一种抗静电石墨烯涂层织物及其制备方法与流程

本发明属于纺织产品制造技术领域，具体涉及防护功能的纺织面料加工技术，具体说是一种耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料的制备方法。

背景技术：

物体在外力作用下容易积累电荷，产生静电。静电有着很有趣的现象，但对生活有着有利、不利的影响。纺织品的使用过程中容易吸尘沾污，服装纠缠人体产生粘附不适感，并对人体有害，如使血液ph值升高，血液中钙含量下降，尿液中钙含量增加，血糖升高，维生素c含量下降。工业中更是严重，可能引起火灾、爆炸。化学纤维(如涤纶)因具有良好的耐磨性、挺括性、弹性、耐化学腐蚀等优点，在服装、装饰、产业等领域得到了广泛应用。与天然棉等纤维相比，化学纤维强度高、布面质感好、色泽光亮、价格适宜、易处理加工，深受广大消费者的喜爱。但是，化学纤维属于疏水性纤维，分子中缺少亲水性基团导致其吸湿性很差，易起球和产生静电，在低湿度的环境下更易积聚静电荷，使得化学纤维在纺纱、加捻、织造和针织、染色和整理等每一生产工序中都会有一定的困难，甚至造成品质问题；在穿着时，使人产生不舒服感，织物易吸附灰尘。特别是在某些特殊领域(如煤矿工人服装)，化学纤维服装产生的静电甚至会引起重大事故，造成人员伤亡。因此，抗静电织物的开发至关重要。

石墨烯是从三维石墨中剥离下来的二维结构的晶体，是蜂窝状的单层碳原子按照六边形的晶格规整排列的物质，其碳原子以sp2杂化方式互相键合，形成独特的能带结构，在碳六元环平面垂直的方向形成大π键，为半填满状态，π电子可以在石墨烯整个平面晶体上以载流子的形式自由移动，从而使石墨烯具有优秀的导电性。除此之外，石墨烯还具有高的比表面积、优异的机械性能以及导热能力。到目前为止，石墨烯理想的抗静电性能用于功能性纺织品的研究和发明较少，且耐洗度堪忧。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料的制备方法，将织物通过多巴胺前处理工序、浸轧工序、还原工序和高温固着工序后，得到所述耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料；

其中，所述多巴胺前处理工序：将织物浸渍于含有盐酸多巴胺的溶液中，在15～25℃下浸渍20～25小时，加入ph缓冲剂使得含有盐酸多巴胺的溶液的ph为8.4～8.6；

所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机浸液槽中，将经多巴胺前处理后的织物在40～60℃通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯溶液浸轧到多巴胺前处理后的织物上，轧液率保持在60～80％；

所述还原工序：将浸轧有氧化石墨烯溶液的织物置于还原剂溶液中，直至氧化石墨烯完全还原成石墨烯。

本发明将织物浸渍于含有盐酸多巴胺的溶液中，并加入ph缓冲剂使得含有盐酸多巴胺的溶液的ph为8.4～8.6，在织物浸渍过程(在15～25℃下浸渍20～25小时)中，使得盐酸多巴胺转变成多巴胺并发生自聚合反应，在所述织物中纤维表面生成聚多巴胺。然后置于氧化石墨烯溶液中，利用聚多巴胺表面的基团(酚羟基)与氧化石墨烯表面基团(羟基和羧基)在40～60℃下发生反应，使得氧化石墨烯也附着于聚多巴胺的表面，难以脱落。再利用还原剂将氧化石墨烯完全还原成石墨烯，并在经过高温固着工序，使得织物经热定型后性能更稳定，表面氧化石墨烯与织物结合更牢固，最终得到耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料。

较佳地，所述含有盐酸多巴胺的溶液的浓度为2～3mg/ml，所述织物和含有盐酸多巴胺的溶液的用量比为1g：40～100ml。

较佳地，所述ph缓冲剂选自tris缓冲剂(三羟甲基氨基甲烷)、柠檬酸缓冲剂中的至少一种。

较佳地，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1.5～2.5mg/ml。

较佳地，所述还原剂选自na2s2o4、维生素c、nabh4中的至少一种。

又，较佳地，所述还原剂的浓度为1.5～3wt％。

较佳地，将浸轧有氧化石墨烯溶液的织物置于还原剂溶液中，在88～92℃下还原氧化石墨烯，直至氧化石墨烯完全还原成石墨烯。较佳地，所述高温固着工序：将还原后的织物置于高温烘箱中进行高温固着，其中高温固着的温度为60～110℃，时间为3～6小时。

较佳地，所述织物选自纯棉织物、纯涤纶织物、尼龙和涤棉混纺织物中的一种。

另一方面，本发明还提供了一种根据上述方法制备的耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料，所述耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料的表面电阻率≤10⁶ω/cm²，耐水洗次数≥60次。

本发明与现有技术相比有许多优点和积极效果：本发明制备方法的生产工艺简单，易于操作，且产量较高；本发明方法制备的耐水洗抗静电石墨烯涂层织物的表面电阻率≤10⁶ω/cm²，耐水洗次数≥60次。

本发明将石墨烯理想的抗静电性能用于功能性纺织品，且尽量不加入影响手感的树脂并保证耐水洗牢度的方法工序。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明所述方法包括依次进行的多巴胺前处理工序、浸轧工序、还原工序及高温固着工序，制备得到耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织品(耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料)。所述的石墨烯涂层织物(耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织品)可为石墨烯涂层纯棉织物或石墨烯涂层纯涤纶织物。所述耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料的表面电阻率≤10⁶ω/cm²，耐水洗次数≥60次。

本发明所述方法工艺简单、易于操作、产量较高、且生产的纺织面料具有优异的抗静电功能，并且耐洗牢度可观。以下示例性地说明本发明提供的耐水洗抗静电石墨烯涂层纺织面料的制备方法。

将纺织品置于多巴胺溶液中预处理并自然风干。具体来说，将织物浸渍于含有盐酸多巴胺的溶液中，在15～25℃(例如，室温25℃)下浸渍20～25小时，其中在浸渍之前，加入ph缓冲剂使得含有盐酸多巴胺的溶液的ph为8.4～8.6。所述含有盐酸多巴胺的溶液的浓度可为2-3mg/ml，所述织物的和含有盐酸多巴胺的溶液的用量比可为1g：40～100ml，优选1g：50ml。所述ph缓冲剂可选自tris缓冲剂、柠檬酸缓冲剂中的至少一种，其加入量根据含有盐酸多巴胺的溶液的ph可调。所述织物包括但不仅限于纯棉织物、纯涤纶织物、尼龙和涤棉混纺织物中的一种。

作为一个示例，所述多巴胺前处理工序：将盐酸多巴胺加入调整好ph的缓冲剂中溶解，室温25℃下浸渍织物24h，并自然烘干。其原料百分比为：1g盐酸多巴胺，657.5mgtris缓冲剂，500ml的去离子水。所述多巴胺前处理工序中，ph值为8.5，多巴胺溶液与织物浴比(织物重量与溶液体积的比值)为1:50。

将织物基布浸入氧化石墨烯分散液(氧化石墨烯溶液)中，随后通过二浸二轧工序，使得氧化石墨烯浸轧到织物上，并将浸轧氧化石墨烯的各类织物置于高温烘箱中进行烘干。其中烘干的温度可为60℃，时间为30～60min。所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机浸液槽中，将多巴胺前处理后的织物在40～60℃下通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯溶液浸轧到多巴胺前处理后的织物上，轧液率保持在60～80％。

作为一个示例，所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机的浸液槽中，各类织物基布在40～60℃下通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯分散液浸轧到织物上；其中，氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml，轧液率保持在70％。所述二浸二轧工序中，氧化石墨烯分散液为2mg/ml的氧化还原法制备成的氧化石墨烯水溶液。

将浸轧有氧化石墨烯溶液的织物置于还原剂溶液中，在88～92℃下还原氧化石墨烯，直至氧化石墨烯完全还原成石墨烯。其中还原剂可选自na2s2o4、维生素c、nabh4中的至少一种。所述还原剂溶液的浓度为1.5～3wt％。

作为一个示例，所述还原工序：将浸轧氧化石墨烯分散液的各类织物置于na2s2o4溶液中，使得织物上的氧化石墨烯还原成石墨烯；其中，na2s2o4溶液浓度为2wt％，温度为90℃，时间为30min。

将还原后的织物置于高温烘箱中进行高温固着，其中高温固着的温度可为60～110℃(优选90～110℃)，时间为3～6小时。

作为一个示例，所述高温固着工序：将还原后的织物置于高温烘箱中进行烘干，其中高温烘箱温度为60℃，高温固着时间为4h；制得抗静电的石墨烯涂层织物。

按照标准aatcc76-1995织物抗静电测试方法，已达到抗静电a级产品标准；按照标准gb/t12490-2007纺织品色牢度试验耐家庭和商业洗涤色牢度，已达到耐水洗产品标准。具有优异的抗静电功能，可用于具有抗静电功能的服装等功能性纺织品。

下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1：一种耐水洗抗静电纯棉纺织面料的制备方法，包括如下工序：

(1)所述多巴胺前处理工序：将盐酸多巴胺加入调整好ph的缓冲剂中溶解，使ph为8.5，20℃浸渍纯棉织物(10g)24h，并自然烘干。其原料百分比为：1g盐酸多巴胺，657.5mgtris缓冲剂，500ml的去离子水；

(2)所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机浸液槽中，纯棉织物基布在50℃下通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯分散液浸轧到织物上，轧液率保持在70％；其中，氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml；

(3)所述还原工序：将浸轧氧化石墨烯分散液的纯棉织物置于na2s2o4溶液中，织物上的氧化石墨烯还原成石墨烯；其中，na2s2o4溶液浓度为2wt％，温度条件为90℃，30min；

(4)所述高温固着工序：将还原后的纯棉织物置于高温烘箱中进行烘干，其中高温烘箱温度为60℃，高温固着时间为4h。

对比例1

(1)所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机浸液槽中，纯棉织物(10g)在50℃下通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯分散液浸轧到织物上，轧液率保持在70％；其中，氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml；

(2)所述还原工序：将浸轧氧化石墨烯分散液的纯棉织物置于na2s2o4溶液中，织物上的氧化石墨烯还原成石墨烯；其中，na2s2o4溶液浓度为2wt％，温度条件为90℃，30min；

(3)所述高温固着工序：将还原后的纯棉织物置于高温烘箱中进行烘干，其中高温烘箱温度为60℃，高温固着时间为4h。

每次水洗测试前后均测试其方块电阻，每次测量任意选取三点。表1是本发明实施例1制备的纯棉织物任意三点电阻随水洗次数的变化表。经测试，未经涂层处理的纯棉织物(纯棉织物)的表面电阻率≥10¹⁵ω/cm²(基本不导电，万用表量程调至20mω仍不显示)；本实施例1所制得的石墨烯涂层纯棉织物的表面电阻率≤10⁶ω/cm²，且随着水洗次数在一定范围内增加，电阻率降低；未经多巴胺前处理的纯棉织物(为对比例1不经多巴胺处理，直接进行浸轧工序等工序制备得到材料)随着水洗次数增加，60次水洗后区域电阻率升高。

具体的变化如表1所示。

表1：

实施例2：一种耐水洗抗静电纯涤纶纺织面料的制备方法，包括如下工序：

(1)所述多巴胺前处理工序：将盐酸多巴胺加入调整好ph的缓冲剂中溶解，使ph为8.5，20℃浸渍纯涤纶织物(8g)24h，并自然烘干。其原料百分比为：1g盐酸多巴胺，657.5mgtris缓冲剂，500ml的去离子水；

(2)所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机浸液槽中，纯涤纶织物基布在50℃下通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯分散液浸轧到织物上，轧液率保持在60％；其中，氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml；

(3)所述还原工序：将浸轧氧化石墨烯分散液的纯涤纶织物置于na2s2o4溶液中，织物上的氧化石墨烯还原成石墨烯；其中，na2s2o4溶液浓度为2wt％，温度为90℃，时间为30min；

(4)所述高温固着工序：将还原后的纯涤纶织物置于高温烘箱中进行烘干，其中高温烘箱温度为60℃，时间为4h。

对比例2

(1)所述浸轧工序：将氧化石墨烯溶液置于浸轧机浸液槽中，纯涤纶织物(8g)基布在50℃下通过二浸二轧工序，将氧化石墨烯分散液浸轧到织物上，轧液率保持在60％；其中，氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/ml；

(2)所述还原工序：将浸轧氧化石墨烯分散液的纯涤纶织物置于na2s2o4溶液中，织物上的氧化石墨烯还原成石墨烯；其中，na2s2o4溶液浓度为2wt％，温度为90℃，时间为30min；

(3)所述高温固着工序：将还原后的纯涤纶织物置于高温烘箱中进行烘干，其中高温烘箱温度为60℃，时间为4h。

每次水洗测试前后均测试其方块电阻，每次测量任意选取三点。表2是本发明实施例2制备的纯涤纶织物任意三点电阻随水洗次数的变化表。经测试，未经涂层处理的纯涤纶织物(纯涤纶织物)的表面电阻率≥10¹⁵ω/cm²，本实施例2所制得的石墨烯涂层纯涤纶织物的表面电阻率≤10⁶ω/cm²，且随着水洗次数在一定范围内增加，电阻率降低；未经多巴胺前处理的纯涤纶织物(为对比例2不经多巴胺处理，直接进行浸轧工序等工序制备得到材料)随着水洗次数增加，部分区域不导电。具体的变化如表2所示。

表2：

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域的一般技术人员而言，根据本发明所揭示的内容，对上述实施例做出修改和/或改变或者采用同等的替代方案是显而易见的，其都不能脱离本发明要求保护的范围，本发明中的保护范围以限定在权利要求书中的权利要求为准。