一种氧化石墨烯衍生物用于纺织品多功能整理的方法

技术领域

本发明属于纺织化学技术领域，涉及一种采用紫外光对石墨烯或其衍生物进行氮掺杂 制备柔性导电、抗紫外、拒水织物的方法。

背景技术

随着人们消费水平的提高，单一整理的产品已难以满足高端市场的需求，复合功能整 理成为产品开发的新亮点，同时开发功能性纺织品是提升我国纺织品竞争力的重要途径。 但目前织物的功能整理方法多以单一功能整理为主，因为各功能整理剂之间的可能存在相 互作用，导致整理剂同浴时相容性较差，且各种功能整理的工艺条件也不尽相同，故目前 织物的多功能整理一般采用多次整理的方法，这不仅造成工序复杂，成本增加，也难以获 得良好的多功能效果。因此，开发生产工艺更为简单的多功能整理方法成为研究的热点。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形蜂巢晶格的平面薄膜，且只有一个碳原 子厚度的准二维材料，被认为是富勒烯、碳纳米管(CNT)和石墨三者的基本结构单元。其具 有特殊的电学特性，如量子霍尔效应，在高电场诱导下，石墨烯仍能保持载流子的高迁移 率，使得这一新材料在开发新型电子器件方面有很大的潜力。将石墨烯应用于纺织纤维领 域制备柔性导电材料是近年来发展方向，通常的方法是将石墨烯添加到纺丝液中制得含石 墨烯的功能纤维，或者采用后整理的方法使石墨烯与纱线或织物发生交联制得功能织物。 前种方法仅局限性于制备合成纤维，后种方法需加入交联剂或粘合剂，影响织物的服用性 能。例如专利CN201310434293.X公开了一种用石墨烯和水性聚氨酯的混合液浸轧烘整理织 物，使织物获得防紫外抗静电石墨烯涂层纺织面料的方法。

本发明第一步先采用紫外光制备氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物，再将织物浸渍氮掺杂 氧化石墨烯或其衍生物，然后在织物上将氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物还原，使织物表面 形成氮掺杂石墨烯薄膜，获得具有一定导电性的氮掺杂石墨烯导电织物，由于氮掺杂氧化 石墨烯或其衍生物主要是在织物上进行还原，还原过程中石墨烯与织物紧密结合，避免了 交联剂、粘合剂的使用，且整理织物的耐洗性优良。

发明内容

本发明的目的在于采用自组装的方法，将氮掺杂石墨烯及其衍生物施加到织物上，使 织物获得导电、抗紫外和拒水功能。

本发明采用如下技术方案：

1采用紫外辐照的方式制备氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物混合液，然后对织物进行自 组装吸附和还原处理。

2所述的氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物混合液制备工艺为：

(1)制备氧化石墨烯或其衍生物混合液：将0.5～1质量份的氧化石墨烯或其衍生物、 0.01～0.5质量份的阴离子表面活性剂，和5～20质量份含氮化合物加入到水溶液中，在20～ 60℃、300-1000W功率下超声反应0.5～2h，得到氧化石墨烯或其衍生物、阴离子表面活性 剂和含氮化合物的均匀混合溶液；

(2)制备氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物混合液：将(1)所述混合溶液置于光强度为 80-120W/cm、波长为365nm的紫外光下照射5-20min，使氧化石墨烯或其衍生物进行氮掺 杂反应，提高石墨烯的导电性。

所述氧化石墨烯或其衍生物为氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯、磺酸基化氧化石墨烯 中的至少一种；

所述含氮化合物为尿素、氨水中的至少一种；

所述阴离子表面活性剂为烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基羧酸盐、烷基苯羧酸盐、 烷基萘磺酸盐、烷基萘羧酸盐、烷基蒽醌磺酸盐、烷基蒽醌羧酸盐中的至少一种。

3所述的氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物混合液对织物自组装吸附和还原处理的工艺 为：

(1)织物自组装吸附氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物溶液：将织物浸渍到氮掺杂氧化石 墨烯或其衍生物的pH为2～6的水溶液中，浸渍温度10～50℃，浸渍时间0.2～2h，然后 将织物于40～100℃烘燥0.5～4h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；

(2)将覆盖氮掺杂氧化石墨烯衍生物的织物进行还原：将覆盖氧化石墨烯衍生物的干 燥织物浸渍到0.1～1％的还原剂溶液中进行还原，还原温度50～100℃，还原时间0.5～6h， 最后水洗、烘干，得到覆盖还原氧化石墨烯衍生物的导电、抗紫外、拒水织物；

所述还原剂为连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、葡萄糖、壳聚糖、维生素C、水合肼、硼 氢化钠中的至少一种。

4所述的处理后的织物可以重复步骤2和3，以增强纺织品多功能性。

本发明的有益效果是：采用紫外光法制备氮掺杂氧化石墨烯或其衍生物，采用自组装 方法将氮掺杂石墨烯或其衍生物施加到织物表面，本发明的技术方案简单、便于操作，对 设备无特殊要求，利用常规染整设备就可进行大规模生产，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种氧化石墨烯衍生物用于纺织品多功能整理的方法，其过程如下：

将0.5质量份的氧化石墨烯或其衍生物、0.2质量份的十二烷基苯磺酸钠，和10质量份 尿素加入到水溶液中，在20℃、600W功率下超声反应1h，将上述溶液置于光强度为 100W/cm、波长为365nm的紫外光下照射10min，将织物浸渍到上述pH为4的溶液中，浸 渍时间1h，然后将织物于80℃烘燥1h，将干燥织物浸渍到0.5％的保险粉溶液中进行还原， 还原温度90℃，还原时间1h，最后水洗、烘干，得到石墨烯自组装柔性导电织物，并具有 良好的导电、抗紫外和拒水功能。

实施例2

一种石墨烯导电、抗紫外、拒水多功能织物的制备方法，其过程如下：

将0.8质量份的氧化石墨烯或其衍生物、0.4质量份的十二烷基磺酸钠，和20质量份氨 水加入到水溶液中，在30℃、800W功率下超声反应0.6h，将上述溶液置于光强度为 80W/cm、波长为365nm的紫外光下照射20min，将织物浸渍到上述pH为6的溶液中，浸 渍时间2h，然后将织物于60℃烘燥2h，将干燥织物浸渍到0.4％的保险粉溶液中进行还原， 还原温度95℃，还原时间0.5h，最后水洗、烘干，重复上述步骤5次，得到石墨烯自组装 柔性导电织物，并具有良好的导电、抗紫外和拒水功能。

实施例3

一种石墨烯导电、抗紫外、拒水多功能织物的制备方法，其过程如下：

将0.9质量份的氧化石墨烯或其衍生物、0.1质量份的十二烷基苯磺酸钠，和15质量份 氨水加入到水溶液中，在40℃、600W功率下超声反应2h，将上述溶液置于光强度为 90W/cm、波长为365nm的紫外光下照射15min，将织物浸渍到上述pH为5的溶液中，浸 渍时间0.6h，然后将织物于70℃烘燥1h，将干燥织物浸渍到0.4％的水合肼溶液中进行还原， 还原温度85℃，还原时间2h，最后水洗、烘干，重复上述步骤3次，得到石墨烯自组装柔 性导电织物，并具有良好的导电、抗紫外和拒水功能。

实施例4

一种石墨烯导电、抗紫外、拒水多功能织物的制备方法，其过程如下：

将0.7质量份的氧化石墨烯或其衍生物、0.6质量份的十二烷基磺酸钠，和20质量份尿 素加入到水溶液中，在50℃、800W功率下超声反应1h，将上述溶液置于光强度为90W/cm、 波长为365nm的紫外光下照射10min，将织物浸渍到上述pH为3的溶液中，浸渍时间1.5h， 然后将织物于50℃烘燥3h，将干燥织物浸渍到0.8％的水合肼溶液中进行还原，还原温度 80℃，还原时间3h，最后水洗、烘干，重复上述步骤6次，得到石墨烯自组装柔性导电织 物，并具有良好的导电、抗紫外和拒水功能。

本发明的实施效果

织物分别经实施例1-4处理后，对其进行如下测试，测试结果见表1。

1)织物表面电阻的测试

在SZT-2A四探针测试仪上(苏州同创电子有限公司)上测定。

2)织物紫外线防护系数的测试

依据澳大利亚/新西兰标准AS/NZS 4399：1996在美国蓝菲光学UV-2000F纺织品紫外线防 护性能测试仪上测定。

3)织物拒水性能接触角的测试

织物的接触角在德国DSA100型液滴形状分析仪上测定，测试液滴在织物表面时 间为3s时的接触角。

由表1可知，整理织物的电阻值明显下降，抗紫外性能显著提高，接触角达到120°以 上。由此可见，本发明所提供的技术方案能够赋予涤棉织物优良的导电性、抗紫外性和一 定的拒水性。

表1 实施织物的测试结果