CN106996035A - 具有导电阻燃涂层的织物及其制备方法 - Google Patents

具有导电阻燃涂层的织物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，包括以下步骤：提供浓度为20‑30mg/mL的氧化石墨烯水溶胶；将氧化石墨烯水溶胶涂覆到织物表面，得到具有氧化石墨烯涂层的织物；将具有氧化石墨烯涂层的织物浸渍于还原剂的水溶液中，在80‑95℃下发生还原反应，使氧化石墨烯还原成石墨烯，得到具有导电阻燃涂层的织物。本发明还提供了一种采用上述方法所制备的具有导电阻燃涂层的织物。采用本发明的方法，对普通织物同时赋予极佳的导电性能和阻燃性能，处理后的织物是制备阻燃可穿戴设备的优良材料。本发明提供的具有导电阻燃涂层的织物制备方法简单，安全，绿色环保，适合大批量生产。

Description

具有导电阻燃涂层的织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性纺织材料制造技术领域，尤其涉及一种具有导电阻燃涂层的织物及其制备方法。
背景技术
智能纺织品是将电子信息，计算机技术和通信技术集成在纺织品中，赋予纺织品智能化和信息化功能。可穿戴设备是智能纺织品的一大终端产品，在时装，体育竞技，医疗保健等领域都有着广泛的应用。随着科技和社会的进步，人类对可穿戴设备的阻燃性要求越来越高。例如：消防员使用的可穿戴设备，以及技术人员在禁烟禁火的操作车间内使用的可穿戴设备，都对可穿戴设备有着较高的阻燃要求。因此，开发具有导电阻燃涂层的织物来制备阻燃可穿戴设备具有有广阔市场前景。
当前，制备具有导电阻燃涂层的织物一般有两种方法。其一就是将功能性材料加入到纺丝液中，采用纺丝的方法，制备功能性纤维，然后将纤维编织成织物，制备功能性纺织品。其二是采用后整理加工的技术，把功能性材料直接整理到织物表面，赋予织物功能性。采用前者的方法所制备的织物功能性提高不明显，而且工艺复杂、流程长。而采用后者所制备的织物，功能性提高显著，并且工艺简单、流程短。其中，涂层法是织物后整理加工中一种非常重要的方法，它对功能性涂层剂的利用率高，织物的功能性提高显著，工艺简单，易于操作。因此，采用涂层法制备具有导电阻燃涂层的织物是一个非常有效的途径。
石墨烯是一种新兴的碳材料，其同时具有优良的导电性能和阻燃性能，如果能将石墨烯整理到织物上，就可以一次整理使织物获得两种功能。但是，当前国内外极少有用石墨烯对织物进行阻燃功能整理的相关报道。而利用石墨烯对织物进行导电功能整理的技术中，通常是将需要整理的织物浸渍在氧化石墨烯分散液中，经还原烘干后得到导电织物。但是该方法存在一些缺点，织物只能吸收很少量的石墨烯，而石墨烯较少时，织物的导电性能得不到明显提高，无法达到使用要求。而如果通过添加交联剂或者粘合剂的方式来增加石墨烯在织物上的吸附量，会严重影响织物的手感。
如何采用合适的整理方法将石墨烯整理到织物上，织物经一次整理后可同时获得导电和阻燃功能；并且如何最大化地发挥石墨烯的优异性能来制备具有导电阻燃涂层的织物材料，是功能性纺织材料制造技术领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有导电阻燃涂层的织物及其制备方法，采用本发明的方法，对普通织物同时赋予极佳的导电性能和阻燃性能，本发明提供的具有导电阻燃涂层的织物制备方法简单，安全，绿色环保，适合大批量生产。
本发明提供了一种制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，包括以下步骤：
(1)提供浓度为20-30mg/mL的氧化石墨烯水溶胶；
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯水溶胶涂覆到织物表面，得到具有氧化石墨烯涂层的织物；
(3)将步骤(2)得到的具有氧化石墨烯涂层的织物浸渍于还原剂的水溶液中，在80-95℃下发生还原反应，使氧化石墨烯还原成石墨烯，得到具有导电阻燃涂层的织物。
进一步地，在步骤(1)中，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯。
以天然鳞片石墨为原料，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，洗涤、透析3-7天后得到氧化石墨烯水溶胶。透析时采用的透析袋的截留分子量为8000-14000Da。
进一步地，在步骤(2)中，采用涂层机进行涂覆，涂覆速度为0.2cm/s-1cm/s，涂层厚度为0.05mm-0.25mm。
进一步地，涂层机包括托架和位于托架一端的刮刀，织物固定在托架上，氧化石墨烯水溶胶在刮刀的带动下均匀涂覆于织物的表面。
进一步地，在步骤(2)中，还包括在60℃-120℃下烘干涂覆后的织物的步骤。
进一步地，在步骤(2)中，对织物进行双面涂覆。对织物首先进行单面涂覆，然后在60℃-120℃下烘干，再对其进行另一面的涂覆，然后在60℃-120℃下烘干。
进一步地，在步骤(2)中，织物为棉和/或蚕丝织物。
进一步地，在步骤(3)中，还原剂为葡萄糖和/或L-抗坏血酸，此类还原剂无毒，且绿色环保。
进一步地，在步骤(3)中，还原剂的水溶液的浓度为0.10mol/L-0.30mol/L。
进一步地，在步骤(3)中，按照1:50-200的浴比进行还原反应。
进一步地，在步骤(3)中，还原反应时间为1.5h-2.5h。
本发明还提供了一种采用上述方法所制备的具有导电阻燃涂层的织物。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
采用涂层工艺，将高浓度的氧化石墨烯水溶胶整理到织物上；再通过还原反应，将氧化石墨烯还原成石墨烯，赋予织物导电和阻燃功能。整理后的织物同时具备极佳的导电性能和阻燃性能，这样的织物是制备阻燃可穿戴设备的优良材料。本发明提供的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法简单，绿色环保，安全高效。
附图说明
图1是未经本发明的方法处理的蚕丝织物的扫描电镜图；
图2是实施例8制备的导电阻燃蚕丝织物的扫描电镜图；
图3是实施例8制备的导电阻燃蚕丝织物连接LED灯泡后的实物照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
以天然鳞片石墨为原料，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，洗涤后，选用截留分子量为8000-14000Da的透析袋，透析3-7天后得到浓度为25mg/mL的氧化石墨烯水溶胶。其中，改进Hummers法参照文献：Marcano D.C.,et al.,Improved synthesis of grapheneoxide,ACS Nano,4(2010),8,pp.4806-4814中的方法进行。
将普通棉织物裁剪成20cm×40cm大小，固定于涂层小样机的托架上，并将上述制备的氧化石墨烯水溶胶置于刮刀的一端，通过刮刀的运动将氧化石墨烯水溶胶均匀对棉织物的表面进行单面涂覆，其中刮刀运动的速度(即涂覆速度)为0.2cm/s，调节涂层厚度为0.05mm，将涂覆后的织物置于鼓风干燥箱100℃烘10min。
然后将上述单面涂层后的棉织物正反倒置后置于涂层小样机托架上，将氧化石墨烯水溶胶均匀的倒置于刮刀一端，调节涂层速度为0.2cm/s，涂层厚度为0.05mm。将双面均涂覆了氧化石墨烯水溶胶的织物置于鼓风干燥箱100℃烘10min。这样就得到涂层厚度为0.05mm的氧化石墨烯涂层棉织物。
配置0.25mol/L的保险粉水溶液，按照1：100的浴比，将上述氧化石墨烯涂层棉织物浸渍于保险粉水溶液中，90℃下反应2h，使氧化石墨烯还原成石墨烯，经过还原工艺，得到石墨烯涂层棉织物导电阻燃材料。
实施例2
本实施例将涂层厚度调整为0.1mm，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层棉织物导电阻燃材料。
实施例3
本实施例将涂层厚度调整为0.2mm，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层棉织物导电阻燃材料。
实施例4
本实施例将涂层厚度调整为0.25mm，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层棉织物导电阻燃材料。
实施例5
本实施例将织物换为蚕丝织物，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层蚕丝织物导电阻燃材料。
实施例6
本实施例将织物换为蚕丝织物，并将涂层厚度调整为0.1mm，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层蚕丝织物导电阻燃材料。
实施例7
本实施例将织物换为蚕丝织物，并将涂层厚度调整为0.2mm，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层蚕丝织物导电阻燃材料。
实施例8
本实施例将织物换为蚕丝织物，并将涂层厚度调整为0.25mm，其他工艺均与实施例1相同，得到石墨烯涂层蚕丝织物导电阻燃材料。
采用四探针方阻测试仪测试上述实施例1-8中得到的各石墨烯涂层织物的导电性能；然后通过极限氧指数仪测试上述各石墨烯涂层织物的阻燃性能，各实施例测试结果表1所示。
表1石墨烯涂层织物导电阻燃材料的物理参数
织物材质 涂层厚度(mm) 表面电阻(Ω/sq) 极限氧指数(％)
实施例1 棉 0.05 4200 21.2
实施例2 棉 0.1 900 21.8
实施例3 棉 0.2 530 26.6
实施例4 棉 0.25 198 29.8
实施例5 蚕丝 0.05 3600 28.8
实施例6 蚕丝 0.1 700 29.6
实施例7 蚕丝 0.2 344 37.5
实施例8 蚕丝 0.25 131 43.5
从表1可以看出，采用本发明的方法处理织物，织物可以一次整理同时获得优异的阻燃性能和导电性能，这样的织物是制备阻燃可穿戴设备的优异材料。此外，随着涂层厚度的增加，织物的表面电阻逐渐降低，而织物的极限氧指数逐渐升高。其中实施例8得到石墨烯涂层蚕丝织物，表面电阻只有131Ω/sq，极限氧指数高达43.5％，表明该织物具备了极佳的导电性能和阻燃性能。
图1是未经本发明的方法处理的蚕丝织物的放大100倍的扫描电镜图；图2是实施例8制备的导电阻燃蚕丝织物的放大100倍的扫描电镜图。对比图1和图2可发现，石墨烯经涂层整理后均匀吸附在织物的表面。
图3是实施例8制备的导电阻燃蚕丝织物连接LED灯泡实物照片。在3V电压下，本发明实施例8制备的导电阻燃蚕丝织物可以作为导线，使LED灯泡工作。说明该导电阻燃蚕丝织物具备有极佳的导电性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供浓度为20-30mg/mL的氧化石墨烯水溶胶；
(2)将步骤(1)得到的所述氧化石墨烯水溶胶涂覆到织物表面，得到具有氧化石墨烯涂层的织物；
(3)将步骤(2)得到的所述具有氧化石墨烯涂层的织物浸渍于还原剂的水溶液中，在80-95℃下发生还原反应，使氧化石墨烯还原成石墨烯，得到所述具有导电阻燃涂层的织物。
2.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(1)中，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用涂层机进行涂覆，涂覆速度为0.2cm/s-1cm/s，涂层厚度为0.05mm-0.25mm。
4.根据权利要求3所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：所述涂层机包括托架和位于所述托架一端的刮刀，所述织物固定在托架上，所述氧化石墨烯水溶胶在刮刀的带动下均匀涂覆于织物的表面。
5.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(2)中，还包括在60℃-120℃下烘干涂覆后的织物的步骤。
6.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述织物为棉和/或蚕丝织物。
7.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述还原剂为保险粉和/或L-抗坏血酸。
8.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述还原剂的水溶液的浓度为0.10mol/L-0.30mol/L。
9.根据权利要求1所述的制备具有导电阻燃涂层的织物的方法，其特征在于：在步骤(3)中，按照1:50-200的浴比进行还原反应。
10.一种权利要求1-9中任一项方法所制备的具有导电阻燃涂层的织物。
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