CN109944066A - 一种石墨烯抗静电织物及其制备方法 - Google Patents
一种石墨烯抗静电织物及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
发明人提供了一种石墨烯抗静电织物的制备方法，包括以下步骤：织物预处理、水性聚氨酯吸附、氧化石墨烯吸附、还原处理。上述技术方案采用双涂层法，先在织物表面浸涂一层水性聚氨酯作为粘结层，再浸涂一层高含量的石墨烯/水性聚氨酯抗静电层。织物表面可以附着较多的石墨烯/水性聚氨酯，确保了织物良好的抗静电性，同时石墨烯/水性聚氨酯抗静电层牢固的附着在织物表面，具有较强的耐久性和耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及纺织材料领域，特别涉及一种石墨烯抗静电织物及其制备方法。
背景技术
在纺织领域，大部分化纤具有高比电阻、高绝缘性。在空气干燥时，化纤织物在穿着或使用过程中因摩擦产生静电，会吸附灰尘、毛发等轻质物，也会降低服饰的穿着舒适度。尤其在冬天，当我们穿着带有静电的服饰用手去触碰金属等良导体时会出现手指放电现象，带来的刺痛感，给我们的生活带来不适。此外，当静电现象过于严重时，甚至会导致火灾。
为解决此问题，防静电液和防静电织物的研发和应用显得格外重要。水性聚氨酯作为一种环保、高性能的黏合剂，与大部分织物具有较好的附着力。故常用于服饰表面图案或商标涂层，也可用于抗静电液。
作为21世纪新型碳纳米材料，石墨烯具有优异的导电导热性、超大的比表面积、质轻等特性，常以填料的形式来增强基材的功能特性。专利CN106632941A公开了一种高效耐久抗静电剂及其制备方法，该专利中将改性石墨烯分散于水性聚氨酯中，但石墨烯含量较低，一定程度上限制了其抗静电性能，同时石墨烯和纤维的结合不均匀，不稳固，容易发生脱落的情况。
发明内容
为此，需要提供一种抗静电能力强，石墨烯结合稳定，不易脱落的石墨烯抗静电织物制备方法。
为实现上述目的，发明人提供了一种石墨烯抗静电织物的制备方法，包括以下步骤：
织物预处理：将织物浸入除油碱液中10-180min，再用蒸馏水洗涤，40-100℃烘干或风干；
水性聚氨酯吸附：将预处理的织物用水性聚氨酯溶液进行浸渍，浸渍时间为5-60min，所述水性聚氨酯溶液的质量百分比浓度为5％-40％；
氧化石墨烯吸附：将水性聚氨酯吸附后的织物用氧化石墨烯溶液进行浸渍，浸渍时间为5-60min；将浸渍后的织物60-90℃烘干；所述氧化石墨烯溶液由1-50质量份的氧化石墨烯、2-100质量份的水性聚氨酯乳液与10000质量份的水混合配置；所述氧化石墨烯片径为400nm-100000nm；
还原处理：将吸附氧化石墨烯后的织物进行还原处理，得到石墨烯抗静电织物。
进一步地，所述织物预处理步骤，所述除油碱液由氢氧化钠、季铵盐表面活性剂加入蒸馏水配置，所述氢氧化钠的浓度为5-200g/L，季铵盐类表面活性剂为0-5g/L。
进一步地，所述织物预处理步骤，所述除油碱液的温度为30-95℃。
进一步地，所述水性聚氨酯吸附步骤，所述水性聚氨酯溶液由水性聚氨酯乳液加蒸馏水搅拌后得到，所述搅拌速度为300-600r/min，搅拌时间为30-120min。
进一步地，所述氧化石墨烯吸附步骤，所述氧化石墨烯溶液由氧化石墨烯、水性聚氨酯乳液加蒸馏水搅拌均匀后得到，所述搅拌速度为300-600r/min，搅拌时间为30-120min。
进一步地，所述水性聚氨酯吸附步骤和氧化石墨烯吸附步骤，浸渍后的织物轧压后再进行烘干。
进一步地，所述还原处理步骤中，还原处理方法包括化学还原、紫外辐照还原、热还原和电化学还原。
进一步地，所述化学还原采用的化学还原剂包括维生素C、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、甲脒亚磺酸、柠檬酸钠、氢碘酸、水合肼或其混合物。
进一步地，所述织物的材料包括棉、麻、毛、天丝、氨纶、涤纶、锦纶、丙纶、氯纶、腈纶、维纶和蚕丝。
发明人还提供了一种石墨烯抗静电织物，所述石墨烯抗静电织物由上述任一所述制备方法得到。
区别于现有技术，上述技术方案采用双涂层法，先在织物表面浸涂一层水性聚氨酯作为粘结层，再浸涂一层高含量的石墨烯/水性聚氨酯抗静电层。织物表面可以附着较多的石墨烯/水性聚氨酯，确保了织物良好的抗静电性，同时石墨烯/水性聚氨酯抗静电层牢固的附着在织物表面，具有较强的耐久性和耐水性。同时，本方案制备工艺简单、环保、可实现工业化生产。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。
本实施方式中，所述的季铵盐表面活性剂包括十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵。
本实施方式中，所述的水性聚氨酯为单组分水性聚氨酯或双组分水性聚氨酯中，其中双组分水性聚氨酯在配置前要预先搅拌均匀。
实施例1一种石墨烯抗静电织物：
(1)将锦纶织物浸入到95℃由50g/L氢氧化钠和1g/L十六烷基三甲基溴化铵混合溶液中浸泡10min，而后用蒸馏水洗涤、风干；
(2)用蒸馏水将单组分水性聚氨酯乳液稀释成40％，以600r/min的速度机械搅拌30min，制得水性聚氨酯溶液；
(3)将步骤(1)处理的织物浸入步骤(3)制备水性聚氨酯溶液中10min，轧压后于80℃下烘20min；
(4)以蒸馏水：400nm氧化石墨烯：水性聚氨酯乳液＝1000:3:6的比率配制石墨烯导电浆料，以600r/min的速度机械搅拌30min，将步骤(3)处理的织物浸到氧化石墨烯浆料中10min，轧压后于80℃下烘20min；
(5)将织物浸渍于10g/L的维生素C中于95℃还原8h，蒸馏水洗涤、80℃烘箱烘干即得到一种石墨烯抗静电织物。
实施例2一种石墨烯抗静电织物：
(1)将95％锦纶/5％氨纶混编织物浸入到60℃由10g/L氢氧化钠和0.5g/L十二烷基三甲基氯化铵混合溶液中浸泡120min，而后用蒸馏水洗涤、100℃烘箱烘干；
(2)将双组份水性聚氨酯以300r/min的速度机械搅拌120min成为水性聚氨酯乳液，再用蒸馏水将其稀释成5％，以300r/min的速度机械搅拌120min，制得水性聚氨酯溶液；
(3)将步骤(1)处理的织物浸入步骤(2)制备水性聚氨酯溶液中30min，轧压后于90℃下烘15min；
(4)以蒸馏水：2μm氧化石墨烯：水性聚氨酯乳液＝1000:0.4:0.8的比率配制石墨烯导电浆料，以300r/min的速度机械搅拌120min，将步骤(3)处理的织物浸到氧化石墨烯浆料中30min，轧压后于90℃下烘15min；
(5)将织物浸渍于6g/L的甲脒亚磺酸和10g/L氢氧化钠混合溶液中于70℃还原5h，蒸馏水洗涤、90℃烘箱烘干即得到一种石墨烯抗静电织物。
实施例3一种石墨烯抗静电织物由以下方法制备：
(1)将腈纶织物浸入到40℃由10g/L氢氧化钠溶液中浸泡180min，而后用蒸馏水洗涤、风干；
(2)将双组份水性聚氨酯以450r/min的速度机械搅拌40min成为水性聚氨酯乳液，再用蒸馏水将其稀释成15％，以450r/min的速度机械搅拌40min，制得水性聚氨酯溶液；
(3)将步骤(1)处理的织物浸入步骤(2)制备水性聚氨酯溶液中5min，轧压后于60℃下烘60min；
(4)以蒸馏水：100μm氧化石墨烯：水性聚氨酯乳液＝1000:1:2的比率配制石墨烯导电浆料，以450r/min的速度机械搅拌30min，将步骤(3)处理的织物浸到氧化石墨烯浆料中30min，轧压后于60℃下烘60min；
(5)将织物浸渍于20g/L的柠檬酸钠中于60℃还原18h，蒸馏水洗涤、60℃烘箱烘干即得到一种石墨烯抗静电织物。
对实施例1-3制备的石墨烯导电织物进行了导电性能和抗菌性能测试，测试方法为《GBT 12703纺织品静电测试方法》的半衰期法、《GBT 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价》的第三部分：振荡法，结果如下表所示。以空白涤纶织物作为对比例。
表1织物性能测试结果
由表1可知：实施例1-3，水洗20次前后样品的半衰期变化不大，说明其抗静电性和耐久性良好；以金黄色葡萄球菌为例，其抗菌效果均大于90％，明显优于对比例，也说明了纤维表面石墨烯的含量较高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯抗静电织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
织物预处理：将织物浸入除油碱液中10-180min，再用蒸馏水洗涤，40-100℃烘干或风干；
水性聚氨酯吸附：将预处理的织物用水性聚氨酯溶液进行浸渍，浸渍时间为5-60min，所述水性聚氨酯溶液的固含为5％-40％；
氧化石墨烯吸附：将水性聚氨酯吸附后的织物用氧化石墨烯溶液进行浸渍，浸渍时间为5-60min；将浸渍后的织物60-90℃烘干；所述氧化石墨烯溶液由1-50质量份的氧化石墨烯、2-100质量份的水性聚氨酯乳液与10000质量份的水混合配置；所述氧化石墨烯片径为400nm-100000nm；
还原处理：将吸附氧化石墨烯后的织物进行还原处理，得到石墨烯抗静电织物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述织物预处理步骤，所述除油碱液由氢氧化钠、季铵盐表面活性剂加入蒸馏水配置，所述氢氧化钠的浓度为5-200g/L，季铵盐类表面活性剂为0-5g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述织物预处理步骤，所述除油碱液的温度为30-95℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯吸附步骤，所述水性聚氨酯溶液由水性聚氨酯乳液加蒸馏水搅拌后得到，所述搅拌速度为300-600r/min，搅拌时间为30-120min。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯吸附步骤，所述氧化石墨烯溶液由氧化石墨烯、水性聚氨酯乳液加蒸馏水搅拌均匀后得到，所述搅拌速度为300-600r/min，搅拌时间为30-120min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯吸附步骤和氧化石墨烯吸附步骤，浸渍后的织物轧压后再进行烘干。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原处理步骤中，还原处理方法包括化学还原、紫外辐照还原、热还原和电化学还原。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述化学还原采用的化学还原剂包括维生素C、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、甲脒亚磺酸、柠檬酸钠、氢碘酸、水合肼或其混合物。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述织物的材料包括棉、麻、毛、天丝、氨纶、涤纶、锦纶、丙纶、氯纶、腈纶、维纶和蚕丝。
10.一种石墨烯抗静电织物，其特征在于，所述石墨烯抗静电织物由权利要求1-9任一所述制备方法得到。
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