一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法与流程

本发明属于纺织品制造
技术领域：
，涉及一种具有防护功能的纺织面料加工技术，特别是一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法。
背景技术：
：随着人们对环境卫生要求日益提高，抗菌材料的应用受到更加广泛的关注。细菌在合适的环境条件下会迅速生长繁殖，并通过与人体接触传播疾病，影响人们的身体健。由纤维组成的纺织品面料，由于其多孔式物体形状和高分子聚合物的化学结构利于微生物附着，成为细菌、真菌等微生物生存、繁殖的良好寄生体。日常生活中人们接触的纺织品是这些微生物的良好生存之地，也是各种疾病的重要传播源，所以开发具有抗菌行的纺织品有着极其重要的意义。目前，具有抗菌功能的纺织品大多数是用抗菌整理剂剂对纺织品进行后整理，以获得具有抗菌性能的纺织品。常见的抗菌整后理剂分为无机抗菌整理剂、有机抗菌整理剂和天然生物抗菌整理剂三大类。无机抗菌剂以无机金属类抗菌剂、光催化抗菌剂和纳米粒子抗菌剂为主；有机抗菌剂则是一类将具有抗菌活性的分子通过共价键与载体键合在一起，主要包括季铵盐类抗菌剂、季磷盐类抗菌剂、醇类抗菌剂、酚类抗菌剂等；天然生物抗菌剂是在天然生物中提取的具有抗菌功能的有机高分子物质组成的抗菌剂，常用的有壳聚糖、大蒜素等。氧化石墨烯(go)是石墨烯家族中一个重要的衍生物，与石墨烯的结构基本相同，只是在其表面有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧的官能团，这些官能团赋予了氧化石墨烯许多独特的性质，如良好的润湿性能和表面活性，能够与一些聚合物的兼容性等，这可以赋予材料更多的化学反应性能，也可以通过交联使相邻层形成网络结构提高单片层间的相互作用力，从而改善材料的物理性能。随着go功能化方法的发展，不同功能的含氧集团赋予go更多潜在的优势，其在抗菌方面的应用也开始增多。目前基于石墨烯的抗菌涤纶面料制备方法主要有两种，一种是在制备聚酯切片阶段添加石墨烯，制备石墨烯涤纶丝，一种是通过浸轧法进行整理在面料上结合石墨烯。在切片阶段添加石墨烯容易导致石墨烯的团聚，而且工艺复杂，石墨烯分散均匀性得不到保证。在后整理阶段通过浸轧法整理，需要添加有机交联剂，而且面料上结合的石墨烯量较少，结合力较弱；高温高压染色法，在不进行高温烘焙的情况下，石墨烯与面料的结合力较弱，耐洗牢度达不到要求。技术实现要素：有鉴于此，本发明旨在提出一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，以克服现有技术的缺陷，工艺简单，易于操作，适合于工厂大批量生产，其制备的纺织面料具有优异的抗菌、防紫外线功能和接触瞬间凉感性能，可应用于内衣、床上用品、卫生材料、鞋袜、装饰材料、无纺布等领域。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，包括以下步骤：(1)面料前处理：采用含有碱液和渗透剂的处理液对面料进行浸泡，再用水将面料洗至中性；(2)染液制备：用水稀释氧化石墨烯浆料，随后加入缓冲溶液和bb乳液，混匀得染液；bb乳液为苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的混合乳液；(3)高温染色：以一定的浴比，采用程序升温的方法，对面料进行高温染色；其中，程序升温的过程为：常温-85℃，升温速率2℃每分钟；85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温6-14分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温25-35分钟；130℃-50℃，降温速率3℃每分钟；(4)烘干烘焙：先于110-150℃的温度条件对高温染色后的面料进行烘干，之后将烘干后的面料于180-200℃烘焙1-5分钟，即为基于石墨烯的抗菌面料。优选的，步骤(1)中，所述的处理液包括以下质量分数的各组分：1-5wt％的氢氧化钠，0.1-3wt％的渗透剂，余量为水。渗透剂的加入，可以极大的减少氢氧化钠的使用。优选的，步骤(1)中，面料前处理的方法包括以下步骤：先将处理液加热至35℃后放入面料；随后升温到85℃，保温1小时；再用60℃水浸泡10分钟；再用50℃水洗一次；最后用30℃水洗至面料表面呈中性。优选的，步骤(1)中，面料和处理液的浴比为1:20。优选的，步骤(1)中，渗透剂为jfc、jfc-1、jfc-2、jfc-e中的一种或两种以上的混合物；步骤(2)中，所得的染液中，氧化石墨烯含量为0.05-0.5g/l,缓冲液含量为0.10-0.50g/l，bb乳液含量为0.1-1.0g/l。优选的，步骤(2)中，所述的氧化石墨烯浆料中的氧化石墨烯固含量为1.0-3.4wt％，且氧化石墨烯表面的氧含量为40-50wt％。优选的，步骤(2)中，所述的缓冲液为醋酸盐体系缓冲液，染液ph值控制在3-5。优选的，所述的bb乳液中，苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的质量比例为1:4-4:1。优选的，步骤(3)中，85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温10分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温30分钟；浴比为1：5-1：30。优选的，所述面料为聚酯面料；步骤(4)中，先于130℃的温度条件对高温染色后的面料进行烘干，之后将烘干后的面料于180-200℃烘焙1-5分钟，即为基于石墨烯的抗菌面料。需要说明的是，现有的直接升温溶液染色不均匀，染色质量得不到保证，本发明中进行梯度升温能够使氧化石墨烯更加均匀的分布在涤纶面料上。此外，涤纶面料(也即聚酯面料)在180-200℃时，涤纶纤维的晶格运动会加强，使氧化石墨烯分子进入到涤纶纤维中，相当于卡到涤纶纤维中，这样使得石墨烯与涤纶面料牢固结合，若不进行高温烘焙，氧化石墨烯无法进入到涤纶纤维内部，当有外力作用时，就容易被洗掉。还有就是，本发明中，氧化石墨烯在高温高压的染色过程中会部分的进行还原(水热还原)，不需要对面料上的氧化石墨烯进行专门的还原即可达到抗菌、防紫外线和接触瞬间凉感性能，可节省工艺和能耗。相对于现有技术，本发明所述的一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法具有以下优势：(1)工艺简单，易于操作，且产量高、成本低，耐洗牢度好。(2)制备的氧化石墨烯抗菌面料，按照标准gb/t20944.3-2008《gbt20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》测试，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌具有优异的抗菌效果；按照gb/t18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》标准进行测试，面料的紫外线防护系数高达2000以上；按照gb/t35263-2017《纺织品接触瞬间凉感性能的检测和评价》，面料的接触瞬间凉感系数在0.15以上。(3)这种方法面料结合石墨烯的量较多，结合牢固度较强，且无特殊工艺要求，完全可以利用染厂现有设备进行生产，适于大规模推广。(4)制备的氧化石墨烯抗菌面料，可以应用于各种内衣、床上用品、卫生材料、鞋袜、装饰材料、无纺布等方面。附图说明图1为实施例4所制备的氧化石墨烯抗菌面料抗菌性能的检测报告(制备时氧化石墨烯浓度0.25g/l)；图2为实施例4所制备的氧化石墨烯抗菌面料防紫外线性能的检测报告(制备时氧化石墨烯浓度0.25g/l)；图3为实施例1所制备的氧化石墨烯抗菌面料防紫外线性能和接触瞬间凉感性能的检测报告(制备时氧化石墨烯浓度0.05g/l)；图4为实施例4所制备的氧化石墨烯抗菌面料接触瞬间凉感性能的检测报告(制备时氧化石墨烯浓度0.25g/l)。具体实施方式除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下面结合实施例及附图来详细说明本发明。一、原料来源及说明实施例1-5及对比例中所采用的氧化石墨烯均为常州第六元素生产的氧化石墨烯，型号为3522。实施例1-5及对比例中所采用的聚酯面料为慈溪旭东针织厂生产的75d、100％dty涤纶，克重110。涤纶的分子结构式为：实施例1-5中所采用的处理液中除了氢氧化钠和jfc外，余量均为水。二、实施例1-5实施例1一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，包括依次设置的面料前处理、染液制备、高温染色、烘干烘焙四个程序。具体过程为：面料前处理：处理液中含有1wt％的氢氧化钠，0.1wt％的jfc，以浴比1:20进行处理，处理程序为在35℃的处理液中加入聚酯面料，升温到85℃，保温1小时，用60℃水浸泡10分钟，用50℃水洗一次，用30℃水洗至面料表面呈中性。染液制备：用水将氧化石墨烯浆料稀释，添加醋酸钠-醋酸缓冲液和bb乳液(其中，苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的质量比例为1:4)，充分搅拌混匀得氧化石墨烯含量为0.05g/l、缓冲液含量为0.20g/l、bb乳液含量为0.30g/l的染液，染液ph为3.8。高温染色：以1:30的浴比，采用程序升温的方法，对聚酯面料进行高温染色。升温程序为常温-85℃，升温速率2℃每分钟；85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温10分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温30分钟；130℃-50℃，降温速率3℃每分钟。烘干烘焙：先于130℃的温度条件对高温染色后的聚酯面料进行烘干，之后将烘干后的聚酯面料于189-191℃烘焙4分钟，即为本实施例所述的基于石墨烯的抗菌面料。实施例2一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，包括依次设置的面料前处理、染液制备、高温染色、烘干烘焙四个程序。具体过程为：面料前处理：处理液中含有2wt％的氢氧化钠，0.5wt％的jfc，以浴比1:20进行处理，处理程序为在35℃的处理液中加入聚酯面料，升温到85℃，保温1小时，用60℃水浸泡10分钟，用50℃水洗一次，用30℃水洗至面料表面呈中性。染液制备：添加醋酸钠-醋酸缓冲液和bb乳液(其中，苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的质量比例为2:3)，充分搅拌混匀得氧化石墨烯含量为0.10g/l、缓冲液含量为0.30g/l、bb乳液含量为0.40g/l的染液，染液ph为4.2。高温染色：以1:30的浴比，采用程序升温的方法，对聚酯面料进行高温染色。升温程序为常温-85℃，升温速率2℃每分钟；85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温10分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温30分钟；130℃-50℃，降温速率3℃每分钟。烘干烘焙：先于115℃的温度条件对高温染色后的聚酯面料进行烘干，之后将烘干后的聚酯面料于185-187℃烘焙5分钟，即为本实施例所述的基于石墨烯的抗菌面料。实施例3一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，包括依次设置的面料前处理、染液制备、高温染色、烘干烘焙四个程序。具体过程为：面料前处理：处理液中含有1wt％的氢氧化钠，3wt％的jfc，以浴比1:20进行处理，处理程序为在35℃的处理液中加入聚酯面料，升温到85℃，保温1小时，用60℃水浸泡10分钟，用50℃水洗一次，用30℃水洗至面料表面呈中性。染液制备：用水将氧化石墨烯浆料稀释，添加醋酸钠-醋酸缓冲液和bb乳液(其中，苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的质量比例为4:1)，充分搅拌混匀得氧化石墨烯含量为0.15g/l、缓冲液含量为0.40g/l、bb乳液含量为0.50g/l的染液，染液ph为4.7。高温染色：以1:20的浴比，采用程序升温的方法，对聚酯面料进行高温染色。升温程序为常温-85℃，升温速率2℃每分钟；85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温10分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温30分钟；130℃-50℃，降温速率3℃每分钟。烘干烘焙：先于130℃的温度条件对高温染色后的聚酯面料进行烘干，之后将烘干后的聚酯面料于189-191℃烘焙4分钟，即为本实施例所述的基于石墨烯的抗菌面料。实施例4一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，包括依次设置的面料前处理、染液制备、高温染色、烘干烘焙四个程序。具体过程为：面料前处理：处理液中含有5wt％的氢氧化钠，0.1wt％的jfc，以浴比1:20进行处理，处理程序为在35℃的处理液中加入聚酯面料，升温到85℃，保温1小时，用60℃水浸泡10分钟，用50℃水洗一次，用30℃水洗至面料表面呈中性。染液制备：用水将氧化石墨烯浆料稀释，添加醋酸钠-醋酸缓冲液和bb乳液(其中，苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的质量比例为1:1)，充分搅拌混匀得氧化石墨烯含量为0.25g/l、缓冲液含量为0.20g/l、bb乳液含量为0.30g/l的染液ph为4.0。高温染色：以1:20的浴比，采用程序升温的方法，对聚酯面料进行高温染色。升温程序为常温-85℃，升温速率2℃每分钟；85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温10分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温30分钟；130℃-50℃，降温速率3℃每分钟。烘干烘焙：先于130℃的温度条件对高温染色后的聚酯面料进行烘干，之后将烘干后的聚酯面料于194-195℃烘焙4分钟，即为本实施例所述的基于石墨烯的抗菌面料。实施例5一种基于石墨烯的抗菌面料制备方法，包括依次设置的面料前处理、染液制备、高温染色、烘干烘焙四个程序。具体过程为：面料前处理：处理液中含有3wt％的氢氧化钠，1wt％的jfc，以浴比1:20进行处理，处理程序为在35℃的处理液中加入聚酯面料，升温到85℃，保温1小时，用60℃水浸泡10分钟，用50℃水洗一次，用30℃水洗至面料表面呈中性。染液制备：用水将氧化石墨烯浆料稀释，添加醋酸钠-醋酸缓冲液和bb乳液(其中，苯甲酸苄酯和蓖麻油聚氧乙烯醚的质量比例为3:2)，充分搅拌混匀得氧化石墨烯含量为0.50g/l、缓冲液含量为0.50g/l、bb乳液含量为0.20g/l的染液，染液ph为4.5。高温染色：以1:10的浴比，采用程序升温的方法，对聚酯面料进行高温染色。升温程序为常温-85℃，升温速率2℃每分钟；85℃-110℃，升温速率1℃每分钟，保温8分钟；110℃-130℃，升温速率0.5℃每分钟，保温32分钟；130℃-50℃，降温速率3℃每分钟。烘干烘焙：先于140℃的温度条件对高温染色后的聚酯面料进行烘干，之后将烘干后的聚酯面料于189-191℃烘焙3分钟，即为本实施例所述的基于石墨烯的抗菌面料。对比例一种石墨烯抗菌面料的制备方法，基本与实施例2相同，不同之处在于：在烘干烘焙步骤后，还需对抗菌面料进行专门的还原处理,还原处理具体来说，是用保险粉5g/l、氢氧化钠1.2g/l的溶液对烘干烘焙后的聚酯面料于温度85℃的条件下进行还原，还原时间30分钟。三、实施例1-5和对比例的性能测试1、抗菌效果将实施例1-5制备的石墨烯抗菌面料按照gb/t20944.3-2008《gbt20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》标准测试，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌具有优异的抗菌效果；抑菌率随染液中go含量的升高而逐步升高，最高为大于99％；实施例4的抗菌性能检测报告(委外检测)见图1。实施例1、2、4和对比例的抗菌率实验室检测数据见表1。表1实验室测试不同浓度氧化石墨烯浴液制备的涤纶面料抑菌率样品名称3#(实施例4)8#(实施例2)11#(实施例1)b#(对比例)抑菌率95.5％88.8％52.0％86.6％备注：表中样品3#制备时使用氧化石墨烯分散液浓度为0.25g/l；样品8#制备时使用的氧化石墨烯分散液浓度为0.1g/l；样品11#制备时使用的氧化石墨烯分散液浓度为0.05g/l；样品b#制备时使用氧化石墨烯分散液浓度为0.10g/l，制备后经过还原的功能面料。从表1可以看出，随着制备石墨烯抗菌面料染液中go浓度的增大，面料的抗菌性能提升，而从实施例2和对比例可以看出，在烘干烘焙后是否对面料进行还原处理，对面料的抗菌性能影响不大，而且就实施例2和对比例来说，实施例2不进行还原处理的面料的抗菌率还要率高于对比例。2、防紫外线性能将实施例1-5制备的石墨烯抗菌面料按照gb/t18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》标准进行防紫外线性能测试，面料的紫外线防护系数大于2000。实施例1的防紫外性能检测报告见图3，实施例4的防紫外性能检测报告见图2。根据图2和图3可以看出，随着制备石墨烯抗菌面料染液中go浓度的增大，面料的防紫外线性能提升。3、瞬间凉感性能将实施例1和4制备的石墨烯抗菌面料按照gb/t35263-2017《纺织品接触瞬间凉感性能的检测和评价》标准进行接触瞬间凉感性能的检测(实施例1和实施例4的检测报告分别见图3和图4)，面料的接触瞬间凉感系数分别为0.18和0.17，均高于技术要求。可见，经过本发明所述的基于石墨烯的抗菌面料制备方法整理的聚酯面料具有凉感，可提高夏季使用的舒适度。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12