一种静电负载的多层涂层纱线或织物材料的制备方法与流程

本发明属于纺织品功能化处理领域，特别涉及一种静电高效负载的多层涂层纱线和织物材料的制备方法。

背景技术：

随着我国工业化的不断发展，人们对纺织材料的要求越来越高，单一的纺织结构材料已经越来越不能满足人们的需求，这就要求在保持纺织品其本身形态结构性能的同时，赋予其更多功能性。静电负载纺织材料在功能型纺织品、装饰用纺织品、工业纺织品、军事、航天电子、医疗、生物、智能可穿戴等领域有广泛的应用前景，传统的静电负载纺织材料基本为无机、金属或陶瓷材料，其刚度大、柔软性低、耐洗涤性能差、静电负载能力较弱、负载效率较低，目前关于静电高效负载的纺织材料的研究仍较少，因此开发一种静电高效负载的多层涂层纱线和织物的制备方法具有重要的现实意义。

董猛等采用原位氧化聚合和磁控溅射技术，以涤纶织物为基底，制备了聚吡咯/ag导电涤纶织物；hao等通过在针织纤维素织物上原位聚合吡咯，得到导电性能优良的聚吡咯涂层针织物，但是聚吡咯与纺织材料的粘合牢度低，提高其耐用性能成为研究的难点；alamer用聚苯胺滴注法加入极性溶剂二甲基亚砜制备导电棉织物，choi等利用浸泡法对在纱线上附着上一层pedot:pss导电层，karim等通过化学还原go得到rgo分散剂，采用压轧烘干的方式将其负载到织物表面上，上述方法均可有效提高其产品的耐久性和柔韧性，专利cn107938369a、专利cn108385373a、专利cn106758175a等都针对导电纺织材料的制备方法不断创新，但是对提高纺织材料静电负载量以及开发多层涂层纱线和织物材料并增强膜结构的层间结合力的研究较少。目前主要面临的问题是在不破坏纺织材料的原有性能的前提条件下，增加静电负载量，同时增加膜与膜之间的层间结合力，开发涂层间结合牢度高，耐久性优良的静电高效负载纱线和织物材料具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种层间结合性能优良、储电性能优异的静电高效负载多层涂层纱线或织物材料的制备方法，以克服目前传统静电负载材料的静电负载量小、刚度大、脆性高、柔性低、使用寿命短等缺点。

为了解决所述的技术问题，本发明提供了一种静电负载的多层涂层纱线或织物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：结合层生成：将纱线或织物基底材料置于多巴胺处理浴中处理，处理后清洗，干燥，获得具有聚多巴胺结合层的纱线或织物基底材料；

步骤2：电导层生成：将具有聚多巴胺结合层的纱线或织物基底材料置于银氨溶液中，再将还原剂溶液滴加入银氨溶液中处理，处理后清洗，干燥，获得具有结合层和电导层的纱线或织物基底材料；

步骤3：储电层生成：将具有结合层和电导层的纱线或织物基底材料置于储电聚合物溶解得到的溶液中处理，而后经过轧辊脱去多余溶液，干燥，获得具有结合层、电导层和储电层的纱线或织物基底材料。

优选地，所述步骤1中所述纱线或织物基底材料包括但不限于天然纤维素纤维、天然蛋白质纤维、再生纤维、普通合成纤维、差别化纤维、功能性纤维、高性能纤维纱线及其织物材料中的至少一种。

优选地，所述步骤1中所述纱线或织物基底材料其结构包括无浆纤维束、展纱、加捻纱线、包芯纱、变形纱以及这些纤维及纱线制备的机织、针织、编织织物、非织造织物、三维织物、层合织物、复合织物中的至少一种。

优选地，所述步骤1中所述纱线或织物基底材料在置于多巴胺处理浴中处理前，先在预清洗浴中进行1～3道清洗，除去其表面杂质，随后在室温下自然干燥或50～70℃干燥1min～1h。

更优选地，所述预清洗浴可为对纤维机械性能无损伤、对纤维表面物理化学性能无改变的有机溶剂或水中的一种或几种；

优选地，所述步骤1中多巴胺处理浴的制备：将三羟甲基氨基甲烷(tris-hcl)缓冲溶液(5～15mm)的ph值调至8～10，加入多巴胺盐酸盐搅拌溶解，配制成0.2～4g/l的多巴胺盐酸盐溶液处理浴。

优选地，所述步骤1中纱线或织物基底材料与多巴胺处理浴的固液比为1:2～1:10。

优选地，所述步骤1中处理温度为30～70℃，处理时间为1～60min。

优选地，所述步骤1中清洗为1～3道水浴清洗，干燥为在室温下或50～70℃下干燥1min～4h。

优选地，所述步骤2中银氨溶液的制备：将硝酸银溶解于水中，制备5～15g/l硝酸银溶液，滴加3～10g/l浓度的氨水，至溶液澄清，加入能够起到分散和稳定作用的试剂，调节溶液ph值至10～12。

更优选地，所述能够起到分散和稳定作用的试剂为聚乙烯吡咯烷酮、丙三醇或十六烷基溴化铵，其浓度为1.25～10wt.％。

更优选地，所述步骤2中还原剂溶液与硝酸银溶液等体积，浓度比为2:1，所述还原剂溶液浓度为10～30g/l。

进一步地，所述还原剂包括但不限于葡萄糖、硼氢化钠、三乙醇胺、肼、抗坏血酸中的一种。

优选地，所述步骤2中具有聚多巴胺结合层的纱线或织物基底材料与银氨溶液的固液比为1:2～1:10。

优选地，所述步骤2中处理温度为20～40℃，处理时间为10～30min。

优选地，所述步骤2中清洗为1～3道水浴清洗。

优选地，所述步骤2中干燥为在室温下或40～70℃下干燥1min～4h。

优选地，所述步骤3中储电聚合物溶解得到的溶液的制备：将储电聚合物溶解于溶剂中，制备成5～20wt.％溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、丙三醇或十六烷基溴化铵作分散剂和稳定剂，而后在溶液中加入金属纳米颗粒，室温30℃下超声分散2～10min。

更优选地，所述储电聚合物包括但不限于聚吡咯、聚乙炔、聚苯乙炔、聚对苯乙炔、聚对苯乙烯、聚对亚苯、聚苯胺、聚噻吩、聚对苯硫醚以及它们的衍生物中的一种或几种。

更优选地，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、四氢呋喃、甲苯中的一种。

更优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、丙三醇或十六烷基溴化铵加入量为储电聚合物质量的1.25～10wt.％。

更优选地，所述金属纳米颗粒为储电聚合物质量的0.5～1.5wt.％。

进一步地，所述金属纳米颗粒包括但不限于银、铜、金、钴、镍、铝、铂、铁、钯纳米颗粒中的一种或几种。

优选地，所述的步骤3中的具有结合层和电导层的纱线或织物基底材料与储电聚合物溶液的固液比为1:2～1:10。

优选地，所述步骤3中处理温度为30～60℃，处理时间为0.5～2h。

优选地，所述步骤3中干燥为在室温下或40～70℃下干燥1min～4h。

优选地，所述步骤3中具有结合层、电导层和储电层的纱线或织物基底材料为一体式结构，所述多层膜结构厚度为2～20nm。

本发明在实现纺织过滤材料与多层膜结构的结合，提高层间结合力，增加其负载静电的能力，增强其抗弯折性和拉伸性能，进一步增强使用性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明所述方法操作流程对设备和处理环境要求不高；

(2)多巴胺的处理普适性强，可适用于多种纺织基底材料的表面改性；

(3)改性处理仅对纺织基底材料表面进行改性，不损伤纺织基底材料本体性能；

(4)多巴胺结合层不仅提高了层与层之间的复合牢度，而且还提高了纺织纤维和纱线的抗弯折和拉伸性能；

(5)在纺织基底材料表面复合较薄多层膜结构，同时实现对静电荷的传导、储存，加强层间结合力；

(6)本发明所开发的具有静电高效负载的多层涂层纱线和织物材料以纺织材料为基底，因此既具有了纺织材料所有的柔性又具有功能多样性；

(7)多层膜结构厚度仅为2～20nm，在增加结构多样性的同时，依然能够保持纺织过滤基底材料的柔性和透气性。

附图说明

图1为本发明一种静电高效负载的多层涂层纱线和织物材料处理流程图；

附图标记：1为结合层，2为导电层，3为储电层，4为纱线或织物基底材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，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

本实施例提供了一种静电负载的具有结合层、电导层和储电层的涤纶机织物材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：结合层生成：

a)预清洗：将300目涤纶机织物在预清洗浴丙酮(分析纯)中进行2道清洗，除去其表面杂质，随后在室温下自然干燥15min；

b)多巴胺处理浴的制备：配制浓度为10mm三羟甲基氨基甲烷(tris-hcl)缓冲溶液，调节ph值至8.5；加入多巴胺盐酸盐搅拌溶解，配制浓度为2g/l多巴胺盐酸盐溶液处理浴；

c)结合层生成：将预清洗后的300目涤纶机织物以固液比1:2置于30℃的多巴胺盐酸盐溶液处理浴中，处理30min，经过3道水浴清洗，55℃下干燥20min，获得具有聚多巴胺结合层的涤纶机织物；

步骤2：电导层生成：

a)银氨溶液的制备：将硝酸银溶解于水中，配制浓度为10g/l的硝酸银溶液，缓慢滴加4g/l浓度的氨水直至溶液变成澄清透明为止，在搅拌条件下加入1.25wt.％聚乙烯吡咯烷酮(分析纯，上海西宝生物科技有限公司)作为分散剂和稳定剂，将溶液ph值调节至11；

b)电导层生成：将步骤1获得的具有聚多巴胺结合层的涤纶机织物浸没在银氨溶液中使其反应30min，固液比为1:3，反应温度为20℃，再将与硝酸银溶液等体积的浓度为20g/l葡萄糖溶液缓慢滴加入银氨溶液中，至葡萄糖溶液完全加入结束后，在匀速搅拌下反应1h，随后取出涤纶机织物并进行1～3道水浴清洗，在室温下干燥20min，获得具有结合层和电导层的涤纶机织物；

步骤3：储电层生成：

a)储电聚合物溶液体系的制备：将聚吡咯(98％，中国医药集团上海化学试剂公司)溶解在三氯甲烷溶剂中，制备成15wt.％溶液，加入聚乙烯吡咯烷酮(pvp)(分析纯、上海西宝生物科技有限公司)作分散剂和稳定剂，其加入量为储电聚合物质量的1.50wt.％，而后在溶液中加入储电聚合物质量的0.5wt.％银纳米颗粒，室温30℃下超声分散5min；

b)储电层生成：将步骤2获得的具有结合层和电导层的涤纶机织物置于上述储电聚合物溶液体系中，固液比为1:2，涤纶机织物在处理浴中处理30min，反应温度为40℃而后经过轧辊脱去多余溶液，随后可选择性在室温下干燥20min，最终获得具有结合层、电导层和储电层的涤纶机织物材料；如图1所示，所述的涤纶机织物材料包括基底材料4以及依次形成于基底材料4上的结合层1、电导层2和储电层3，所述的涤纶机织物材料为一体式结构，多层膜结构厚度为20nm。

3x3cm²的涤纶机织物在高压电源所加电压为0kv，充电时间为20s，电容极板距离为20mm时，平均检测电压为1198v，所带电荷量为4.78x10^-10c，而当电压为5kv，充电时间为20s时，平均检测电压为5354v，所带电荷量为2.13x10^-9c，静电负载量提升了3.46倍；当电压为10kv时，充电时间为20s，平均检测电压为8416v，所带电荷量为3.36x10^-9c，静电负载量提升了6.03倍。

实施例2

本实施例提供了一种静电负载的具有结合层、电导层和储电层的银丝涤纶混纺机织物材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：结合层生成：

a)预清洗：将银丝涤纶混纺机织物在预清洗浴去离子水中进行3道清洗，除去其表面杂质，随后在室温下自然干燥10min；

b)多巴胺处理浴的制备：配制浓度为15mm三羟甲基氨基甲烷(tris-hcl)缓冲溶液，调节ph值至8.5；加入多巴胺盐酸盐搅拌溶解，配制浓度为3g/l多巴胺盐酸盐溶液处理浴；

c)结合层生成：将预清洗后的银丝涤纶混纺机织物以固液比1:3置于40℃的多巴胺盐酸盐溶液处理浴中，处理40min，经过3道水浴清洗，室温下干燥20min，获得具有聚多巴胺结合层的银丝涤纶混纺机织物；

步骤2：电导层生成：

b)银氨溶液的制备：将硝酸银溶解于水中，配制浓度为15g/l的硝酸银溶液，缓慢滴加5g/l浓度的氨水直至溶液变成澄清透明为止，在搅拌条件下加入2.0wt.％丙三醇作为分散稳定剂，将溶液ph值调节至12；

b)电导层生成：将步骤1获得的具有具有聚多巴胺结合层的平纹棉机织物浸没在银氨溶液中使其反应30min，固液比为1:4，反应温度为25℃，再与硝酸银溶液等体积的浓度为30g/l硼氢化钠溶液缓慢滴加入银氨溶液中，至硼氢化钠溶液完全加入结束后，在匀速搅拌下反应1h，随后取出平纹棉机织物并进行1～3道水浴清洗，在室温下干燥25min，获得具有结合层和电导层的银丝涤纶混纺机织物；

步骤3：储电层生成：

a)储电聚合物溶液体系的制备：将聚苯胺溶解在乙醇溶剂中，制备成20wt.％溶液，加入丙三醇作分散稳定剂，其加入量为储电聚合物质量的2.0wt.％，而后在溶液中加入储电聚合物质量的1.0wt.％铜纳米颗粒，室温30℃下超声分散3min；

b)储电层生成：将步骤2获得的具有结合层和电导层的银丝涤纶混纺机织物置于上述储电聚合物溶液体系中，固液比为1:3，银丝涤纶混纺机织物在处理浴中处理1h，反应温度为45℃而后经过轧辊脱去多余溶液，随后可选择性在室温下干燥25min，最终获得具有结合层、电导层和储电层的银丝涤纶混纺机织物材料。如图1所示，所述的涤纶机织物材料包括基底材料4以及依次形成于基底材料4上的结合层1、电导层2和储电层3，所述的银丝涤纶混纺机织物材料为一体式结构，多层膜结构厚度为10nm。

3x3cm²的银丝涤纶混纺机织物在高压电源所加电压为0kv，充电时间为20s，电容极板距离为20mm时，平均检测电压为413v，所带电荷量为1.65x10^-10c，而当高压电源所加电压为5kv，充电时间为20s时，平均检测电压为5578v，所带电荷量为2.22x10^-9c，静电负载量提升了12.45倍；当高压电源所加电压为10kv时，充电时间为20s，平均检测电压为9017v，所带电荷量为3.59x10^-9c静电负载量提升了20.76倍。