CN111206419A - 一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导电织物技术领域，具体涉及一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物。一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料至少包括：纳米银线0.2‑35份、织物65‑99.8份。本发明的优点在于引入特定长径比、表面覆有特定厚度聚吡咯的纳米银线，采用简单浸渍方法与织物复合，制备得导电织物；高长径比纳米银线沿织物纤维径向排列，纳米银线表面的聚吡咯将纳米银线与织物纤维粘接在一起，从而赋予该导电织物高导电性、高柔韧性和高耐水洗性。

Description

一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物

技术领域

本发明涉及导电织物技术领域，具体涉及一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物。

背景技术

导电织物一般是由导电聚合物或导电粒子与织物制备而成，导电聚合物有聚吡咯、聚苯胺、聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)、聚(4-苯乙烯磺酸盐)等，导电粒子有金粒子、银粒子、铜粒子、铝粒子、锌粒子等，织物有棉织物、毛织物、丝织物、涤纶织物等，制备方式有涂敷、沉积、纺纱、印刷、合成、浸渍、溶液生长等方式。然而，由导电聚合物与织物制备而成的导电织物其导电性低、耐水洗性高，其制备方法复杂；由导电粒子与织物制备而成的导电织物其导电性高、耐水洗性低，其制备方法简单。显然，如何用简单的方法制备具有高导电、高柔韧、高耐水洗性的导电织物是发展电子智能织物亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料至少包括纳米银线0.2-35份、织物65-99.8份。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将聚吡咯、银盐、铁盐分散于乙二醇中，升温至100-150℃，搅拌2-4h，离心干燥，即得纳米银线。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米银线的长度≥10μm、直径≤50nm、长径比≥200。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米银线的表面覆有聚吡咯，聚吡咯的厚度为1-2nm。

作为本发明一种优选的技术方案，所述银盐选自硝酸银、氟化银、氟硼酸银、醋酸银、三氟乙酰丙酮银、乙酰丙酮银中的一种或多种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述织物选自棉织物、麻织物、毛织物、丝织物、化纤织物、皮革织物、混纺织物、莫代尔织物中的一种或多种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述制备原料还包括溶剂。

作为本发明一种优选的技术方案，所述溶剂的沸点为50-90℃。

本发明的第二个方面提供了基于纳米银线的高导电、高韧性、高耐水洗织物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于溶剂中形成纳米银线悬浮液；

(2)将织物浸渍于步骤(1)制备的纳米银线悬浮液中1-3h，取出后干燥，即得。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米银线悬浮液的质量浓度为0.002％-2％。

有益效果：本发明提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧和高耐水洗织物，通过引入特定长径比且表面覆有一定含量聚吡咯的纳米银线(聚吡咯涂层厚度约为1-2nm)，采用简单浸渍方法与织物复合，解决了聚吡咯在水系中分散性差的缺点，还有效防止了纳米银线经水洗后易脱落的现象发生，使得纳米银线沿织物纤维径向排列，纳米银线表面的聚吡咯将纳米银线与织物纤维粘接在一起，从而赋予该导电织物高导电性、高柔韧性和高耐水洗性。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料至少包括：纳米银线0.2-35份、织物65-99.8份。

在一种优选的实施方式中，本发明所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料至少包括：纳米银线10-35份、织物65-80份。

在一种更有选的实施方式中，本发明所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料至少包括：纳米银线20-35份、织物65-70份。

纳米银线

本发明所述纳米银线除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性。

在一种优选的实施方式中，本发明所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将聚吡咯、银盐、铁盐分散于乙二醇中，升温至100-150℃，搅拌2-4h，离心干燥，即得纳米银线。

在一种优选的实施方式中，本发明所述银盐选自硝酸银、氟化银、氟硼酸银、醋酸银、三氟乙酰丙酮银、乙酰丙酮银中的一种或多种。

在一种优选的实施方式中，本发明所述铁盐选自硫酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种或多种。

在一种优选的实施方式中，本发明所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1-2g聚吡咯、0.5-2g硝酸银、0.1-1mg氯化铁溶解于100-200g乙二醇中，升温至100-150℃，搅拌2-4h，离心干燥，即得纳米银线。

在一种更优选的实施方式中，本发明所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1.2-1.8g聚吡咯、0.7-1.9g硝酸银、0.1-0.9mg氯化铁溶解于120-180g乙二醇中，升温至110-140℃，搅拌2.5-3.8h，离心干燥，即得纳米银线。

在一种优选的实施方式中，本发明所述纳米银线的长度≥10μm、直径≤50nm、长径比≥200。

在一种优选的实施方式中，本发明所述纳米银线的表面覆有聚吡咯，聚吡咯的厚度为1-2nm。

本发明首先通过纳米银线与聚吡咯的复合，得到了表面覆有聚吡咯的纳米银线，再采用简单浸渍方法与织物复合，得到了具有高导电、高柔韧、高耐水洗的织物；其可能原因是由于，聚吡咯与纳米银线的复合，有效地降低了纳米银的表面势能，减缓了纳米银线各界面间因强的相互作用而发生团聚的现象，且增加了纳米银线的稳定性，其可能原因是因为聚吡咯在纳米银线表面形成了致密的网状结构，很大程度上阻止了氧气的进入，防止了纳米银线的氧化；此外，纳米银线与聚吡咯的结合有效地改善了聚吡咯在体系中的分散性，使得复合材料能通过简单的浸渍方法与织物相复合，二者相互增强的协同效应及其尤其的电导率，增强了复合织物的导电性能。

发明人通过实验意外地发现，当本发明引入高长径比的纳米银线，尤其是其长径比≥200且控制聚吡咯的涂层厚度为1-2nm时，可使得复合织物具有优异的柔韧性和耐水洗性；其可能原因是由于，一定长径比的纳米银线与一定量的聚吡咯之间存在较强的电子交互作用，使得负载聚吡咯的纳米银线更容易沿织物纤维径向排列，填补织物纤维间的空隙，每根纤维被其紧密包裹，纤维与纤维之间形成连续膜层，从而赋予该导电织物较高的柔韧性和耐水洗性。

织物

本发明所述织物是由细小柔长物通过交叉，绕结或连结构成的平软片块物。

在一种优选的实施方式中，本发明所述织物选自棉织物、麻织物、毛织物、丝织物、化纤织物、皮革织物、混纺织物、莫代尔织物中的一种或多种。

本发明所述棉织物又称棉布，是以棉纱为原料织造的织物。棉织物以优良的服用性能成为最常用的面料之一，广泛用于服装面料、装饰织物和产业用织物。

作为棉织物的实例，可以列举的有：平布、细纺、斜纹布、贡绸、平绒。

本发明所述麻织物的主要制备材料为苎麻、亚麻、黄麻和罗布麻等几种软质麻纤维。

作为麻织物的实例，可以列举的有苎麻布、亚麻布、罗布麻布、大麻纤维。

本发明所述丝织物可分为蚕丝、柞蚕丝、人造丝等。丝织物的性能是有光泽、柔软平滑、拉力强、弹性好、不易折皱起毛、不导电，另外还有吸湿，遇水收缩卷曲的特点。

本发明所述化学纤维织物是近代发展起来的新型衣料，种类较多。这里主要是指由化学纤维加工成的纯纺、混纺或交织物，也就是说由纯化纤织成的织物，不包括与天然纤维间的混纺、交织物，化纤织物的特性由织成它的化学纤维本身的特性决定。

作为化纤面料的实例，可以列举的有：再生纤维素纤维、富强纤维、涤纶、锦纶、腈纶、维伦、氯纶、氨纶。

本发明所述再生纤维素纤维(cellulose fiber)是以天然纤维素(棉、麻、竹子、树、灌木、)为原料，不改变它的化学结构，仅仅改变天然纤维素的物理结构，从而制造出来性能更好的再生纤维素纤维。

作为再生纤维素纤维的实例，可以列举的有：天丝、木代尔、竹纤维、甲壳素纤维、铜氨纤维。

本发明所述皮革织物中的皮革是经脱毛和鞣制等物理、化学加工所得到的已经变性不易腐烂的动物皮。革是由天然蛋白质纤维在三维空间紧密编织构成的，其表面有一种特殊的粒面层，具有自然的粒纹和光泽，手感舒适。

作为皮革织物，可以列举的有：真皮、再生皮、人造革、合成革。

作为人造革的实例，可以列举的有：PVC皮革、PU皮革。

本发明所述混纺织物是采用两种或两种以上不同种类纤维混纺成纱线进而织成的织物。

本发明所述莫代尔织物中的莫代尔是一种纤维素纤维，与人造棉一样同属纤维素纤维，是纯正的人造纤维。

溶剂

本发明所述溶剂是指一种可以溶化固体、液体或气体溶质的物质，继而成为溶液。

在一种优选的实施方式中，本发明所述制备原料还包括溶剂。

在一种优选的实施方式中，本发明所述溶剂的沸点为50-90℃。

在一种优选的实施方式中，本发明所述溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、丁酮、异丙醇、四氢呋喃、己烷中的一种或多种。

本发明的第二个方面提供了基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于溶剂中形成纳米银线悬浮液；

(2)将织物浸渍于步骤(1)制备的纳米银线悬浮液中1-3h，取出后干燥，即得。

在一种优选的实施方式中，所述纳米银线悬浮液的质量浓度为0.002％-2％。

在一种更优选的实施方式中，所述纳米银线悬浮液的质量浓度为0.5％-2％。

有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的，购于国药化学试剂。

实施例

实施例1

实施例1提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料包括纳米银线0.2份、织物99.8份。

所述制备原料还包括溶剂。

所述溶剂为丙酮。

所述织物为棉织物，购买自常熟天彬织造有限公司，货号为IMG-2788。

所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1.5g聚吡咯、1.6g硝酸银、0.5mg氯化铁溶解于150g乙二醇中，升温至120℃，搅拌反应3h，离心干燥，即得纳米银线。

所述纳米银线的长度为60μm、直径为50nm、长径比为1200。

所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于丙酮形成纳米银线悬浮液，其质量浓度为0.005％；

(2)将棉织物在纳米银线悬浮液中浸渍2h，而后取出，室温干燥1h即得该导电织物。

实施例2

实施例2提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料包括纳米银线33份、织物67份。

所述制备原料还包括溶剂。

所述溶剂为乙醇。

所述织物为铜氨面料，购买自上海能泰纺织品有限公司。

所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1.5g聚吡咯、1.6g硝酸银、0.5mg氯化铁溶解于150g乙二醇中，升温至120℃，搅拌反应3h，离心干燥，即得纳米银线。

所述纳米银线的长度为60μm、直径为50nm、长径比为1200。

所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于丙酮形成纳米银线悬浮液，其质量浓度为0.50％；

(2)将铜氨面料在纳米银线悬浮液中浸渍2h，而后取出，室温干燥1h即得该导电织物。

实施例3

实施例3提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料包括纳米银线35份、织物65份。

所述制备原料还包括溶剂。

所述溶剂为异丙醇。

所述织物为亚麻棉布，购买自广州广利隆纺织品有限公司，货号为A640。

所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1.5g聚吡咯、1.6g硝酸银、0.5mg氯化铁溶解于150g乙二醇中，升温至120℃，搅拌反应3h，离心干燥，即得纳米银线。

所述纳米银线的长度为60μm、直径为50nm、长径比为1200。

所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于丙酮形成纳米银线悬浮液，其质量浓度为2％；

(2)将亚麻棉布在纳米银线悬浮液中浸渍2h，而后取出，室温干燥1h即得该导电织物。

实施例4

实施例4提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料包括纳米银线33份、织物67份。

所述制备原料还包括溶剂。

所述溶剂为乙酸乙酯。

所述织物为真丝类面料，购买自上海能泰纺织品有限公司。

所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1.5g聚吡咯、1.6g硝酸银、0.5mg氯化铁溶解于150g乙二醇中，升温至120℃，搅拌反应3h，离心干燥，即得纳米银线。

所述纳米银线的长度为20μm、直径为50nm、长径比为400。

所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于丙酮形成纳米银线悬浮液，其质量浓度为0.50％；

(2)将真丝类面料在纳米银线悬浮液中浸渍2h，而后取出，室温干燥1h即得该导电织物。

实施例5

实施例5提供了一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料包括纳米银线33份、织物67份。

所述制备原料还包括溶剂。

所述溶剂为四氢呋喃。

所述织物为PU皮革，购买自上海礼奥皮革制品有限公司，货号为SHLA-0125。

所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：将1.5g聚吡咯、1.6g硝酸银、0.5mg氯化铁溶解于150g乙二醇中，升温至120℃，搅拌反应3h，离心干燥，即得纳米银线。

所述纳米银线的长度为10μm、直径为50nm、长径比为200。

所述基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于丙酮形成纳米银线悬浮液，其质量浓度为0.50％；

(2)将PU皮革在纳米银线悬浮液中浸渍2h，而后取出，室温干燥1h即得该导电织物。

性能评价

1.电阻测试：将实施例1至实施例5所制备的导电织物分别制备成50mm×10mm×250μm样条，采用Agilent 34401A 6 1/2Digit Multimeter通过四点探针法测试电阻，其结果如下表1所示。

表1

实施例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						电阻/Ω	512.48	0.0046	0.0045	0.0047	0.0048

从上表结果可知，本发明所制备的导电织物具有高导电性，其电阻为0.0030-520Ω。

2.拉伸测试：将实施例2所制备的导电织物制备成50mm×10mm×250μm样条，采用多功能力学试验机(厂家为冠测仪器，型号为WDD-5)测试其拉伸伸长率，同时采用Agilent34401A 6 1/2Digit Multimeter通过四点探针法测试其拉伸过程中电阻；其结果如下表2所示。

表2

拉伸伸长率/％	电阻/Ω	拉伸伸长率/％	电阻/Ω
				0	0.004670	110	0.005554
10	0.004710	120	0.005596
				20	0.004763	130	0.005719
30	0.004904	140	0.005720
				40	0.004959	150	0.006029
50	0.005013	160	0.006443
				60	0.005037	170	0.006603
70	0.005219	180	0.006726
				80	0.005294	190	0.009080
90	0.005381	200	0.027400
				100	0.005453	210	112.164921

从上表结果可知，实施例2所制备的导电织物具有高柔韧性，在拉伸伸长率为0-190％条件下其电阻为0.0047-0.0091Ω。

3.耐水洗测试：将实施例2所制备的导电织物制备成100mm×10mm×250μm样条，在温度为25℃、转速为500rpm的水洗条件下，采用Agilent 34401A 61/2Digit Multimeter通过四点探针法测试测试导电织物水洗0-24h后的电阻；其结果如下表3所示。

从上表结果可知，实施例2中所制得的导电织物具有高耐水洗性，在温度为25℃、转速为500rpm的条件下，水洗0-24h后，其电阻范围为0.0035-0.0048Ω。

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种基于纳米银线的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，按重量份计，制备原料至少包括：纳米银线0.2-35份、织物65-99.8份。

2.根据权利要求1所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述纳米银线的制备方法包括以下步骤：

将聚吡咯、银盐、铁盐分散于乙二醇中，升温至100-150℃，搅拌2-4h，离心干燥，即得纳米银线。

3.根据权利要求2所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述纳米银线的长度≥10μm、直径≤50nm、长径比≥200。

4.根据权利要求2所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述纳米银线的表面覆有聚吡咯，聚吡咯的厚度为1-2nm。

5.根据权利要求2所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述银盐选自硝酸银、氟化银、氟硼酸银、醋酸银、三氟乙酰丙酮银、乙酰丙酮银中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述织物选自棉织物、麻织物、毛织物、丝织物、化纤织物、皮革织物、混纺织物、莫代尔织物中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述制备原料还包括溶剂。

8.根据权利要求7所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物，其特征在于，所述溶剂的沸点为50-90℃。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米银线分散于溶剂中形成纳米银线悬浮液；

(2)将织物浸渍于步骤(1)制备的纳米银线悬浮液中1-3h，取出后干燥，即得。

10.根据权利要求9所述的高导电、高柔韧、高耐水洗织物的制备方法，其特征在于，所述纳米银线悬浮液的质量浓度为0.002％-2％。