CN107558247A - 掺杂型石墨烯涂层布料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种掺杂型石墨烯涂层布料及其制备方法，该布料的各原料的重量份数配比为：石墨粉80‑100份、聚四氟乙烯20‑30份、氯磺酸0.5‑1.0份、浓硫酸0.5‑1.0份、氧化氢溶液60‑65份、石墨烯0.2‑0.4份、氧化石墨烯水溶液30‑40份、去离子水10‑20份、尿素10‑15份、甲基吡咯烷酮5‑10份。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

掺杂型石墨烯涂层布料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层布料及其制备方法，更具体的说是一种掺杂型石墨烯涂层布料及其制备方法。

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

针对现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种掺杂型石墨烯涂层布料及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供一种掺杂型石墨烯涂层布料，其特征在于，所述掺杂型石墨烯涂层布料包括以下各原料的重量份数：

石墨粉：80-100份；

聚四氟乙烯：20-30份；

氯磺酸：0.5-1.0份；

浓硫酸：0.5-1.0份；

氧化氢溶液：60-65份；

石墨烯：0.2-0.4份；

氧化石墨烯水溶液：30-40份；

去离子水：10-20份；

尿素：10-15份；

甲基吡咯烷酮：5-10份。

优选地，所述石墨粉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，易于生产和制造。

优选地，所述掺杂型石墨烯涂层布料填充棉花、丝绸、碳布、化纤、羊毛、纸、塑料、石棉中的一种或多种组合，这样使布料轻便，具有很强的实用性。

优选地，所述掺杂型石墨烯涂层布料的形态为颗粒、线、网、面以及三维结构中的多种组合，使布料造型线条光滑，质地轻薄而通透。

优选地，所述掺杂型石墨烯涂层布料表面涂覆有一层或多层掺杂型石墨烯，从而使布料防尘、防雾、防静电。

本发明还提供一种掺杂型石墨烯涂层布料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，石墨粉置于聚四氟乙烯进行反应；

步骤二，加入氯磺酸后将混合物在120°C下加热5小时，随后将样品取出放在烧杯中；

步骤三，加入浓硫酸，在搅拌条件下逐滴加入氧化氢溶液，得到边缘氧化的石墨烯；

步骤四，将氧化石墨烯水溶液用去离子水稀释，并加入尿素；

步骤五， 将溶液置于聚四氟乙烯中，通过180°C温度下反应12小时；

步骤六，得到产物冷却后，过滤水洗后烘干得到氮掺杂石墨烯；

步骤七，将氮掺杂石墨烯置于甲基吡咯烷酮中超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液；

步骤八，将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸溃、填充、水热、印刷、涂覆，并涂在化纤布料表面；

步骤九，对化纤布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理，最后得到掺杂型石墨烯涂层的布料。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：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。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明掺杂型石墨烯涂层布料的各原料的重量份数配比为：石墨粉80-100份、聚四氟乙烯20-30份、氯磺酸0.5-1.0份、浓硫酸0.5-1.0份、氧化氢溶液60-65份、石墨烯0.2-0.4份、氧化石墨烯水溶液30-40份、去离子水10-20份、尿素10-15份、甲基吡咯烷酮5-10份。

上述实例的生产工艺方法为：选取石墨粉和聚四氟乙烯进行反应，加入氯磺酸，加热后加入浓硫酸并加入氧化氢溶液，得到边缘氧化的石墨烯。选取氧化石墨烯水溶液与离子水稀释，并加入尿素，将溶液置于聚四氟乙烯中，通过反应得到产物冷却后，过滤水洗后烘干得到氮掺杂石墨烯。选取甲基吡咯烷酮和氮掺杂石墨烯超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液。将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸溃、填充、水热、印刷、涂覆后涂在化纤布料表面，随后对化纤布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理，最后得到掺杂型石墨烯涂层的布料即可投入使用。

本发明掺杂型石墨烯涂层布料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，石墨粉置于聚四氟乙烯进行反应；

步骤二，加入氯磺酸后将混合物在120°C下加热5小时，随后将样品取出放在烧杯中；

步骤三，加入浓硫酸，在搅拌条件下逐滴加入氧化氢溶液，得到边缘氧化的石墨烯；

步骤四，将氧化石墨烯水溶液用去离子水稀释，并加入尿素；

步骤五， 将溶液置于聚四氟乙烯中，通过180°C温度下反应12小时；

步骤六，得到产物冷却后，过滤水洗后烘干得到氮掺杂石墨烯；

步骤七，将氮掺杂石墨烯置于甲基吡咯烷酮中超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液；

步骤八，将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸溃、填充、水热、印刷、涂覆，并涂在化纤布料表面；

步骤九，对化纤布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理，最后得到掺杂型石墨烯涂层的布料。

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，易于生产和制造。

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，这样使布料轻便，具有很强的实用性。

所述布料的形态为颗粒、线、网、面以及三维结构中的多种组合，使布料造型线条光滑，质地轻薄而通透。

所述布料表面涂覆有一层或多层掺杂型石墨烯，从而使布料防尘、防雾、防静电。

以下实施例的原料均按重量份数配比的制得：

实施例1

石墨粉：80份；

聚四氟乙烯：20份；

氯磺酸：0.5份；

浓硫酸：0.5份；

氧化氢溶液：60份；

石墨烯：0.2份；

氧化石墨烯水溶液：30份；

去离子水：10份；

尿素：10份；

甲基吡咯烷酮：5份。

第一选取石墨粉80份和20份聚四氟乙烯，进行反应，加入0.5份氯磺酸，将混合物在120°C下加热5小时，随后将样品取出放在烧杯中，往里面加入0.5份浓硫酸，在搅拌条件下逐滴加入60份氧化氢溶液，得到边缘氧化的石墨烯。选取30份氧化石墨烯水溶液，用10份去离子水稀释，并加入10份尿素，将溶液置于20份聚四氟乙烯中，通过180°C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。选取甲基吡咯烷酮5份，将氮掺杂石墨烯置于其中并超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液。将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸溃、填充、水热、印刷、涂覆，并涂在化纤布料表面，随后对化纤布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理，最后得到掺杂型石墨烯涂层的布料。

实施例2

石墨粉：90份；

聚四氟乙烯：25份；

氯磺酸：0.8份；

浓硫酸：0.8份；

氧化氢溶液：63份；

石墨烯：0.3份；

氧化石墨烯水溶液：35份；

去离子水：15份；

尿素：13份；

甲基吡咯烷酮：8份。

本实施例的制备方法与实施例1完全相同。

实施例3

石墨粉：100份；

聚四氟乙烯：30份；

氯磺酸：1.0份；

浓硫酸：1.0份；

氧化氢溶液：65份；

石墨烯：0.4份；

氧化石墨烯水溶液：40份；

去离子水：20份；

尿素：15份；

甲基吡咯烷酮：10份。

本实施例的制备方法与实施例1完全相同。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种掺杂型石墨烯涂层布料，其特征在于，所述掺杂型石墨烯涂层布料包括以下各原料的重量份数：

石墨粉：80-100份；

聚四氟乙烯：20-30份；

氯磺酸：0.5-1.0份；

浓硫酸：0.5-1.0份；

氧化氢溶液：60-65份；

石墨烯：0.2-0.4份；

氧化石墨烯水溶液：30-40份；

去离子水：10-20份；

尿素：10-15份；

甲基吡咯烷酮：5-10份。

2.根据权利要求1所述的掺杂型石墨烯涂层布料，其特征在于，所述石墨粉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，易于生产和制造。

3.根据权利要求1所述的掺杂型石墨烯涂层布料，其特征在于，所述掺杂型石墨烯涂层布料填充棉花、丝绸、碳布、化纤、羊毛、纸、塑料、石棉中的一种或多种组合，这样使布料轻便，具有很强的实用性。

4.根据权利要求1所述的掺杂型石墨烯涂层布料，其特征在于，所述掺杂型石墨烯涂层布料的形态为颗粒、线、网、面以及三维结构中的多种组合，使布料造型线条光滑，质地轻薄而通透。

5.根据权利要求1所述的掺杂型石墨烯涂层布料，其特征在于，所述掺杂型石墨烯涂层布料表面涂覆有一层或多层掺杂型石墨烯，从而使布料防尘、防雾、防静电。

6.一种掺杂型石墨烯涂层布料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，石墨粉置于聚四氟乙烯进行反应；

步骤二，加入氯磺酸后将混合物在120°C下加热5小时，随后将样品取出放在烧杯中；

步骤三，加入浓硫酸，在搅拌条件下逐滴加入氧化氢溶液，得到边缘氧化的石墨烯；

步骤四，将氧化石墨烯水溶液用去离子水稀释，并加入尿素；

步骤五，将溶液置于聚四氟乙烯中，通过180°C温度下反应12小时；

步骤六，得到产物冷却后，过滤水洗后烘干得到氮掺杂石墨烯；

步骤七，将氮掺杂石墨烯置于甲基吡咯烷酮中超声分散，得到氮掺杂石墨烯的溶液；

步骤八，将氮掺杂石墨烯的溶液通过浸溃、填充、水热、印刷、涂覆，并涂在化纤布料表面；

步骤九，对化纤布料进行干燥、烘干固化、清洗及再干燥固化处理，最后得到掺杂型石墨烯涂层的布料。