CN107059415A - 一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，该方法包括：(1)石墨烯/二氧化钛水分散液的制备；(2)水性光固化多功能织物整理剂的制备；(3)将整理液整理在织物上，烘干，紫外光固化。经上述过程后可在织物表面形成多功能整理层，使织物同时具有良好的导电性、抗菌性、抗紫外、自清洁及力学性能。本发明以光固化技术将石墨烯粘结在织物表面，工艺简单，耐久性好，而且导电层具有优异的柔韧性及强度，与基布的结合牢度高，不会影响织物原有的手感，是一种绿色、节能、简便、高效的导电织物制备方法。

Description

一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法
技术领域
本发明涉及导电织物的制备领域，特别是一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法。
背景技术
随着现代科技的发展和人民生活水平的不断提高，高科技的电子产品已经渗透到人们生活的方方面面，而大多数电子产品在使用过程中都会不同程度地向周围辐射电磁波，电磁辐射对人们的身体健康的影响日益彰显，因此开发高效的防电磁辐射织物已经势在必行。
防电磁辐射织物可以分为导电型和导磁性两类，导电型织物在受到外界电磁波作用时产生感应电流，之后感应电流又产生与外界磁场方向相反的磁场，从而与外界磁场相抵消，达到电磁屏蔽效果，因此，织物导电化是使织物获得防电磁辐射效应的有效途径之一。目前导电织物的开发主要有三种途径：一是采用金属纤维或碳纤维与服用纤维混纺或混编来达到导电的目的，但其手感硬，厚重，服用性能不佳；二是对织物表面进行镀层处理，使织物表面形成一层金属膜，从而具有很好的导电性能，这种方法也是目前的主流技术，实现织物表面金属化的方法主要有化学镀法、电镀法和金属喷镀法等，CN104975277A采用化学镀法制备了镀铜/镍铁磷合金双镀层织物，使织物具有优异的电磁屏蔽性能；CN1715473A首先将金属纤维和棉纤维混纺，之后再进行化学镀，使其表面金属化。采用化学镀法金属化一方面的确可以得到电磁屏蔽性能优异的织物，但另一方面，该方法过程复杂，由于织物一般不具有催化活性，所以在进行化学镀之前要经过敏化活化等工序，成本较高，而且金属镀层长时间暴露空气中容易氧化而失去导电能力，耐久性差；三是采用含导电材料的涂层整理剂对织物表面涂层得到。CN105803814A以石墨烯粉、碳纳米管、导电炭黑作为导电填料，以丙烯酸丁酯乳液等作为基体制备了导电胶，将其涂覆在织物表面后得到石墨烯基高强度导电布。这种方法简便易操作，适合工业化生产，但目前存在导电率不高，导电层与织物结合牢度差等问题。
自从2004年石墨烯材料被发现以来，其各种优异性能也被逐渐的发掘与开发。单层石墨烯是由单原子层紧密堆积的二维晶体结构，碳原子以六元环形式周期性排列于石墨烯平面内，其中每个碳原子通过σ键与临近的三个碳原子相连，S、Px和Py三个杂化轨道形成强的共价键合，形成sp2杂化结构，键角为120°，赋予石墨烯极高的力学性能；剩余的Pz轨道的π电子在与平面垂直的方向形成π轨道，此π电子可以在石墨烯晶体平面内自由移动，从而使得石墨烯具有优异的导电性能。近年来的研究还表明，石墨烯具有良好的抗菌性能和生物相容性，同时也是抗菌活性物质的理想载体。石墨烯可以与细菌细胞膜上的磷脂分子发生很强的色散相互作用，因而能够大规模直接抽取细胞膜上的磷脂分子，将细菌杀死。因此，无论从理论还是实验研究方面来看，由于石墨烯独特的结构，使其在多功能导电涂层领域均已显示出重大的科研价值和应用优势。目前石墨烯产业已被纳入国家战略布局，是《中国制造2025》中前沿新材料的四大重点之一。虽然石墨烯具有非常优异的物理化学性能，但其层与层之间的分子间作用力导致其非常容易团聚，从而无法充分发挥单片石墨烯的优异性能。因此，提高石墨烯在基体中的分散性能至关重要。
紫外光(UV)固化是将液态体系由紫外线高强辐射作用下高速转变为固态体系，已在油墨、涂料、美甲产品等中实现商业应用，被誉为面向21世纪的绿色工业新技术。UV固化属于一种化学方法，它是紫外光引发化学反应的结果，其具有固化速度快、节省能源、固化产物性能好、环境友好等特点。UV固化体系分为油性和水性两种，其中油性体系的粘度调节主要依靠活性稀释剂单体或有机溶剂，很多活性稀释剂单体本身对人体的皮肤和眼睛都有较大的刺激性，对操作者的身体健康带来很大影响，因此近些年来水性UV固化体系逐渐成为研究热点。水性UV固化体系可以通过水和增稠剂来调控体系粘度及流变性能，避免了油性体系中活性稀释剂带来的VOC排放及刺激性问题，而且可以使用通常的涂布设备，易于清洗，非常节能环保。
发明内容
针对现有导电布制备技术的不足，如工艺复杂、导电层耐久性差、导电层与织物之间结合力差等，本发明提出了一种基于光固化技术的多功能导电织物
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：
(1)称取去离子水及助剂，室温下搅拌20-40分钟，然后加入石墨烯粉体与纳米二氧化钛粉体，在超声搅拌条件下分散1-2小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％；
(2)将水性光固化树脂、光引发剂、步骤(1)得到的石墨烯/二氧化钛水分散液与附着力促进剂在室温避光条件下超声搅拌0.5-1小时，得到水性光固化多功能织物整理剂；
(3)采用浸渍法、浸轧法或涂膜法将步骤(2)制备的整理剂整理到织物上，光固化后织物表面形成多功能导电涂层。
作为优选，体系中各组分的的重量份数分别为：助剂1-3份，水性光固化树脂50-80份，光引发剂1-8份，石墨烯/二氧化钛水分散液20-40份，附着力促进剂1-3份。
作为优选，所述步骤(1)中的助剂可以为润湿剂、消泡剂、流平剂或分散剂的至少一种。
作为优选，所述步骤(1)中的石墨烯粉体与纳米二氧化钛粉体的质量比为4:1-19:1。
作为优选，所述步骤(1)中的石墨烯为改性亲水型单层石墨烯、改性亲水型多层石墨烯或两种石墨烯不同比例的组合，石墨烯的片层厚度不大于5nm，片径为10-50微米。
作为优选，所述步骤(1)中的纳米二氧化钛为亲水型，其粒径不大于20nm。
作为优选，所述步骤(2)中的水性光固化树脂为水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯中的一种或两种以上组合物；光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)、Irgacure 2959、Irgacure 500中的一种或两种以上组合物；附着力促进剂为水性硅烷偶联剂。
作为优选，所述步骤(3)中的浸渍法是将织物浸渍在活化液中，室温避光条件下电磁搅拌处理10-40分钟，之后40-60℃烘干；浸轧法是将织物浸渍在活化液中5-10分钟，在轧车压力为1-4kg/cm2的情况下，两浸两轧，轧余率为80-90％，之后40-60℃烘干；涂膜法是采用线棒涂布器在织物表面刮膜，之后40-60℃烘干。
作为优选，所述步骤(3)中的光固化光源为汞灯、卤素灯中的至少一种，功率为1000W，光源与织物距离为2-4cm，固化时间为30秒-5分钟。
作为优选，所述步骤(3)中所适用的织物为棉织物、毛织物、丝织物、涤纶织物、锦纶织物、腈纶织物及其混纺织物。
本发明的有益效果是：
(1)导电织物制备过程采用水性UV固化体系，绿色环保，低能耗，高效率，化学稳定性好，适合自动化流水线生产；
(2)本发明以石墨烯作为导电粒子，由于其独特的结构，使最终制得的导电布具有优异的导电性能，抗菌性能以及力学性能；
(3)本发明在水性UV固化体系中加入纳米二氧化钛，其能够很好的填充到石墨烯片层之间，避免石墨烯的团聚；同时，由于纳米二氧化钛具有抗菌和紫外线屏蔽性能、防雾功能、自清洁功能等，因此最终制备的导电布具有多种功效；
(4)本发明的导电涂层具有优异的柔韧性和强度，耐久性好，而且涂层与织物之间具有优异的结合牢度；
(5)本发明的导电布制备方法可适用于各种基布，应用范围广，操作简单，导电效果好。
具体实施方式
下面以具体实例对本发明作进一步的阐述，但实施例仅用于说明，并不限制发明的范围。此外在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
石墨烯为改性亲水型单层石墨烯、改性亲水型多层石墨烯或两种石墨烯不同比例的组合，石墨烯的片层厚度不大于5nm，片径为10-50微米。纳米二氧化钛为亲水型，其粒径不大于20nm。
实施例1
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：(1)称取67g去离子水、3g水性分散剂LX-5027，室温下搅拌三十分钟，然后将27g石墨烯粉体、3g纳米二氧化钛粉体加入到其中，在超声搅拌条件下分散2小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％。
(2)将60g水性聚氨酯丙烯酸酯、6g光引发剂1173、31g石墨烯/二氧化钛水分散液、3g水性硅烷偶联剂KH-460在室温避光条件下超声搅拌一小时，得到水性光固化多功能织物整理剂。
(3)将织物浸渍在多功能整理剂中，室温避光条件下电磁搅拌处理30分钟，之后50℃烘干，在光源为汞灯的条件下固化2分钟，光源与织物的距离为4厘米。
实施例2
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：(1)称取68g去离子水、2g水性润湿剂FX365，室温下搅拌三十分钟，然后将24g石墨烯粉体、6g纳米二氧化钛粉体加入到其中，在超声搅拌条件下分散1小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％。
(2)将52g水性聚氨酯丙烯酸酯、5g光引发剂Irgacure 500、40g石墨烯/二氧化钛水分散液、1g水性硅烷偶联剂KH-450在室温避光条件下超声搅拌半小时，得到水性光固化多功能织物整理剂。
(3)将织物浸渍在多功能整理剂中10分钟，在轧车压力为4kg/cm2的情况下，两浸两轧，轧余率为85％，之后40℃烘干，在光源为金属卤素灯的条件下固化30秒，光源与织物的距离为3厘米。
实施例3
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：(1)称取67g去离子水、1g水性分散剂LX-5027，1g水性消泡剂Efka 2526室温下搅拌三十分钟，然后将25g石墨烯粉体、5g纳米二氧化钛粉体加入到其中，在超声搅拌条件下分散1.5小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％。
(2)将69g水性聚氨酯丙烯酸酯、8g光引发剂1173、20g石墨烯/二氧化钛水分散液、1g水性硅烷偶联剂KH-460、1g水性硅烷偶联剂KH-460在室温避光条件下超声搅拌40分钟，得到水性光固化多功能织物整理剂。
(3)采用线棒涂布器将多功能整理剂在织物表面刮膜，60℃烘干，在光源为汞灯的条件下固化30秒，在金属卤素灯的条件下固化30秒，光源与织物的距离为2厘米。
实施例4
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：(1)称取67g去离子水、1g水性流平剂Efka 3030，2g水性分散剂LX-5027室温下搅拌三十分钟，然后将26g石墨烯粉体、4g纳米二氧化钛粉体加入到其中，在超声搅拌条件下分散2小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％。
(2)将60g水性聚氨酯丙烯酸酯、2g光引发剂Irgacure 500、35g石墨烯/二氧化钛水分散液、2g水性硅烷偶联剂KH-460在室温避光条件下超声搅拌五十分钟，得到水性光固化多功能织物整理剂。
(3)将织物浸渍在多功能整理剂中10分钟，在轧车压力为2kg/cm2的情况下，两浸两轧，轧余率为90％，之后50℃烘干，在光源为金属卤素灯的条件下固化30秒，光源与织物的距离为3厘米。
实施例5
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：(1)称取67g去离子水、1g水性流平剂Efka 3030，2g水性分散剂LX-5027室温下搅拌三十分钟，然后将28.5g石墨烯粉体、1.5g纳米二氧化钛粉体加入到其中，在超声搅拌条件下分散2小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％。
(2)将50g水性聚氨酯丙烯酸酯、2g光引发剂Irgacure 500、35g石墨烯/二氧化钛水分散液、2g水性硅烷偶联剂KH-460在室温避光条件下超声搅拌五十分钟，得到水性光固化多功能织物整理剂。
(3)将织物浸渍在多功能整理剂中10分钟，在轧车压力为2kg/cm2的情况下，两浸两轧，轧余率为90％，之后50℃烘干，在光源为金属卤素灯的条件下固化30秒，光源与织物的距离为3厘米。
实施例6
一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，所述制备方法包括：(1)称取67g去离子水、1g水性流平剂Efka 3030，2g水性分散剂LX-5027室温下搅拌三十分钟，然后将28.5g石墨烯粉体、1.5g纳米二氧化钛粉体加入到其中，在超声搅拌条件下分散2小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％。
(2)将30g水性聚氨酯丙烯酸酯、20g水性环氧丙烯酸酯、30g水性聚酯丙烯酸酯、8g光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)、35g石墨烯/二氧化钛水分散液、2g水性硅烷偶联剂KH-460在室温避光条件下超声搅拌五十分钟，得到水性光固化多功能织物整理剂。
(3)将织物浸渍在多功能整理剂中10分钟，在轧车压力为2kg/cm2的情况下，两浸两轧，轧余率为90％，之后50℃烘干，在光源为金属卤素灯的条件下固化30秒，光源与织物的距离为3厘米。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)称取去离子水及助剂，室温下搅拌20-40分钟，然后加入石墨烯粉体与纳米二氧化钛粉体，在超声搅拌条件下分散1-2小时，得到石墨烯/二氧化钛水分散液，其浓度质量分数为30％；
(2)将水性光固化树脂、光引发剂、步骤(1)得到的石墨烯/二氧化钛水分散液与附着力促进剂在室温避光条件下超声搅拌0.5-1小时，得到水性光固化多功能织物整理剂；
(3)采用浸渍法、浸轧法或涂膜法将步骤(2)制备的整理剂整理到织物上，光固化后织物表面形成多功能导电涂层。
2.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，体系中各组分的的重量份数分别为：助剂1-3份，水性光固化树脂50-80份，光引发剂1-8份，石墨烯/二氧化钛水分散液20-40份，附着力促进剂1-3份。
3.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的助剂可以为润湿剂、消泡剂、流平剂或分散剂的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的石墨烯粉体与纳米二氧化钛粉体的质量比为4:1-19:1。
5.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的石墨烯为改性亲水型单层石墨烯、改性亲水型多层石墨烯或两种石墨烯不同比例的组合，石墨烯的片层厚度不大于5nm，片径为10-50微米。
6.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的纳米二氧化钛为亲水型，其粒径不大于20nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的水性光固化树脂为水性聚丙烯酸酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯中的一种或两种以上组合物；光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)、Irgacure 2959、Irgacure 500中的一种或两种以上组合物；附着力促进剂为水性硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的浸渍法是将织物浸渍在活化液中，室温避光条件下电磁搅拌处理10-40分钟，之后40-60℃烘干；浸轧法是将织物浸渍在活化液中5-10分钟，在轧车压力为1-4kg/cm2的情况下，两浸两轧，轧余率为80-90％，之后40-60℃烘干；涂膜法是采用线棒涂布器在织物表面刮膜，之后40-60℃烘干。
9.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的光固化光源为汞灯、卤素灯中的至少一种，功率为1000W，光源与织物距离为2-4cm，固化时间为30秒-5分钟。
10.根据权利要求1所述的一种基于光固化技术的多功能导电织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所适用的织物为棉织物、毛织物、丝织物、涤纶织物、锦纶织物、腈纶织物及其混纺织物。
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