洗烘干得到，增重率为0.15％的微球自组装技术的柔性导电织物。
实施例5：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于含3.2％的非离子表面活性剂的蒸馏水中，磁力搅拌55min，超声分散15min，得到质量分数为2.3％的微球悬浮液。
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，将真空度调节为5Pa，以空气为气体氛围，在280W下处理时间6min，取出，用浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理45s，水洗烘干后，得到磺化处理的织物。
(3)将磺化处理的织物以浴比1:30浸入微球悬浮液中，20℃下恒温振荡5min后，在红外灯下干燥固化10min，经水洗烘干得到，增重率为0.3％的微球自组装技术的柔性导电织物。
实施例6：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于含3.0％的非离子表面活性剂的蒸馏水中，磁力搅拌55min，超声分散15min，得到质量分数为0.25％的微球悬浮液。
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，将真空度调节为5Pa，以空气为气体氛围，在250W下处理时间10min，取出，用浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理60s，水洗烘干后，得到磺化处理的织物。
(3)将磺化处理的织物以浴比1:30浸入微球悬浮液中，25℃下恒温振荡10min后，在红外灯下干燥固化10min，经水洗烘干得到，增重率为0.35％的微球自组装技术的柔性导电织物。
利用KDY-1型四探针ID电阻率测量仪、游标卡尺和GX-8003电子式拉力强度试验机检测，实施例1-6制备的微球自组装技术的柔性导电织物的导电率、织物表面覆盖层厚度和机械强度损失率的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的微球自组装技术的柔性导电织物的电阻率已经达到10-1数量级，织物表面覆盖层厚度小，织物的机械强度损失率不大。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于，所述柔性导电织物的导电材料为空心导电微球，采用等离子体技术对织物表面进行活性处理，然后采用自组装技术对织物进行导电功能化处理；
其中，所述的空心导电微球为微米级的含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球；
其中，所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球分散于溶剂中，磁力搅拌50-60min，超声分散15min，得到微球悬浮液；
(2)将织物清洗干净后，放入等离子体处理仪中进行预处理，然后再进行磺化处理，水洗烘干后，得到磺化处理的织物；
(3)将步骤(2)得到的磺化处理的织物浸入步骤(1)制备的微球悬浮液中，浴比1:30-40，恒温振荡后，在红外灯下干燥固化，经水洗烘干得到微球自组装技术的柔性导电织物。
2.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，溶剂中主要包括蒸馏水和非离子表面活性剂，其中非离子表面活性剂的质量分数为1.2-3.5％。
3.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，微球悬浮液中含四氧化三铁的聚苯胺复合空心微球的质量分数为0.1-3％。
4.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，预处理的条件为：真空度为5Pa，环境为空气，功率为100-300W，处理时间为5-15min。
5.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，磺化处理的工艺为：将浓度为15g/L的聚苯乙烯磺酸钠溶液对织物表面进行喷雾处理30-60s。
6.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，恒温振荡的温度为20-25℃，时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，干燥固化的时间为10-15min。
8.根据权利要求1所述的一种微球自组装技术的柔性导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，微球自组装技术的柔性导电织物的增重率为0.1-0.4％。
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