一種基於石墨烯層層組裝的柔性導電防水織物及其製備方法與流程
2023-11-06 21:08:37 1
本發明涉及智能紡織品領域，特別涉及一種基於石墨烯組裝纖維織物，是一種具有柔性、導電性能、防水性能的智能紡織品。
背景技術：
兼備優良的導電能力和優異的柔韌性的纖維狀的電子器件可以編織成各類織物，與人們日常穿戴結合起來，用於製備智能織物。導電紡織品主要有三種類型：第一種是金屬系導電紡織品。金屬纖維導電性能好，耐熱、耐化學腐蝕。但對於紡織品而言，金屬纖維抱合力小，紡紗性能差，成品著色性差，手感差，因此只適用於織成T/C面料，在油田、化工廠等易燃、易爆行業做工作服用。第二種是碳黑系導電紡織品，其代表產品為BASF公司Resistat。通過表面滲碳的方式將導電的碳粉加入到已成型的尼龍表面，其特點是表面電阻比較低，但導電的碳粉易受摩擦和洗滌等影響而從尼龍表面脫落，從而使面料的導電性能逐漸降低。同時，脫落下來的導電的碳粉既是潔淨室中的灰塵，又會對電子產品造成傷害。第三種是複合紡絲型有機導電紡織品，其代表產品為日本鍾紡公司的Belltron，特別是鍾紡公司最新開發的9R、BR系列。複合紡絲型有機導電纖維是將導電的碳粉與熔融狀的基體材料充分混合後，經特殊的噴絲孔與基體材料複合成纖，形成了雙組份的導電纖維。其產品特性表現為不會因為摩擦、洗滌而致使碳粒子脫落，具有良好的耐洗、抗彎曲、耐磨損等性能。
如同樣是複合紡絲型導電纖維，比較其組織結構，碳與基體材料熔融混合後完整地包覆在纖維外層的(如Kanebo Belltron 9R1、BRl)導電纖維，因為具有最大的導電錶面積，其導電性能最佳，也應成為智能服裝面料的首選。石墨烯又名單層石墨，是指由碳原子六角結構（蜂窩格子狀）緊密排列而成的只有一個碳原子厚的二維片狀晶體材料。與其他碳材料相比，石墨烯具有完美的大π共軛體系和最薄的單層原子厚度的結構，這使得石墨烯擁有非常優異和獨特的光、電、熱等物理和化學性能。石墨烯織物一般通過後整理過程中添加交聯劑使石墨烯與織物發生交聯的方法得到。例如專利CN201310434293.X公開了一種石墨烯與水溶性聚氨酯浸軋烘整理織物獲得防紫外抗靜電石墨烯塗層紡織面料的方法，織物的導電性、舒適性較差。專利CN201410554356.X公開了一種先使織物表面吸附一層氧化石墨烯，還原後再使上述織物吸附苯胺後進行原位聚合，在石墨烯整理織物上覆蓋一層導電高分子聚合物，重複上述步驟，獲得效果優良的導電織物的方法，但工藝較複雜，安全性和環保性差。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提出了一種基於石墨烯層層組裝的柔性導電防水織物及其製備方法。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是：一種基於石墨烯層層組裝的柔性導電防水織物，所述的柔性導電防水織物主要包括如下組分：以重量份計，0.1～1重量份的氧化石墨烯，1重量份的纖維素類織物，0.5～5重量份的還原劑。
進一步地，所述的氧化石墨烯是石墨經過預氧化、剝離、氧化、過濾、洗滌、乾燥以後的得到的氧化石墨烯：為氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯、磺酸基化氧化石墨烯中的至少一種。
進一步地，所述的纖維素類織物主要包括棉、麻、竹、黏膠纖維、Lyocell纖維、銅氨纖維、醋酯纖維。
進一步地，所述的還原劑為亞硫酸氫鈉、殼聚糖、葡萄糖、水合肼、硼氫化鈉、維生素C中的至少一種。
一種基於石墨烯層層組裝的柔性導電防水織物的製備方法，所述製備方法主要包括以下步驟：將1g織物浸漬到含有氧化石墨烯的0.1～1%的水溶液中，pH為6～8，溫度為20～60℃，超聲處理10～40min，80～100℃烘乾，重複以上步驟數次；將得到的氧化石墨烯層層組裝的織物浸入濃度為0.5～5%的還原劑溶液中，80～90℃還原0.5～3h，水洗數次，80～100℃烘乾，即可得到還原氧化石墨烯層層組裝的織物。
本發明的有益效果是：與現有技術相比，本發明選用石墨烯作為纖維素織物導電整理劑，既利用了石墨烯良好的導電性能，且對材料的機械性能影響較小等優勢，在提高導電效果的同時也可保持織物較好的強度與防水性能；同時結合了纖維素織物的柔性、良好的調溼性能，有效的改善了各自存在的劣勢，達到了較優的雙向結合效應，完全可作為新一代柔性防水導電器材。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。以下實施例中各物料的用量均以重量份數計。
實施例1
將1g黏膠織物浸漬到含有氧化石墨烯的0.1%的水溶液中，pH為6.8，溫度30℃，超聲20min，100℃烘乾，重複以上步驟數次。將得到的氧化石墨烯層層組裝的織物浸入濃度為0.5%的水合肼溶液中，80℃還原2h，水洗數次，100℃烘乾，即可得到還原氧化石墨烯層層組裝織物。
實施例2
將1g銅氨織物浸漬到含有氧化石墨烯的0.5%的水溶液中，pH為6.8，溫度30℃，超聲30min，90℃烘乾，重複以上步驟數次。將得到的氧化石墨烯層層組裝的織物浸入濃度為2%的維生素C溶液中，90℃還原1h，水洗數次，100℃烘乾，即可得到還原氧化石墨烯層層組裝織物。
實施例3
將1g竹織物浸漬到含有氧化石墨烯的1%的水溶液中，pH為8，溫度40℃，超聲10min，100℃烘乾，重複以上步驟數次。將得到的氧化石墨烯層層組裝的織物浸入濃度為5%的水合肼還原劑溶液中，90℃還原0.5h，水洗數次，100℃烘乾，即可得到還原氧化石墨烯層層組裝織物。
實施例4
將1g黏膠織物浸漬到含有氧化石墨烯的0.1%的水溶液中，pH為6.8，溫度30℃，超聲30min，100℃烘乾，重複以上步驟數次。將得到的氧化石墨烯層層組裝的織物浸入濃度為0.5%的水合肼還原劑溶液中，90℃還原3h，水洗數次，100℃烘乾，即可得到還原氧化石墨烯層層組裝織物。
以實施例4為例，對所得的石墨烯層層組裝的黏膠織物進行材料導電性能和防水性能表徵，結果如下：
製備與後整理工藝條件相同情況下，試驗一是考察不同組裝層數的石墨烯整理黏膠織物的電阻值，試驗二是考察整理後黏膠織物的接觸角，具體對比測試數據見表1、表2。
表1 不同組裝層數的石墨烯層層組裝黏膠織物的電阻值
從表1的數據可以看出，黏膠織物浸入不同層數的石墨烯所得電阻值有所不同，隨著浸入石墨烯層數的增多，電阻值越小，即黏膠織物與石墨烯組裝的導電效果越好。
表2 石墨烯處理後黏膠織物的接觸角
從表2可以看出，氧化石墨烯經水合肼還原以後，具有優良的防水性能，且隨著組裝層數的增加，接觸角不斷增大，說明織物的防水性能增強。可見，隨著組裝層數的增多防水性能越好。
以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。