CN102926207B

CN102926207B - 一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102926207B
Application number: CN201210454848.2A
Authority: CN
Inventors: 秦宗益; 刘欣; 吴谦; 梁浜雷; 陈龙
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: CN102926207A

Abstract

本发明涉及一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用，以质量百分比计，导电粒子含量为0.1～20%，聚合物纤维含量为80～99.9%；其制备方法包括：（1）将织物先在碱液中浸泡，取出水洗至中性；（2）将上述织物浸入预处理液中，取出烘干；（3）再将上述织物浸入到助染剂溶液中；（4）最后将织物转移到导电粒子的水分散液中，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，取出烘干，得到导电织物，本发明制备过程较为绿色环保，工艺简便；所制备的导电织物导电率高、导电成分不易脱落、导电性能持久、手感柔软和可裁剪，可用作抗静电纤维与织物、金属与有机污染物吸附材料、气体和液体及生物传感材料，储能电极材料等。

Description

一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于导电织物及其制备方法和应用领域，具体涉及一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用。

背景技术

导电织物作为一类新颖的织物材料，不仅保留了传统织物的柔性、可编织性，又赋予了材料的电学性能，功能性。使其在传感器、能量存储、吸附和催化等领域应用潜力巨大。随着研究的不断深入，导电织物的应用领域也得到了不断地拓展，其中在电子电工、仪表、通讯、航天、医疗保健及运动检测和军事等领域的应用较为广泛。但目前导电纤维及织物的市场价格很高，加工成本也较高，工艺亦较复杂，这在一定程度上限制了导电纤维及织物的生产和普及，而具有永久性的导电纤维及织物具有较高的附加值，其经济效益非常显著。

导电织物的制备多采用后处理的方式对常规织物进行加工，在其表层覆盖上导电薄层，常见的方法有物理气相沉积(CN 1187471C)、电镀与化学镀技术(CN 100570047C)、原位化学聚合(CN 102337679A)、浸轧处理（CN 101403189B，CN 101613943B）和湿法浸染处理(CN 1021924C，CN 101215779，CN 101845753A)等。如狄剑锋等人以化纤织物为基体材料，聚苯胺为导电材料，利用原位聚合法(又称“现场”吸附聚合法)，制备得到具有良好导电性能的导电织物。在苯胺浸渍基布的过程中，辅以超声波浸渍处理，对基布有一个良好的表面改性作用，更有利于导电材料在聚合反应中沉积到基布的纤维表面上，并渗透到基布的纤维内部，使得导电性及导电稳定得到改善（CN 102337679A）。李戎等人将织物用聚苯乙烯磺酸钠进行处理，二浸二轧，然后浸入苯胺和过硫酸铵的混合液中，制出导电织物（CN101403189B,CN 101613943B）。徐文志等人在一定的温度和压力下，采用导电处理液处理织物，使织物中含有一定量的硫化亚铜,从而具有导电性能（CN 1021924C）。***等人用氯化亚锡或者氯化镉溶液浸泡纤维，使纤维表面吸附一层锡离子或镉离子，然后利用化学镀方法在纤维表面镀覆银，得到导电纤维(CN 100570047C)。***等人用氯化亚锡或者氯化镉溶液对纤维进行浸泡处理，在纤维表面形成一层金属催化层，然后进行化学镀银,得到导电织物（CN 101215779）。侯毅等人将涤纶纯纺织物或涤棉混纺织物放入导电高分子粒子分散溶液中，进行湿法浸染处理，还原清洗、漂洗、烘干和定型，得到防静电/导电织物（CN 101845753A）。碳基纳米材料（如纳米尺寸的石墨粉和碳纳米管）因具有较高的电导率与廉价易得也可以用作制备导电织物的导电粒子。王依民等人将聚乙烯纤维的无纬布均匀铺展于卷绕机上,经混合碳纳米管与胶粘剂涂胶后烘干，得到导电纤维(CN101016678)。邹梨花等人采用浸轧技术，利用碳纳米管分散液，实现对纤维素织物的超疏水和导电整理（CN 102605608A）。但这些技术制备的碳基导电织物的导电成分容易脱落，不耐洗涤，导电持久性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用，所制备的导电织物具有导电率高、导电成分不易脱落、导电性能持久、手感柔软和可裁剪等优点，可用作抗静电（电磁屏蔽）纤维与织物、金属与有机污染物吸附材料、气体和液体及生物传感材料，储能电极材料等；该方法制备过程无需有机溶剂，绿色环保，工艺简便，成本低廉，可规模化生产。

本发明的一种采用浸染技术制备的导电织物，以质量百分比计，导电粒子含量为0.1～20%，聚合物纤维含量为80～99.9%；

所述聚合物纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维等织物。

所述导电粒子为碳纳米管、石墨烯、氧化石墨或纳米尺寸的石墨粉。

本发明的一种采用浸染技术制备的导电织物的制备方法，包括：

（1）将织物先在碱液中浸泡30～90min，取出水洗至中性；

（2）将上述织物浸入预处理液中10～90s，取出烘干；

（3）再将上述织物浸入到助染剂溶液中浸润；

（4）最后将织物转移到导电粒子的水分散液中浸润，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，取出烘干，得到导电织物。

所述步骤（2）中的预处理液为聚氨酯溶液，其中聚氨酯的浓度为0.1～3%。

所述步骤（2）中的预处理时间为10～90s。

所述步骤（3）中的助染剂为苯胺或吡咯的水溶液，其中苯胺或吡咯的浓度为1~20g/L。

所述步骤（3）中的织物在助染剂中的浸润时间为5~30min。

所述步骤（4）中的水分散液中导电粒子的浓度为0.1～50g/L。

所述步骤（4）中的织物在导电粒子的水分散液中的浸润时间为1~30min。

本发明的一种采用浸染技术制备的导电织物的应用，包括：用作抗静电（电磁屏蔽）纤维与织物，储能电极材料，金属与有机污染物吸附材料，气体和液体及生物传感材料等。

本发明采用浸染技术，在碳基导电层与织物间引入粘结过渡层，通过在常规织物上涂覆聚氨酯和采用苯胺或吡咯作为助染剂，使导电粒子更易粘结到织物上，制备出导电织物。在保证织物手感柔软和可剪裁等优点的同时，实现导电层结构稳定和高电导。此外还无需表面活性剂或导电粒子分散到有机溶剂中，导电粒子吸附在水相中进行。制备过程较为绿色环保，工艺简便，成本低廉，可实现规模化生产。

有益效果

（1）本发明制备过程较为绿色环保，工艺简便，成本低廉，可实现规模化生产；

（2）本发明所制备的导电织物具有导电率高、导电成分不易脱落、导电性能持久、手感柔软和可裁剪等优点，可用作抗静电（电磁屏蔽）纤维与织物，储能电极材料，金属与有机污染物吸附材料，气体和液体及生物传感材料等。

附图说明

图1石墨烯与聚酯织物复合制备的导电织物照片；

图2石墨烯在聚酯织物上表面复合的扫描电镜图；

图3石墨烯/纤维素导电织物的储能电化学行为；

图4石墨烯/聚氨酯导电织物的气敏传感曲线。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明讲述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将0.1g聚酯织物先在碱液中浸泡30min，取出水洗至中性；再浸入到质量分数为0.1%的聚氨酯溶液，浸泡10s，取出烘干；然后将织物浸入100ml1g/L的苯胺水溶液中，处理5min；最后将织物转移到0.1g/L石墨烯的水分散液中浸润5min，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，取出烘干，得到导电织物（见图1与图2）。石墨烯占导电织物的质量百分比为3.5%，织物电导率为3.6×10²Ω^-1·cm^-1。

实施例2

将0.1g聚酯织物先在碱液中浸泡60min，取出水洗至中性；再浸入到质量分数为0.5%的聚氨酯溶液，浸泡30s，取出烘干；然后将织物浸入100ml10g/L的苯胺水溶液中，处理30min；最后将织物转移到25g/L碳纳米管的水分散液中，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，取出烘干，得到导电织物。碳纳米管占导电织物的质量百分比为7.8%，织物电导率为7.9×10²Ω^-1·cm^-1。

实施例3

将0.1g聚酯织物先在碱液中浸泡90min，捞起水洗至中性；再浸入到质量分数为2%的聚氨酯溶液，浸泡90s，捞起烘干；然后将织物浸入100ml 20g/L的吡咯水溶液中，处理20min；最后将织物转移到5g/L石墨烯的水分散液中浸润20min，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，捞起烘干，得到导电织物。石墨烯占导电织物的质量百分比为6.9%，织物电导率为7.2×10²Ω^-1·cm^-1。

实施例4

将0.1g聚酯织物先在碱液中浸泡30min，捞起水洗至中性；再浸入到质量分数为3%的聚氨酯溶液，浸泡30s，捞起烘干；然后将织物浸入100ml 5g/L的吡咯水溶液中，处理30min；最后将织物转移到10g/L碳纳米管的水分散液中浸润30min，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，捞起烘干，得到导电织物。碳纳米管占导电织物的质量百分比为6.4%，织物电导率为6.8×10²Ω^-1·cm^-1。

实施例5

将0.1g纤维素织物先在碱液中浸泡30min，捞起水洗至中性；再浸入到质量分数为0.5%的聚氨酯溶液，浸泡30s，捞起烘干；然后将织物浸入100ml 5g/L苯胺水溶液中，处理30min；最后将织物转移到0.1g/L石墨烯的水分散液中，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，捞起烘干，得到导电织物。石墨烯占导电织物的质量百分比为5.3%，织物电导率为5.6×10²Ω^-1·cm^-1。以导电织物为工作电极，并以Pt电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极，加入0.5M Na₂SO₄电解液，组成三电极***。在20mV/s的扫描速率下，测得的比电容值约为102.5F/g（见图3）；循环1000次后比电容值的衰减不超过20%。

实施例6

将0.1g聚酰胺织物先在2M的碱液中浸泡30min，捞起水洗至中性；再浸入到质量分数为0.5%的聚氨酯溶液，浸泡30s，捞起烘干；然后将织物浸入100ml 5g/L苯胺水溶液中，处理30min；最后将织物转移到0.1g/L石墨烯的水分散液中，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，捞起烘干，得到导电织物。石墨烯占导电织物的质量百分比为5.1%，织物电导率为5.1×10²Ω^-1·cm^-1。此导电纤维可用于气体传感，对氯仿气体而言，其响应时间为秒量级（见图4）。

Claims

1.一种采用浸染技术制备的导电织物的制备方法，包括：

（1）将织物先在碱液中浸泡30～90min，取出水洗至中性；

（2）将上述织物浸入预处理液中10～90s，取出烘干；其中预处理液为聚氨酯溶液；

（3）再将上述织物浸入到助染剂溶液中浸润；其中助染剂为苯胺或吡咯的水溶液；

（4）最后将织物转移到导电粒子的水分散液中浸润，在超声作用下将导电粒子吸附到织物上，取出烘干，得到导电织物；其中导电织物，按质量百分比，导电粒子含量为0.1～20%，聚合物纤维含量为80～99.9%；其中聚合物纤维包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维或聚氯乙烯纤维；导电粒子为碳纳米管、石墨烯、氧化石墨或纳米尺寸的石墨粉。

2.根据权利要求4所述的一种采用浸染技术制备的导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中聚氨酯溶液的质量百分比浓度为0.1～3%。

3.根据权利要求4所述的一种采用浸染技术制备的导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中苯胺或吡咯的水溶液的浓度为1～20g/L。

4.根据权利要求4所述的一种采用浸染技术制备的导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的织物在助染剂中的浸润时间为5～30min。

5.根据权利要求4所述的一种采用浸染技术制备的导电织物的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中的水分散液中导电粒子的浓度为0.1～50g/L；所述步骤（4）中的织物在导电粒子水分散液中的浸润时间为1～30min。