CN110158307A - 一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及织物整理剂领域，具体涉及一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法。本发明采用含乙烯基硅烷偶联剂和氧化石墨烯反应，得到乙烯基改性氧化石墨烯；乙烯基改性氧化石墨烯与八(3‑巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷发生巯基‑烯点击化学反应，再加入含乙烯基硅烷偶联剂进行巯基‑烯点击化学反应，再加入烯丙基聚醚进行巯基‑烯点击化学反应，还原剂还原后得到的产物分散在无水乙醇中，得到一种亲水抗紫外织物整理剂。经过本发明的亲水抗紫外织物整理剂整理的织物具有较好的亲水性、抗紫外性、导电性和耐洗性，拓宽了织物的应用范围。

Description

一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法
技术领域
本发明涉及织物整理剂领域，具体涉及一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法。
背景技术
织物经过前处理、染色或印花等工序加工后，由于受湿、热、张力等作用，原有门幅、长度等都会产生一定的影响，因此需要后整理。后整理主要由以下几个目的，一是使织物门幅整齐、尺寸形态稳定；二是改善手感；三是改善织物改观；四是提高织物的服用性能，或赋予织物特殊功能。
亲水性的织物具有很好的穿着舒适感。授权公告号CN103193982B的中国发明专利公开了一种亲水型有机硅绸织物整理剂及其制备方法和用途，通过D4、含氢硅油和封头剂制备含氢硅油，再与硅烷偶联剂、聚醚和四单体进行反应得到亲水型有机硅绸织物整理剂，其中起到亲水作用的是聚醚。
织物的抗静电后整理是采用抗静电化学品在织物的表面形成具有一定导电能力的表面的整理工艺过程，避免织物在干燥环境中因为摩擦导致的静电积累，从而给人不舒服的感觉。
石墨烯自从2004年被发现以来，由于其非常优良的机械强度、导热性、导电性等性能，受到很多领域的研究者的重视，已经成为很多领域的研究热点。其中将石墨烯掺杂入纤维材料或者通过物理和化学方法将石墨烯附着于纤维表面，使得纤维材料具有导电性已有诸多的报道。
笼型聚倍半硅氧烷，简称POSS，通式为(RSiO1.5)n，其中R为顶角Si原子所连接的基团，可以是乙烯基、甲基、苯基、3-巯丙基、3-氨丙基等。POSS的结构是Si-O-Si组成的笼状内核和有机基团组成的壳，因此POSS本身就是一个“核-壳”结构的纳米材料。
基于石墨烯和POSS的优异性能，将两种材料结合起来在织物上应用能充分发挥石墨烯和POSS的性能特点，使得织物具有较好的性能。公布号CN107503120A的中国发明申请专利公开了一种疏水抗紫外线织物及其制备方法，将织物浸渍入氧化石墨烯分散液中，得到氧化石墨烯整理织物再与氨丙基异丁基倍半硅氧烷反应，得到疏水抗紫外线织物。但是该方法中由于氧化石墨烯和氨丙基异丁基倍半硅氧烷是吸附到织物表面，因此附着性不够，耐洗性不好，而且氧化石墨烯由于其sp2杂化结构被破坏而导电性较差，织物也不具有导电性，而且得到的织物是拒水性，不具有亲水性。
因此，目前缺乏一种既能给织物提供较好的亲水性、导电性、抗紫外性，又具有较好的耐洗性的织物整理剂。
巯基-烯点击化学反应是一种“绿色”化学反应，具有无需除水除氧、反应条件温和、反应时间短、反应转化率高、反应产物纯度高等优点，在水凝胶、薄膜、光刻印刷和生物材料领域具有广泛的应用。
发明内容
(一)所用解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，制备出的亲水抗紫外织物整理剂用于织物的后整理使得织物具有很好的亲水性、导电性、抗紫外性和耐洗性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案，
一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，包括以下步骤，
S1：按重量份数计，将0.5～10份氧化石墨烯加入到1000份无水乙醇中超声20～30分钟，加入含乙烯基硅烷偶联剂，搅拌下升温至体系微回流，反应1～2小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在真空烘箱中干燥至恒重，得到乙烯基改性氧化石墨烯；
S2：按重量份数计，将1～20份步骤S1中的乙烯基改性氧化石墨烯加入到1000份乙酸乙酯中超声20～30分钟，加入八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷和八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷(HS-POSS)重量0.005～0.02倍的安息香二甲醚，搅拌下，在主波长365nm，光强20～200W/cm的紫外光下照射5～30分钟；加入含乙烯基硅烷偶联剂，搅拌下，在主波长365nm，光强20～200W/cm的紫外光下继续照射5～30分钟；加入烯丙基聚醚，搅拌下，在主波长365nm，光强20～200W/cm的紫外光下继续照射5～30分钟；加入还原剂，升温至体系微回流，反应2～4小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在真空烘箱中干燥至恒重，得到石墨烯/POSS复合材料；
S3：按重量份数计，将1～20份步骤S2中的石墨烯/POSS复合材料加入到1000份无水乙醇或去离子水中，超声分散20～30分钟，得到织物拒水整理剂。
优选的，步骤S1和步骤S2中所述含乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，步骤S1中所述氧化石墨烯和含乙烯基硅烷偶联剂的重量比为1:0.5～1.5。
氧化石墨烯是鳞片石墨采用强氧化剂氧化制得，Hummers法或者改进Hummers法制备氧化石墨烯是其中反应条件比较温和的的方法。
公开号CN102642830A的中国发明申请专利公开了一种硅烷偶联剂修饰石墨烯的制备方法，将氧化石墨和硅烷偶联剂在溶剂中进行反应，在用还原剂还原得到。所用硅烷偶联剂包括含乙烯基硅烷偶联剂。
公开号CN108314031A的中国发明申请专利公开了一种乙烯基功能化石墨烯的制备方法，将Hummers氧化石墨烯分散在溶剂中，再加入含乙烯基的化合物进行反应得到。所用含乙烯基的化合物包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷。
优选的，步骤S2中所述乙烯基改性氧化石墨烯中乙烯基的摩尔数和HS-POSS的摩尔数比为1:1。
期刊论文《巯基官能化倍半硅氧烷的合成及表征》(《北京化工大学学报(自然科学版)2009年，第36卷，第06期，33-39页》)报道了巯丙基三甲氧基硅烷在甲醇中，在四甲基氢氧化铵或苄基三甲基氢氧化铵催化下进行水解缩合，可制得HS-POSS。
优选的，步骤S2中所述HS-POSS和含乙烯基硅烷偶联剂的摩尔比为1:2～4。
优选的，步骤S2中所述烯丙基聚醚的结构为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)a(CH2CHCH3O)bR，其中5≤a≤10，0≤b≤5，a-b≥5，R选自氢、甲基或异丁基。
优选的，步骤S2中所述HS-POSS和烯丙基聚醚的摩尔比为1:2～3。
优选的，步骤S2中所述还原剂选自硼氢化钠、维生素C、水合肼、二甲肼和抗坏血酸中的一种或几种，所述还原剂的使用量为乙烯基改性氧化石墨烯重量的2～3倍。
一种上述任一实施方案所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法制备的亲水抗紫外织物整理剂。
一种上述任一实施方案所述的制备方法制备的亲水抗紫外织物整理剂在织物后整理上的应用。
本发明采用含乙烯基硅烷偶联剂处理氧化石墨烯后使得氧化石墨烯表面接枝乙烯基基团，得到乙烯基改性的氧化石墨烯。利用巯基-烯点击化学反应，HS-POSS分子上的八个巯丙基可以和改性后的氧化石墨烯表面的乙烯基、含乙烯基硅烷偶联剂和端烯丙基聚醚发生反应，还原氧化石墨烯后得到分子中含有石墨烯上接枝有POSS、POSS上接枝有烷氧基硅烷和聚醚的复合材料，其中石墨烯提供导电性、导热性，POSS提供抗紫外性，烷氧基硅烷提供和织物的反应性，提高附着性，聚醚提供亲水性。
(三)有益效果
和现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)得到一种结构合理，综合性能优异的织物整理剂；(2)本发明的织物整理剂用于织物的后整理，可以使织物具有较好的亲水性、抗紫外性、导电性等，而且具有较好的耐洗性；(3)石墨烯覆盖在织物的表面会导致织物变硬，影响穿着，聚醚可以提供柔软性，抵消石墨烯的不利影响，因此经过本发明的织物整理剂的后整理后，织物的柔软性基本没影响。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，通过实施例对本发明进行进一步详细阐述，但并不限制本发明。
如无特别指明，以下的实施方案中的份数都是重量份数。
制备乙烯基改性氧化石墨烯
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝器的容器中加入0.5份Hummers法氧化石墨烯和1000份无水乙醇，超声20分钟，加入0.25份乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌下升温至体系微回流，反应2小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到乙烯基改性氧化石墨烯1。采用滴定法测得产物中乙烯基含量为0.21mol/100g。FT-IR分析，在1080cm-1有一个高强度尖峰，为Si-O-Si的特征吸收峰，在1607cm-1和1441cm-1的中等强度的尖峰，为乙烯基的特征吸收峰。
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝器的容器中加入5份Hummers法氧化石墨烯和1000份无水乙醇，超声25分钟，加入5份乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下升温至体系微回流，反应1.5小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到乙烯基改性氧化石墨烯2。采用滴定法测得产物中乙烯基含量为0.203mol/100g。FT-IR分析，在1082cm-1有一个高强度尖峰，为Si-O-Si的特征吸收峰，在1605cm-1和1443cm-1的中等强度的尖峰，为乙烯基的特征吸收峰。
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝器的容器中加入10份Hummers法氧化石墨烯和1000份无水乙醇，超声30分钟，加入15份乙烯基甲基二甲氧基硅烷，搅拌下升温至体系微回流，反应1小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在70℃真空烘箱中干燥至恒重，得到乙烯基改性氧化石墨烯3。采用滴定法测得产物中乙烯基含量为0.207mol/100g。
制备石墨烯/POSS复合材料
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入1份乙烯基改性氧化石墨烯1和1000份乙酸乙酯，超声20分钟，加入2.13份HS-POSS和0.021份安息香二甲醚，搅拌下，在主波长365nm，光强20W/cm的紫外光下照射30分钟；加入0.63份乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌下，在主波长365nm，光强20W/cm的紫外光下继续照射30分钟；加入1.99份结构为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)7.2(CH2CHCH3O)1.7H的烯丙基聚醚，搅拌下，在主波长365nm，光强20W/cm的紫外光下继续照射30分钟；加入2份硼氢化钠，升温至体系微回流，反应4小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到石墨烯/POSS复合材料1。FT-IR分析显示，产物在1012-1125cm-1存在一个分裂的宽峰，为POSS和硅烷水解缩合产生的Si-O-Si与聚醚上的C-O-C重合导致的，在2670cm-1附近不存在-SH的吸收峰，在1605cm-1附近不存在乙烯基的吸收峰，在1218cm-1存在一个中等强度的吸收峰，为C-S-C的吸收峰。
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入7份乙烯基改性氧化石墨烯2和1000份乙酸乙酯，超声20分钟，加入14.43份HS-POSS和0.14份安息香二甲醚，搅拌下，在主波长365nm，光强100W/cm的紫外光下照射12分钟；加入6.32份乙烯基三甲氧基硅烷，搅拌下，在主波长365nm，光强100W/cm的紫外光下继续照射12分钟；加入9.65份结构为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)6.4CH3的烯丙基聚醚，搅拌下，在主波长365nm，光强100W/cm的紫外光下继续照射15分钟；加入18份水合肼，升温至体系微回流，反应2小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到石墨烯/POSS复合材料2。
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入15份乙烯基改性氧化石墨烯3和1000份乙酸乙酯，超声30分钟，加入31.5份HS-POSS和0.31份安息香二甲醚，搅拌下，在主波长365nm，光强200W/cm的紫外光下照射5分钟；加入23.6份乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌下，在主波长365nm，光强200W/cm的紫外光下继续照射5分钟；加入57份结构为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)9.3(CH2CHCH3O)2.5H的烯丙基聚醚，搅拌下，在主波长365nm，光强200W/cm的紫外光下继续照射5分钟；加入45份维生素C，升温至体系微回流，反应4小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到石墨烯/POSS复合材料3。
在带有搅拌棒、温度计和回流冷凝管的容器中加入20份乙烯基改性氧化石墨烯2和1000份乙酸乙酯，超声30分钟，加入41.2份HS-POSS和0.41份安息香二甲醚，搅拌下，在主波长365nm，光强100W/cm的紫外光下照射12分钟；加入16.1份乙烯基甲基二甲氧基硅烷，搅拌下，在主波长365nm，光强100W/cm的紫外光下继续照射12分钟；加入57.7份结构为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)7.2(CH2CHCH3O)1.7CH3的烯丙基聚醚，搅拌下，在主波长365nm，光强100W/cm的紫外光下继续照射12分钟；加入60份维生素C，升温至体系微回流，反应4小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在60℃真空烘箱中干燥至恒重，得到石墨烯/POSS复合材料4。
实施例1
将1份石墨烯/POSS复合材料1加入到1000份无水乙醇中，超声分散20分钟，得到织物拒水整理剂1。
实施例2
将5份石墨烯/POSS复合材料2加入到1000份无水乙醇中，超声分散20分钟，得到织物拒水整理剂2。
实施例3
将10份石墨烯/POSS复合材料3加入到1000份无水乙醇中，超声分散25分钟，得到织物拒水整理剂3。
实施例4
将20份石墨烯/POSS复合材料4加入到1000份无水乙醇中，超声分散30分钟，得到织物拒水整理剂4。
实施例5
将5份石墨烯/POSS复合材料4加入到1000份去离子水中，超声分散20分钟，得到织物拒水整理剂5。
实施例6
将10份石墨烯/POSS复合材料3加入到1000份去离子水中，超声分散20分钟，得到织物拒水整理剂6。
实施例7
将15份石墨烯/POSS复合材料2加入到1000份去离子水中，超声分散30分钟，得到织物拒水整理剂7。
实施例8
将12份石墨烯/POSS复合材料1加入到1000份去离子水中，超声分散20分钟，得到织物拒水整理剂8。
对比例
未处理的涤纶织物。
应用方法
织物的除油清洗：将织物置入15g/L的氢氧化钠和10g/L的平平加O-25的混合溶液中，在60℃清洗30分钟，用去离子水清洗3次，烘干。
涤纶织物除油清洗后分别置入实施例1-8的织物整理剂1-8中，在35℃反应3小时，清洗，烘干。
性能测试
亲水性：采用润湿时间测定方法，在平均温度25℃，平均相对湿度60％的环境中，将待测的涤纶布平铺绷紧在一个烧杯上，在距布面约3cm处用胶头滴管滴一滴水，开始计时，直到水滴在布面上扩散至无镜面发射时为止，该时间为水滴扩散时间。水滴扩散时间越短，亲水性越好。具体结果如表1所示。
导电性：参照GB/T 12703.4-2010《纺织品静电性能的评定第4部分：电阻率》，测试待测样品的电阻率。具体结果如表1所示。
抗紫外性：参照GB/T 18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》，测试待测样品的抗紫外性。UPF值越高，抗紫外性能越好。具体结果如表1所示。
柔软度：参照GB/T18318.1-2009《纺织品弯曲性能的测定第一部分：斜面法》，全自动织物硬挺度仪测试织物的柔软度，以硬挺度表征柔软度，硬挺度数值越低，柔软度越好。
耐洗性：将待测样品经过标准洗涤20次后，测试其拒水性和导电性，比较拒水性和导电性的变化。具体结果如表2所示。
表1待测样品性能结果
从表1的结果可以看出，经过本发明的亲水抗紫外织物整理剂整理后的涤纶织物具有较好的亲水性、导电性和抗紫外性，对织物的柔软性基本没有影响，而且织物整理剂中POSS/石墨烯复合材料的含量越高，处理后的涤纶织物的亲水性越好，电阻率越低。
表2待测样品耐洗性测试结果
从表2的结果可以看出，采用本发明的织物整理剂整理后的涤纶织物具有较好的耐洗性，经过20次标准洗涤后，亲水性和导电性变化都不大，电阻率变化在一个数量级。
因此，本发明的亲水抗紫外织物整理剂用于织物的整理后，织物的亲水性、导电性和抗紫外性较好，而且耐洗性好。
应当说明的是，以上公开实施例仅体现说明本发明的技术方案，而非用来限定本发明的保护范围，尽管参照较佳实施例对本发明做详细地说明，任何熟悉本技术领域者应当理解，在不脱离本发明的技术方案范围内进行修改或各种变化、等同替换，都应当属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：按重量份数计，将0.5～10份氧化石墨烯加入到1000份无水乙醇中超声20～30分钟，加入含乙烯基硅烷偶联剂，搅拌下升温至体系微回流，反应1～2小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在真空烘箱中干燥至恒重，得到乙烯基改性氧化石墨烯；
S2：按重量份数计，将1～20份步骤S1中的乙烯基改性氧化石墨烯加入到1000份乙酸乙酯中超声20～30分钟，加入八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷和八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷重量0.005～0.02倍的安息香二甲醚，搅拌下，在主波长365nm，光强20～200W/cm的紫外光下照射5～30分钟；加入含乙烯基硅烷偶联剂，搅拌下，在主波长365nm，光强20～200W/cm的紫外光下继续照射5～30分钟；加入烯丙基聚醚，搅拌下，在主波长365nm，光强20～200W/cm的紫外光下继续照射5～30分钟；加入还原剂，升温至体系微回流，反应2～4小时，过滤，除去滤液，滤出固体用无水乙醇清洗5次，在真空烘箱中干燥至恒重，得到石墨烯/笼型聚倍半硅氧烷复合材料；
S3：按重量份数计，将1～20份步骤S2中的石墨烯/笼型聚倍半硅氧烷复合材料加入到1000份无水乙醇或去离子水中，超声分散20～30分钟，得到织物拒水整理剂。
2.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S1和步骤S2中所述含乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷和乙烯基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述氧化石墨烯和含乙烯基硅烷偶联剂的重量比为1:0.5～1.5。
4.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述乙烯基改性氧化石墨烯中乙烯基的摩尔数和八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷的摩尔数比为1:1。
5.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷和含乙烯基硅烷偶联剂的摩尔比为1:2～4。
6.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述烯丙基聚醚的结构为CH2＝CHCH2O(CH2CH2O)a(CH2CHCH3O)bR，其中5≤a≤10，0≤b≤5，a-b≥5,R选自氢、甲基或异丁基。
7.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述八(3-巯丙基)笼型聚倍半硅氧烷和烯丙基聚醚的摩尔比为1:2～3。
8.根据权利要求1所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述还原剂选自硼氢化钠、维生素C、水合肼、二甲肼和抗坏血酸中的一种或几种，所述还原剂的使用量为乙烯基改性氧化石墨烯重量的2～3倍。
9.一种权利要求1-8任一项所述的亲水抗紫外织物整理剂的制备方法制备的亲水抗紫外织物整理剂。
10.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的亲水抗紫外织物整理剂在织物后整理上的应用。
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