CN115948908A - 一种可清洗压力传感器纺织品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织工程技术领域，尤其涉及一种可清洗压力传感器纺织品及其制备方法，本发明提供的可清洗压力传感器纺织品，包括基础涤纶面料织物及羟基修饰的碳纳米管，所述基础涤纶面料织物的表面修饰有多巴胺；所述基础涤纶面料织物为麂皮绒织物，所述麂皮绒织物选自定岛形涤纶超细纤维麂皮绒或定海形涤纶超细纤维麂皮绒；本发明的可清洗压力传感器纺织品的性能在经过一小时机洗后依旧保持稳定，且盐酸、氢氧化钠等化学溶液无法浸润织物表面；整个可清洗压力传感器纺织品轻薄透气，有巨大的实际应用潜力。

Description

一种可清洗压力传感器纺织品及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺织工程技术领域，尤其涉及一种可清洗压力传感器纺织品及其制备方法。

背景技术

当今“万物互联”的时代激发了可穿戴电子设备的迅速发展。其中，得益于优异的透气性、传感舒适性与独特的编制结构，以纺织品为基底的柔性传感器近年来受到学术界与工业界的广泛关注。制备纺织品传感器主要有两种策略：一是从纺织品纤维的纺丝工艺着手，将各种导电填料(例如液态金属、碳纳米管、石墨烯、各种金属纳米颗粒等)与纺丝原液结合，再利用静电纺丝、湿法纺丝、混合纺丝等纺丝工艺生产出导电纤维，再将纤维编织成大面积的导电纺织品。第二中策略是将功能材料通过印刷、浸泡分散液、气相沉积等方式直接分散到商业纺织品上。麂皮绒通常指经编海岛丝和纬编涤纶丝组成的人造皮革，其轻薄透气、穿着舒适，已被广泛的应用于服装、汽车行业。此外，麂皮绒由海岛超细纤维层层堆叠，形成独特的三维立体结构，这为实现压力传感功能提供了条件。

目前，基于纺织品的压力传感器主要面临以下挑战：

1.导电填料与纺织品的界面不稳定，界面结合力较弱。功能材料易脱落或被剥离，作为智能纺织品无法应对人的剧烈活动。

2.通常需要使用特制的纤维制备导电纺织品。制备工艺复杂，成本高，且现有的纺织技术难将制备的导电纤维编织成纺织品，无法适应大规模生产。

3.耐洗性是电子纺织品的一大挑战。其表面的功能材料在被水流冲刷时极易脱落或失效，且在穿戴时人体的汗液也会将电子纺织品腐蚀，造成不可逆的性能衰退。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种新型材料结构的可清洗的压力传感器纺织品。

本发明提供一种可清洗压力传感器纺织品，所述可清洗压力传感器纺织品包括基础涤纶面料织物及羟基修饰的碳纳米管，所述基础涤纶面料织物的表面修饰有多巴胺。

优选的，所述基础涤纶面料织物为麂皮绒织物，所述麂皮绒织物选自定岛形涤纶超细纤维麂皮绒或定海形涤纶超细纤维麂皮绒。

本发明还提供一种上述的可清洗压力传感器纺织品的制备方法，所述制备方法包括步骤：

S1、将所述基础涤纶面料织物清洗、烘干，真空状态下，将所述基础涤纶面料织物的上表面和下表面分别等离子体处理；

S3、将经过等离子体处理后的所述基础涤纶面料织物投入到聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液中搅拌；

S4、将所述基础涤纶面料织物清洗，在碳纳米管分散液中充分浸润、烘干；

S5、将浸润、烘干后的所述基础涤纶面料织物真空干燥，并加入十六烷基三甲氧基硅烷，进行气相沉积，得到所述可清洗压力传感器纺织品。

优选的，所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的pH值为8.5。

优选的，所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的配制工艺包括，将0.02w.t％的盐酸多巴胺投入到100ml去离子水中，再投入0.2mol三羟甲基氨基甲烷粉末，用0.1mol/L盐酸将溶液pH值调至8.5。

优选的，所述碳纳米管分散液的配制工艺包括，将羧基化多壁碳纳米管或者羟基化多壁碳纳米管，与十二烷基硫酸钠，加入到去离子水中，超声搅拌。

优选的，加入的所述羧基化多壁碳纳米管或者所述羟基化多壁碳纳米管的质量百分比为0.005w.t％～0.5w.t％，所述十二烷基硫酸钠的质量百分百为0.01w.t％～0.1w.t％。

优选的，所述超声搅拌在50℃～70℃条件下进行，所述超声搅拌的时间为10分钟～60分钟，所述超声搅拌的功率为200W～300W。

优选的，加入的所述十六烷基三甲氧基硅烷与所述基础涤纶面料织物的重量比为(0.1～2)：1。

优选的，所述气相沉积通过在真空条件下，135℃～150℃温度条件下，加热4～10小时实现。

优选的，所述充分浸润的次数为1次～10次，所述充分浸润的时间为3秒～10秒。

本发明所提供的可清洗压力传感器纺织品，是一种利用商业麂皮绒制成的电子纺织品，避免了导电纤维纺织的过程，有机会实现大规模生产。具体的，本发明所提供的可清洗压力传感器纺织品，通过多巴胺的自聚合作用将多巴胺的活性基团引入到超细纤维表面，通过氨基与羟基与羧基化后的碳纳米管形成氢键，加强了界面稳定性，再将羧基化后的碳纳米管中的羟基连接疏水改性剂十六烷基三甲氧基硅烷，由此实现了稳定的三维导电网络与疏水界面。经测试证明，本发明所提供的可清洗压力传感器纺织品的性能，在经过一小时机洗后依旧保持稳定，且盐酸、氢氧化钠等化学溶液无法浸润织物表面；整个可清洗压力传感器纺织品轻薄透气，有巨大的实际应用潜力。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中可清洗压力传感器纺织品的制备方法流程示意图。

图2是商用的定岛形涤纶超细纤维麂皮绒织物的展示图。

图3是本发明具体实施方式中可清洗压力传感器纺织品展示图。

图4是本发明具体实施方式中不同纺织品的疏水效果展示展示图。

图5是本发明具体实施方式中可清洗压力传感器纺织品不同负载次数下接触角的变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明具体实施方式中，提供一种可清洗压力传感器纺织品，所述可清洗压力传感器纺织品包括基础涤纶面料织物及羟基修饰的碳纳米管，所述基础涤纶面料织物的表面修饰有多巴胺。所述基础涤纶面料织物为麂皮绒织物，所述麂皮绒织物选自定岛形涤纶超细纤维麂皮绒或定海形涤纶超细纤维麂皮绒。

如图1所示，是本发明具体实施方式中可清洗压力传感器纺织品的制备方法流程示意图，图中Pristine ultrafine fiber指未处理的麂皮绒超细纤维；PF指浸润聚会多巴胺溶液后的麂皮绒超细纤维；PF@Cn指浸润n次后的多巴胺超细纤维；HPF@Cn指通过十二烷基三羟甲基硅烷改性后的碳纳米管/多巴胺/超纤维。

具体实施方式中，结合图1所示，本发明提供一种上述的可清洗压力传感器纺织品的制备方法，所述制备方法包括步骤：

S1、将所述基础涤纶面料织物清洗、烘干，真空状态下，将所述基础涤纶面料织物的上表面和下表面，即织物的两面，分别进行等离子体处理；选用的织物面积可任意变动；具体的，可通过95％的乙醇溶液或者70％异丙醇等溶剂对所述基础涤纶面料织物进行超声清洗；优选的，等离子体处理的时间为30秒至2分钟。作为基础涤纶面料织物的麂皮绒织物可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET通过静电纺丝法生产出的超细纤维编织而成，也可以直接商业购买得到。

S3、将经过等离子体处理后的所述基础涤纶面料织物投入到聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液中搅拌；具体的，聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的量没过所述基础涤纶面料织物即可；优选的，所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的pH值为8.5。通过聚多巴胺来加强织物与羧基化碳纳米管的结合牢度。

具体的，所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷(聚多巴胺-Tris)溶液的配制工艺包括，将0.02w.t％的盐酸多巴胺投入到100ml去离子水中，再投入0.2mol三羟甲基氨基甲烷(Tris)粉末，用0.1mol/L盐酸将溶液pH值调至8.5；制备过程中所添加的各原料物质的量可以根据实际情况进行调整，只要保证相应的添加比例，并使得所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的pH值为8.5即可达到最优的效果。

S4、将所述基础涤纶面料织物清洗，在碳纳米管分散液中充分浸润、烘干；优选的，所述充分浸润的次数为1次～10次，每次浸润后烘干，再进行浸润；所述充分浸润的时间为3秒～10秒。所述碳纳米管分散液的配制工艺包括，将羧基化多壁碳纳米管或者羟基化多壁碳纳米管，与十二烷基硫酸钠，加入到去离子水中，超声搅拌；优选的，加入的所述羧基化多壁碳纳米管或者所述羟基化多壁碳纳米管的质量百分比为0.005w.t％～0.5w.t％，所述十二烷基硫酸钠的质量百分百为0.01w.t％～0.1w.t％；所述超声搅拌在50℃～70℃条件下进行，所述超声搅拌的时间为10分钟～60分钟，所述超声搅拌的功率为200W～300W；优选的，可以将0.02w.t％羧基化多壁碳纳米管与0.08w.t％十二烷基硫酸钠投入100ml去离子水中，在60℃下250W超声搅拌20分钟，以利于碳纳米管的分散。

S5、将浸润、烘干后的所述基础涤纶面料织物真空干燥，并加入十六烷基三甲氧基硅烷，进行气相沉积，得到所述可清洗压力传感器纺织品；优选的，加入的所述十六烷基三甲氧基硅烷与所述基础涤纶面料织物的重量比为(0.1～2)：1；所述气相沉积通过在真空条件下，135℃～150℃温度条件下，加热4～10小时实现；优选的，滴入0.4ml十六烷基三甲氧基硅烷，在135℃下加热6小时进行气相沉积，通过气相沉积十六烷基三甲氧基硅烷的方法修饰羧基化或羟基化的碳纳米管，以实现稳定的疏水性能。

通过上述制备方法中特定的反应原料及比例、特定的反应步骤以及反应条件，可以在基础涤纶面料织物表面，尤其是定岛形涤纶超细纤维麂皮绒或定海形涤纶超细纤维麂皮绒等麂皮绒织物表面修饰多巴胺，利用多巴胺的自聚合效应使其黏附在织物表面；而带羟基修饰的多壁碳纳米管的一端可以与多巴胺的氨基、羟基形成氢键，另一端则连接疏水的十六烷基三甲氧基硅烷，从而实现坚固的疏水导电表面，得到本发明的可清洗压力传感器纺织品。

本发明所提供的可清洗压力传感器纺织品，是一种利用商业麂皮

绒制成的电子纺织品，避免了导电纤维纺织的过程，有机会实现大规5模生产。具体的，本发明所提供的可清洗压力传感器纺织品，通过多

巴胺的自聚合作用将多巴胺的活性基团引入到超细纤维表面，通过氨基与羟基与羧基化后的碳纳米管形成氢键，加强了界面稳定性，再将羧基化后的碳纳米管中的羟基连接疏水改性剂十六烷基三甲氧基硅

烷，由此实现了稳定的三维导电网络与疏水界面。经测试证明，本发0明所提供的可清洗压力传感器纺织品的疏水性能，在经过一小时机洗

后依旧保持稳定，且盐酸、氢氧化钠等化学溶液无法浸润织物表面；

整个可清洗压力传感器纺织品轻薄透气，有巨大的实际应用潜力。

以下结合具体实施例进一步详细说明。

实施例1

5本实施例中，利用商业麂皮绒织物引入碳纳米管生产出一种超疏

水压力传感纺织品，具体制备步骤如下：

S1、以4cm×8cm大小的织物为例，将如图2所示的商用的定岛形涤纶超细纤维麂皮绒织物，在95％的乙醇溶液中超声清洗10分钟；

将清洗后的织物烘干，真空状态下，将织物的上下表面分别等离子体0处理一分钟；

S2、将处理后的织物立即投入聚多巴胺-Tris溶液中，磁力搅拌24

小时，以引入羟基、氨基等活性基团；具体的，聚多巴胺-Tris溶液的配制工艺：将0.02w.t％盐酸多巴胺(PDA)投入100ml去离子水中，再投入0.2mol Tris粉末，用0.1mol/L盐酸将溶液pH调至8.5；5S3、将织物用清水冲洗，在羧基化多壁碳纳米管分散液中充分浸

润三次，每次浸润后烘干；具体的，羧基化多壁碳纳米管分散液制备方法：将0.02w.t％羧基化多壁碳纳米管与0.08w.t％十二烷基硫酸钠投入100ml去离子水中，在60℃下250W超声搅拌20分钟。

S4、将浸润碳纳米管的织物烘干后放入真空干燥器中干燥，并滴入0.4ml十六烷基三甲氧基硅烷；在135℃下加热6小时，进行气相沉积；冷却后即可获得超疏水的麂皮绒可清洗压力传感器纺织品，具体如图3-图5所示，图3为本发明具体实施方式中制得的可清洗压力传感器纺织品的展示图，图4为基础涤纶面料织物、多巴胺浸润织物、多巴胺/碳纳米管织物、硅烷改性多巴胺/碳纳米管织物(即本发明具体实施方式中的可清洗压力传感器纺织品)的疏水效果展示图；图5为本发明具体实施方式中可清洗压力传感器纺织品负载100次砝码(20N)的接触角变化示意图；从图中可以看出，制得的可清洗压力传感器纺织品具有良好的疏水性能，而且，在经过一小时机洗后，疏水性能依旧保持稳定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可清洗压力传感器纺织品，其特征在于，所述可清洗压力传感器纺织品包括基础涤纶面料织物及羟基修饰的碳纳米管，所述基础涤纶面料织物的表面修饰有多巴胺。

2.如权利要求1所述的可清洗压力传感器纺织品，其特征在于，所述基础涤纶面料织物为麂皮绒织物，所述麂皮绒织物选自定岛形涤纶超细纤维麂皮绒或定海形涤纶超细纤维麂皮绒。

3.一种如权利要求1或2所述的可清洗压力传感器纺织品的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：

S1、将所述基础涤纶面料织物清洗、烘干，真空状态下，将所述基础涤纶面料织物的上表面和下表面分别等离子体处理；

S3、将经过等离子体处理后的所述基础涤纶面料织物投入到聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液中搅拌；

S4、将所述基础涤纶面料织物清洗，在碳纳米管分散液中充分浸润、烘干；

S5、将浸润、烘干后的所述基础涤纶面料织物真空干燥，并加入十六烷基三甲氧基硅烷，进行气相沉积，得到所述可清洗压力传感器纺织品。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的pH值为8.5。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液的配制工艺包括，将0.02w.t％的盐酸多巴胺投入到100ml去离子水中，再投入0.2mol三羟甲基氨基甲烷粉末，用0.1mol/L盐酸将溶液pH值调至8.5。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管分散液的配制工艺包括，将羧基化多壁碳纳米管或者羟基化多壁碳纳米管，与十二烷基硫酸钠，加入到去离子水中，超声搅拌。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，加入的所述羧基化多壁碳纳米管或者所述羟基化多壁碳纳米管的质量百分比为0.005w.t％～0.5w.t％，所述十二烷基硫酸钠的质量百分百为0.01w.t％～0.1w.t％。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超声搅拌在50℃～70℃条件下进行，所述超声搅拌的时间为10分钟～60分钟，所述超声搅拌的功率为200W～300W。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加入的所述十六烷基三甲氧基硅烷与所述基础涤纶面料织物的重量比为(0.1～2)：1。

10.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉积通过在真空条件下，135℃～150℃温度条件下，加热4～10小时实现；所述充分浸润的次数为1次～10次，所述充分浸润的时间为3秒～10秒。

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