CN107558180A - 层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维，使用氢氧化钠、三甲基烯丙基氯化铵、PAMAM改性棉织物得到阳离子化棉织物，然后将阳离子化棉织物依次浸渍在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线溶液和氨基化多壁碳纳米管溶液中进行自组装，最终得到碳纳米管/银纳米线功能棉纤维。氨基化多壁碳纳米管与银纳米线通过静电引力层层自组装牢固结合，赋予了棉纤维优异的导电、抗菌、抗紫外等性能，在纺织、服装、可穿戴设备、柔性导电器件等领域有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维，属纳米复合材料领域。
背景技术
棉纤维以其优异的吸湿、透气、舒适、柔软、保暖、可再生、可降解等性能受到广大消费者的喜爱。但与合成纤维相比，棉纤维的功能性仍然存在不足。例如：（1）棉纤维具有比表面积大和吸湿能力强等特点，因而在服用过程中容易附着、繁殖和传播微生物，从而造成棉纤维强力下降、产生污点、褪色和气味，甚至传播疾病，影响人体健康。（2）过量的紫外线照射会造成皮肤损伤、老化，甚至引起癌变。（3）近年来导电纺织品逐渐成为研究的热点，导电棉织物在柔性可穿戴设备中有巨大的应用价值。因此为了充分挖掘棉纤维的潜在功能，提高棉纤维的技术含量和产品附加值，对棉纤维进行功能化改性成为一个重要的研究方向（超支化聚合物的制备及对棉纤维的功能化改性[D].苏州大学,2009）。
无机纳米材料是指尺寸处于1-100nm的材料，相对于其它纳米材料，无机纳米材料具有制备简单，成本低廉、粒径均一等优势，在光催化、太阳能电池、生物、医药、纺织、印染、可穿戴电子设备等领域有着广泛的研究和应用。在众多类型的无机纳米材料中，纳米银占据着重要的位置，将纳米银与棉纤维相结合可有效改善棉纤维固有缺陷，扩大棉纤维适用范围，提高棉纤维附加值。大量文献报道了使用纳米银颗粒改性棉纤维后，可赋予棉纤维优异的抗菌、抗紫外、导电、电磁屏蔽等性能。但是上述文献多采用零维的银纳米颗粒改性棉织物。例如Zhang使用纳米银对棉织物进行抗菌整理，整理后的棉织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为99.01%和99.26%，经过20次洗涤后，抑菌率仍高达98.77%（Fibersand Polymers, 2009, 10(4): 496-501）。
一维结构的银纳米线具有高比表面积、导热、导电、透光、延展性、机械强度和柔性等性能，在柔性导电薄膜、太阳能电池、触摸屏、显示屏、传感器等领域有潜在的应用价值（中国材料进展, 2016(07): 545-551）。目前已有少量关于银纳米线改性棉织物的研究报道（基于银纳米线导电网络的电子纺织品, 化学进展, 2017, 29(8): 892-901）。伊朗伊斯兰自由大学Nateghi采用AgNWs改性棉织物，并研究了改性后棉织物的抗菌、抗紫外、导电和超疏水性能（Carbohyd. Polym., 2015, 117:160）。加拿大滑铁卢大学Atwa通过浸渍-提拉法在棉线表面涂覆AgNWs导电网络，然后150℃退火30分钟，从而制备得到导电棉线（J.Mater. Chem. C, 2015, 3(16):3908）。波兰纺织科学研究所Cies´lak使用浸渍-烘干法整理棉织物（Cellulose, 2017, 24(1):409）。苏州大学修阿男将棉织物浸渍在AgNWs溶液中进行抗菌、抗紫外整理（修阿男. 两亲性超支化聚缩水甘油醚、银纳米线的制备及棉织物整理初探[D].苏州大学,2015）。中国发明专利CN201610217104.7将棉布浸泡于银纳米线/乙醇分散液中，取出干燥后再次浸泡于上述分散液中，反复多次得到表面吸附有银纳米线的导电棉布。南京邮电大学张自强首先利用毛细诱导自组装的方法将AgNWs组装在尼龙纱线上，得到AgNWs导电纱线，然后将制备好的AgNWs导电纱线浸渍在氧化石墨烯溶液中进行二次组装，最后再将氧化石墨烯还原，得到具有较好机械性能和粘附性能的石墨烯包裹的AgNWs导电纱线（张自强. 导电纳米材料在纤维表面的毛细自组装及性能研究[D].南京邮电大学,2016）。但是上述文献中AgNWs与棉纤维之间的作用主要以范德华力和氢键形式存在的物理吸附为主，缺乏牢固的作用力结合，其耐洗牢度偏弱。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维及其制备方法。
本发明通过下述技术方案予以实现：
（1）将棉织物置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1:50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性棉织物；然后将氢氧化钠改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性棉织物的质量比为1:5-1:10，60-80℃反应1-24h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物；将三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入1-100g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，其中PAMAM水溶液与三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物水溶液的体积比为1:5-1:10，75-95℃反应60-120min，取出后清洗烘干得到阳离子化棉织物；（2）将1-10g/L的银纳米线异丙醇分散溶液与0.1-1g/L的四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液在室温下混合，其中银纳米线异丙醇分散溶液与四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液的体积比为1:1-5:1，将混合物轻轻摇动，直至银纳米线沉淀，离心分离后，重新分散于去离子水中，按体积比1:1-1:10，加入0.01g/L-100g/L的端羟基超支化聚合物水溶液，匀速搅拌24h，得到端羟基超支化聚合物修饰银纳米线，离心分离，用去离子水和乙醇多次洗涤，干燥；（3）将步骤二中的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线配制成0.1-10g/L的水溶液，然后将步骤一中的阳离子化棉织物浸渍在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉织物浸渍在1-10g/L的氨基化多壁碳纳米管溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层碳纳米管/银纳米线涂层整理到棉织物的表面，随后依次在银纳米线和氨基化多壁碳纳米管整理液中重复上述操作，根据需要决定棉织物表面碳纳米管/银纳米线整理的层数。
氨基化多壁碳纳米管的合成可参考文献：郭冰之,赵芸,黎汉生,矫庆泽. 氨基化多壁碳纳米管的制备与表征[J]. 无机化学学报,2013,29(09):1825-1829；王国建,祖梅,邱军. 氨基化多壁碳纳米管的制备及其在复合材料中的应用[J]. 新型炭材料,2011,26(02):89-97；李玲,邓小勇,白明坤,胡炜,倪庆顺,焦正,吴明红. 氨基化的水溶性多壁碳纳米管的合成及表征[J]. 太原理工大学学报,2011,42(04):431-436+450；侯立晨,孟庆杰,王宁,张兴祥. 氨基化多壁碳纳米管的制备[J]. 天津工业大学学报,2011,30(06):9-14；中国发明专利CN201010301340.X；中国发明专利CN201110370348.6。
多元醇法合成银纳米线可参考文献：彭勇宜,徐国钧,代国章,李宏建. 银纳米线的多元醇法制备工艺条件研究[J]. 材料导报,2015,29(22):79-81+86；夏兴达,杨兵初,张祥,周聪华. 多元醇热法制备银纳米线及其在透明导电薄膜中的应用[J]. 功能材料,2016,47(05):5091-5095；李逸群. 液相多元醇法可控合成金属银纳米线及其在透明导电膜中的应用[D].兰州大学,2015；马晓,游芳芳,冯晋阳,赵修建. 多元醇法制备一维Ag纳米线[J]. 人工晶体学报,2014,43(03):587-591；郭瑞萍,郑敏,章海霞. 微波辅助多元醇法快速制备Ag纳米线的研究[J]. 太原理工大学学报,2013,44(01):76-80；中国发明专利CN201610804238.9；中国发明专利CN201710357029.9。
与现有技术相比，本发明的优点在于：氨基化多壁碳纳米管与银纳米线通过静电引力层层自组装牢固结合，赋予了棉纤维优异的导电、抗菌、抗紫外等性能，在纺织、服装、可穿戴设备、柔性导电器件等领域有重要的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1：
（1）将棉织物置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1:50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性棉织物；然后将氢氧化钠改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性棉织物的质量比为1:5，60℃反应1h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物；将三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入10g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，其中PAMAM水溶液与三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物水溶液的体积比为1:5，75℃反应60min，取出后清洗烘干得到阳离子化棉织物；（2）将1g/L的银纳米线异丙醇分散溶液与0.1g/L的四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液在室温下混合，其中银纳米线异丙醇分散溶液与四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液的体积比为1:1，将混合物轻轻摇动，直至银纳米线沉淀，离心分离后，重新分散于去离子水中，按体积比1:1，加入10g/L的端羟基超支化聚合物水溶液，匀速搅拌24h，得到端羟基超支化聚合物修饰银纳米线，离心分离，用去离子水和乙醇多次洗涤，干燥；（3）将步骤二中的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线配制成1g/L的水溶液，然后将步骤一中的阳离子化棉织物浸渍在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉织物浸渍在1g/L的氨基化多壁碳纳米管溶液中10min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，得到碳纳米管/银纳米线改性棉纤维。
实施例2：
（1）将棉织物置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1:50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性棉织物；然后将氢氧化钠改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性棉织物的质量比为1:7，70℃反应6h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物；将三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入50g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，其中PAMAM水溶液与三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物水溶液的体积比为1:8，80℃反应90min，取出后清洗烘干得到阳离子化棉织物；（2）将5g/L的银纳米线异丙醇分散溶液与0.5g/L的四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液在室温下混合，其中银纳米线异丙醇分散溶液与四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液的体积比为2:1，将混合物轻轻摇动，直至银纳米线沉淀，离心分离后，重新分散于去离子水中，按体积比1:5，加入50g/L的端羟基超支化聚合物水溶液，匀速搅拌24h，得到端羟基超支化聚合物修饰银纳米线，离心分离，用去离子水和乙醇多次洗涤，干燥；（3）将步骤二中的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线配制成5g/L的水溶液，然后将步骤一中的阳离子化棉织物浸渍在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中30min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉织物浸渍在5g/L的氨基化多壁碳纳米管溶液中30min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层碳纳米管/银纳米线涂层整理到棉织物的表面，随后依次在银纳米线和碳纳米管整理液中重复二次上述操作，最终得到碳纳米管/银纳米线改性棉纤维。
实施例3：
（1）将棉织物置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1:50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性棉织物；然后将氢氧化钠改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性棉织物的质量比为1:10，80℃反应24h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物；将三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入100g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，其中PAMAM水溶液与三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物水溶液的体积比为1:10，90℃反应120min，取出后清洗烘干得到阳离子化棉织物；（2）将10g/L的银纳米线异丙醇分散溶液与1-1g/L的四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液在室温下混合，其中银纳米线异丙醇分散溶液与四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液的体积比为5:1，将混合物轻轻摇动，直至银纳米线沉淀，离心分离后，重新分散于去离子水中，按体积比1:10，加入100g/L的端羟基超支化聚合物水溶液，匀速搅拌24h，得到端羟基超支化聚合物修饰银纳米线，离心分离，用去离子水和乙醇多次洗涤，干燥；将步骤二中的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线配制成10g/L的水溶液，然后将步骤一中的阳离子化棉织物浸渍在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉织物浸渍在10g/L的氨基化多壁碳纳米管溶液中60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层碳纳米管/银纳米线涂层整理到棉织物的表面，随后依次在银纳米线和碳纳米管整理液中重复八次上述操作，最终得到碳纳米管/银纳米线改性棉纤维。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维的制备方法，其特征在于：
步骤一：将棉织物置于质量分数为20％的氢氧化钠溶液中，浴比1:50，90℃反应120min，用去离子水反复洗至中性，烘干后得到氢氧化钠改性棉织物；然后将氢氧化钠改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，加入三甲基烯丙基氯化铵，其中三甲基烯丙基氯化铵和氢氧化钠改性棉织物的质量比为1:5-1:10，60-80℃反应1-24h，用去离子水反复清洗，烘干后得到三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物；将三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物重新分散于去离子水中，浴比1:50，缓慢加入1-100g/L的聚酰胺-胺PAMAM水溶液，PAMAM水溶液与三甲基烯丙基氯化铵改性棉织物水溶液的体积比为1:5-1:10，75-95℃反应60-120min，取出后清洗烘干得到阳离子化棉织物；
步骤二：将1-10g/L的银纳米线异丙醇分散溶液与0.1-1g/L的四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液在室温下混合，银纳米线异丙醇分散溶液与四氟硼酸亚硝鎓乙醇溶液的体积比为1:1-5:1，将混合物轻轻摇动，直至银纳米线沉淀，离心分离后，重新分散于去离子水中，按体积比1:1-1:10，加入0.01g/L-100g/L的端羟基超支化聚合物水溶液，匀速搅拌24h，得到端羟基超支化聚合物修饰银纳米线，离心分离，用去离子水和乙醇多次洗涤，干燥；
步骤三：将步骤二中的端羟基超支化聚合物修饰银纳米线配制成0.1-10g/L的水溶液，然后将步骤一中的阳离子化棉织物浸渍在端羟基超支化聚合物修饰银纳米线水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述棉织物浸渍在1-10g/L的碳纳米管水溶液中10-60min，浴比1:50，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层碳纳米管/银纳米线涂层整理到棉织物的表面，随后依次在银纳米线和碳纳米管整理液中重复上述操作，根据需要决定棉织物表面碳纳米管/银纳米线整理的层数。
2.根据权利要求1所述的层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述银纳米线采用多元醇法合成。
3.根据权利要求1所述的层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为氨基化多壁碳纳米管。
4.按权利要求1制备方法得到的层层自组装碳纳米管/银纳米线改性棉纤维。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180109 |