CN110356061A - 一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法 - Google Patents

一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁屏蔽面料技术领域，更具体而言，涉及一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法，采用绿色环保的碳纳米粉体、水性树脂和E‑PTFE膜为原材料，对人体健康和环境的影响极小；将碳纳米电磁屏蔽粉体与水性树脂基体复合，以涂膜的形式将电磁屏蔽功能体修饰到纺织面料基底上获得碳纳米电磁屏蔽面料层，将E‑PTFE防水透气膜贴合在碳纳米电磁屏蔽面料层得到防电磁辐射/抗菌面料，该碳纳米电磁屏蔽面料兼具防辐射和抗菌双重功能，面料整体结构简单、制备方便、生产成本低。

Description

一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽面料技术领域，更具体而言，涉及一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法。
背景技术
随着信息化和电子化的快速发展，电子产品逐渐渗入人们生活的各个方面，而电磁波作为信息传播的载体，在生活中无处不在。手机、广播、WiFi等通讯设备需要不同频段的电磁波作为媒介传递信息，计算机、微波炉、液晶电视等电子设备在运行时也会产生有害的电磁辐射。相关研究表明，频率超过150MHz的电磁波就会对人体健康造成严重影响，电磁辐射不仅会引起人体中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏、紧张为主的植物神经失调，造成神经衰弱，而且可能导致人体细胞基因突变，引发细胞癌变、孕妇流产、胎儿畸形等病变。电磁辐射污染问题已成为继水污染、大气污染和固体废弃物污染之后的第四大污染源。
近年来，随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们的防辐射意识逐渐地提升，电磁防护问题也越来越受到重视，防辐射服应运而生并逐渐发展壮大。防电磁辐射服可以有效地反射或吸收有害电磁波，保护人体不受电磁辐射的伤害。目前市场上销售的防电磁辐射服所用面料依据应用的原材料及加工方式的不同，分为两种类型：一种是采用金属丝与纺织纤维混纺而成的防辐射面料；二是由表面镀金属材料的纺织纤维编织而成的防辐射面料。两者都是采用高导电或磁性金属材料如银、铜、镍等，作为电磁屏蔽功能体，其拥有较高的电磁屏蔽效能，但也存在重量大、柔韧性差、易氧化和腐蚀等诸多缺点，严重影响了面料的穿着舒适度和使用寿命。因此，开发新型的防电磁辐射面料迫在眉睫。碳纳米材料具有超低的密度、优异的导电性以及良好化学稳定性和热稳定性，将其作为屏蔽功能体应用于防辐射面料，有望弥补金属基防辐射面料的不足。此外，据相关研究报道，石墨烯、碳纳米管等碳纳米材料具有十分优异的抗菌能力，可以有效抑制微生物的生长和繁殖，保护人体健康。
公开号为CN 108198642 A的专利申请公开了一种新型防辐射服装面料，其由E-PTFE膜层、防辐射层、针织面料层和耐高温层组成，各层之间由粘结层连接。但该面料结构过于复杂，且防辐射层的制备需要超高温熔融各类原材料，生产成本较高。公开号为CN108146029 A的专利申请公开了一种防辐射服及制备该面料的方法，其由防水透气面料层、石墨烯纯棉面料层和纳米氧化锌复合抗菌面料层构成。该面料虽然结构已经简化，但其石墨烯纯棉面料层中，石墨烯与棉纤维的结合主要靠表面含氧官能团的吸引力，但石墨烯表面含氧官能团的含量极少，与棉纤维的结合力较弱，在长期使用过程中石墨烯极易脱落，严重影响面料防辐射效果并可能造成人体皮肤过敏。因此，现有的碳纳米基防辐射面料仍存在结构复杂、生产成本高、易掉粉等难题，尚无法满足实际应用要求。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法，解决现有碳纳米基防辐射面料存在的结构复杂、生产成本高、易掉粉等问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，包括面料基底、碳纳米电磁屏蔽层与E-PTFE防水透气膜，所述碳纳米电磁屏蔽涂料由以下重量份原料组成：水性树脂乳液100份；碳纳米电磁屏蔽粉体20~100份；硅烷偶联剂10~50份；表面活性剂3~6份；将碳纳米电磁屏蔽粉体、硅烷偶联剂、表面活性剂和水性树脂乳液混合均匀制得碳纳米电磁屏蔽涂料，将其涂覆到普通纺织面料基底上获得碳纳米电磁屏蔽面料层，将E-PTFE防水透气膜贴合在碳纳米电磁屏蔽面料层得到防电磁辐射/抗菌面料。
进一步地，：所述水性树脂为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂中的一种。
进一步地，所述碳纳米电磁屏蔽粉体为石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纳米球、碳纳米片中的一种或多种。
进一步地，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792中的一种。
进一步地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
进一步地，所述普通纺织面料为棉、麻、羊毛等天然纤维纺织面料和涤纶、腈纶、锦纶、氨纶等化学纤维纺织面料中的一种或多种。
一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将重量份为20~100份的碳纳米电磁屏蔽粉体、10~50份的硅烷偶联剂、3~6份的表面活性剂和100份的水性树脂乳液按顺序加入到行星式湿法球磨机中，以200~600rpm的转速，0.5~2h的球磨时间将原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S2、使用辊涂机将S1中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到普通纺织面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S3、使用自动贴合机将S2得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜复合在一起，得到基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
进一步地，所述S1中行星式湿法球磨机的填充率为1/5~2/3，球料比为2:1~5:1。
进一步地，所述S2中辊涂机的涂布速率为5~20 m/min，碳纳米电磁屏蔽涂层厚度为20~100 μm。
进一步地，所述S3中自动贴合机的贴合速率为10~50m/min，贴合压强为5~20MPa，E-PTFE防水透气膜厚度为30~150 μm。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明提供了一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料及制备方法，采用绿色环保的碳纳米粉体、水性树脂和E-PTFE膜为原材料，对人体健康和环境的影响极小；将碳纳米电磁屏蔽粉体与水性树脂基体复合，以涂膜的形式将电磁屏蔽功能体修饰到纺织面料基底上获得碳纳米电磁屏蔽面料层，将E-PTFE防水透气膜贴合在碳纳米电磁屏蔽面料层得到防电磁辐射/抗菌面料，该碳纳米电磁屏蔽面料兼具防辐射和抗菌双重功能，面料整体结构简单、制备方便、生产成本低。现有的碳纳米基防电磁辐射面料中屏蔽功能体与纺织面料基底之间通常以范德华力或微弱的化学键结合，附着力很低。本发明将碳纳米电磁屏蔽粉体与水性树脂基体复合，以碳纳米电磁屏蔽涂料的形式涂覆到纺织面料基底上，涂料中水性树脂含有丰富的化学官能团，与面料纤维之间形成强力的化学键，显著提高了碳纳米电磁屏蔽功能体与纺织面料基底之间的结合力，解决了现有碳纳米基防辐射面料“易掉粉”的难题，提升了防辐射面料的性能稳定性和使用寿命。
附图说明
图1为基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料示意图；
图2为基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备工艺流程图。
图中：1为E-PTFE防水透气层、2为碳纳米电磁屏蔽涂层、3为面料基底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，包括面料基底、碳纳米电磁屏蔽层与E-PTFE防水透气膜，所述碳纳米电磁屏蔽涂料由以下重量份原料组成：水性树脂乳液100份；碳纳米电磁屏蔽粉体20~100份；硅烷偶联剂10~50份；表面活性剂3~6份；将碳纳米电磁屏蔽粉体、硅烷偶联剂、表面活性剂和水性树脂乳液混合均匀制得碳纳米电磁屏蔽涂料，将其涂覆到普通纺织面料基底上获得碳纳米电磁屏蔽面料层，将E-PTFE防水透气膜贴合在碳纳米电磁屏蔽面料层得到防电磁辐射/抗菌面料，如图1所示，图中1为E-PTFE防水透气层，2为碳纳米电磁屏蔽涂层，3为面料基底。碳纳米电磁屏蔽涂层厚度为20~100 μm，E-PTFE防水透气膜厚度为30~150 μm。
在本实施例中，所述水性树脂为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂中的一种。所述碳纳米电磁屏蔽粉体为石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纳米球、碳纳米片中的一种或多种。所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792中的一种。所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。所述普通纺织面料为棉、麻、羊毛等天然纤维纺织面料和涤纶、腈纶、锦纶、氨纶等化学纤维纺织面料中的一种或多种。
如图2所示，一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将重量份为20~100份的碳纳米电磁屏蔽粉体、10~50份的硅烷偶联剂、3~6份的表面活性剂和100份的水性树脂乳液按顺序加入到行星式湿法球磨机中，以200~600rpm的转速，0.5~2h的球磨时间将原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；所述行星式湿法球磨机的填充率为1/5~2/3，球料比为2:1~5:1；
S2、使用辊涂机将S1中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到普通纺织面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；所述辊涂机的涂布速率为5~20m/min；
S3、使用自动贴合机将S2得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜复合在一起，得到本发明所涉及的基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料；所述自动贴合机的贴合速率为10~50m/min，贴合压强为5~20MPa。
实施例1
S1、取20份石墨烯、10份硅烷偶联剂KH550、3份表面活性剂十二烷基硫酸钠和100份水性聚氨酯树脂乳液，以1/5的填充率和2:1的球料比加入到行星式湿法球磨机中；
S2、开启S1中的湿法球磨机，以200rpm的转速球磨2h，使原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S3、使用辊涂机以5m/min的涂布速度将S2中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到棉纤维面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S4、使用自动贴合机以10m/min的贴合速率和5MPa的贴合压强将S3得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜贴合在一起，得到基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
实施例2
S1、取50份碳纳米管、20份硅烷偶联剂KH560、4份表面活性剂十二烷基磺酸钠和100份水性丙烯酸树脂乳液，以1/4的填充率和3:1的球料比加入到行星式湿法球磨机中；
S2、开启S1中的湿法球磨机，以300rpm的转速球磨1.5h，使原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S3、使用辊涂机以10m/min的涂布速度将S2中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到涤纶面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S4、使用自动贴合机以20m/min的贴合速率和10MPa的贴合压强将S3得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜贴合在一起，得到基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
实施例3
S1、取80份碳纳米球、35份硅烷偶联剂KH570、5份表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵和100份水性环氧树脂乳液，以1/3的填充率和4:1的球料比加入到行星式湿法球磨机中；
S2、开启S1中的湿法球磨机，以500rpm的转速球磨1h，使原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S3、使用辊涂机以15m/min的涂布速度将S2中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到腈纶面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S4、使用自动贴合机以30m/min的贴合速率和15MPa的贴合压强将S3得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜贴合在一起，得到基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
实施例4
S1、取100份还原氧化石墨烯和碳纳米管的混合物（质量比为1:1）、50份硅烷偶联剂KH792、6份表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和100份水性环氧树脂乳液，以2/3的填充率和5:1的球料比加入到行星式湿法球磨机中；
S2、开启S1中的湿法球磨机，以600rpm的转速球磨0.5h，使原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S3、使用辊涂机以20m/min的涂布速度将S2中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到70%棉和30%锦纶混纺面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S4、使用自动贴合机以40m/min的贴合速率和20MPa的贴合压强将S3得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜贴合在一起，得到本基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
实施例5
S1、取石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纳米球、碳纳米片中的任意两种或以上的粉体共100份、50份硅烷偶联剂KH550、6份表面活性剂十二烷基硫酸钠和100份水性聚氨酯树脂乳液，以2/3的填充率和3:1的球料比加入到行星式湿法球磨机中；
S2、开启S1中的湿法球磨机，以600rpm的转速球磨1h，使原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S3、使用辊涂机以20m/min的涂布速度将S2中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到混纺面料基底上，混纺面料所用纤维为棉、麻、羊毛等天然纤维和涤纶、腈纶、锦纶、氨纶等化学纤维中的两种或以上，在室温下干燥得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S4、使用自动贴合机以50m/min的贴合速率和20MPa的贴合压强将S3得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜贴合在一起，得到基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，其特征在于：包括面料基底、碳纳米电磁屏蔽层与E-PTFE防水透气膜，所述碳纳米电磁屏蔽涂料由以下重量份原料组成：水性树脂乳液100份；碳纳米电磁屏蔽粉体20~100份；硅烷偶联剂10~50份；表面活性剂3~6份；将碳纳米电磁屏蔽粉体、硅烷偶联剂、表面活性剂和水性树脂乳液混合均匀制得碳纳米电磁屏蔽涂料，将其涂覆到普通纺织面料基底上获得碳纳米电磁屏蔽面料层，将E-PTFE防水透气膜贴合在碳纳米电磁屏蔽面料层得到防电磁辐射/抗菌面料。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，其特征在于：所述水性树脂为水性聚氨酯、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，其特征在于：所述碳纳米电磁屏蔽粉体为石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纳米球、碳纳米片中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料，其特征在于：所述普通纺织面料为棉、麻、羊毛等天然纤维纺织面料和涤纶、腈纶、锦纶、氨纶等化学纤维纺织面料中的一种或多种。
7.一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将重量份为20~100份的碳纳米电磁屏蔽粉体、10~50份的硅烷偶联剂、3~6份的表面活性剂和100份的水性树脂乳液按顺序加入到行星式湿法球磨机中，以200~600rpm的转速，0.5~2h的球磨时间将原材料充分研磨混合，制备碳纳米电磁屏蔽涂料；
S2、使用辊涂机将S1中制备的碳纳米电磁屏蔽涂料涂覆到普通纺织面料基底上并在室温下干燥，得到碳纳米电磁屏蔽面料层；
S3、使用自动贴合机将S2得到的碳纳米防辐射面料层与E-PTFE防水透气膜复合在一起，得到基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌一体化面料。
8.根据权利要求7所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备方法，其特征在于：所述S1中行星式湿法球磨机的填充率为1/5~2/3，球料比为2:1~5:1。
9.根据权利要求7所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备方法，其特征在于：所述S2中辊涂机的涂布速率为5~20 m/min，碳纳米电磁屏蔽涂层厚度为20~100μm。
10.根据权利要求7所述的一种基于碳纳米材料的防电磁辐射/抗菌面料的制备方法，其特征在于：所述S3中自动贴合机的贴合速率为10~50m/min，贴合压强为5~20MPa，E-PTFE防水透气膜厚度为30~150 μm。
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