本发明属于纺织材料
技术领域：
，具体涉及一种层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料及其制备方法。
背景技术：
：mxene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物的二维纳米层状材料,具有类似石墨烯的二维结构,兼具良好的导电性和亲水性，具有体积容量高、稳定性好、亲水性好等优点，在环境治理、能源和复合材料领域具有广泛的应用前景。电磁屏蔽材料一直是军事领域和民用防护的重要材料，因此，将mxene材料用于电磁屏蔽纺织品中具有很好的市场前景。中国专利cn107938026a公开的一种mxene纤维及其制备方法，向二维层状mxene的n-甲基-2-吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙腈、碳酸丙烯酯或者水分散液中加入单层氧化石墨烯，然后将mxene-氧化石墨烯混合液通过纺丝头毛细管挤出后，进入氯化钙，氢氧化钠、硫酸钠、氯化钙液、硝酸钠、硝酸钙、磷酸钠、氯化铁水或水/乙醇或水/异丙醇或水/甲醇混合液凝固浴，得到mxene初生纤维，再将mxene初生纤维置于水合肼、硼氢化钠、氢溴酸、氢碘酸、溴化氢、醋酸、三氟乙酸还原剂中还原氧化石墨烯，洗涤干燥，得到mxene纤维，该方法中的二维层状mxene是采用hf溶液或者lif和hcl的混合溶液处理max原料，反应完全后加入去离子水离心洗涤至中性，溶液剥离后得到的；其中，max原料成分为mn+1xntx(n＝1-3)，m为ti、sc、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo中的一种或多种混合，x为c或n中的一种或两种混合，tx为mxene二维片层表面-oh、f、o等功能官能团。中国专利cn103992490b公开的芳纶纤维与环氧复合材料的制备方法及mxene改性处理液，将芳纶纤维分别浸泡在丙酮溶液和硝酸溶液中，进行表面预处理，然后将芳纶纤维浸泡在mxene改性处理液中，过滤后烘干，其中mxene改性处理液重包括mxene化合物、丙酮、去离子水、异氰酸酯、尿素和硝酸，最后将芳纶纤维与环氧树脂制成纤维板，然后采用模压固化方法使复合材料板固化成形。由上述现有技术可知，mxene化合物可以附着到纤维的表面，不仅提高纤维的导电性和机械性能，还可以提高与其他复合材料界面的强韧性能，还可增加复合材料的整体力学性能，在可穿戴智能服装、电磁屏蔽、吸波材料、复合材料等领域的应用。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料及其制备方法，本发明将含碳纳米管的聚丙烯酰胺和含mxene的聚(4-苯乙烯磺酸钠)分别喷涂于织物表面，通过分别高速旋转和热处理工艺，降低聚阳离子层和聚阴离子层的厚度，固化聚阳离子层和聚阴离子层的结合力，使制备的屏蔽面料的表面涂层柔性好，还具有一定的透明性，提高织物的色彩性，功能性与美观性俱佳。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，所述层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料包括聚阳离子层和聚阴离子层，所述聚阳离子层和聚阴离子层之间通过正反电荷自组装连接，所述聚阳离子层为含碳纳米管的聚丙烯酰胺，所述聚阴离子层为含mxene的聚(4-苯乙烯磺酸钠)。作为上述技术方案的优选，所述聚阳离子层和聚阴离子层的总层数为20-50层。本发明还提供所述的一种层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶；(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液；(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂步骤(1)制备的含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，高速旋转除去多余材料，热处理得到聚阳离子层，然后喷涂步骤(2)制备的含mxene的阴离子聚合物溶液，高速旋转除去多余材料，热处理得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1-1.5ml：0.01-0.02g:5g.作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，辐射交联的辐射剂量为15-20kgy。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为2-4wt％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为0.1-1wt％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，高速旋转的转速为3000-8000r/min，时间为30-90s。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，热处理的温度为70-90℃，时间为1-3min。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为5-10wt％。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明制备的层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料是利用阴离子聚合物和阳离子聚合物之间的正负电荷之间的结合力，使两种聚合物层之间自组装形成稳定且牢固的结合，且为了提高电磁屏蔽层的柔性和透明性，降低每层之间的厚度，通过高速旋转和热处理工艺，由于每个聚合物层通过高速旋转厚度降低，经热处理进一步降低聚阳离子层和聚阴离子层的厚度，而且固化聚阳离子层和聚阴离子层的结合力，两种处理工艺的效率高，因此可以通过重复喷涂工艺，使面料表层含有一定量的电磁屏蔽涂层，不仅赋予面料优良的电磁屏蔽性能，而且涂层柔性好，对面料的舒适性影响不大，还具有一定的透明性，可以保留织物的部分色彩和图案，使制备的电磁屏蔽面料的舒适性、功能性与美观性俱佳。(2)本发明的制备的层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料的涂层中的阴离子聚合物和阳离子聚合物中分别含有mxene和碳纳米管，mxene和碳纳米管分别为层状材料和管状材料，两者都具有优良的导电性，因此有利于进一步提高涂层的导电性能，两者的形态不同，有利于互相弥补，之间形成强烈的氢键和静电作用，进一步提高各层之间的集合紧密度，继而提高薄膜的柔韧性。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1：(1)按照丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1ml：0.01g:5g，将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，经辐射剂量为15kgy辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，其中含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为2-4wt％。(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液，其中含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为0.1wt％。(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，以3000r/min的转速高速旋转30s除去多余材料，在70℃下热处理1min，得到聚阳离子层，然后喷涂含mxene的阴离子聚合物溶液，以3000r/min的转速高速旋转30s除去多余材料，在70℃下热处理1min，得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，其中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为5wt％。实施例2：(1)按照丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1.5ml：0.02g:5g，将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，经辐射剂量为20kgy辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，其中含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为4wt％。(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液，其中含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为1wt％。(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，以8000r/min的转速高速旋转90s除去多余材料，在90℃下热处理3min，得到聚阳离子层，然后喷涂含mxene的阴离子聚合物溶液，以8000r/min的转速高速旋转90s除去多余材料，在90℃下热处理3min，得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，其中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为10wt％。实施例3：(1)按照丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1.2ml：0.013g:5g，将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，经辐射剂量为17kgy辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，其中含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为2.5wt％。(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液，其中含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为0.3wt％。(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，以5000r/min的转速高速旋转60s除去多余材料，在85℃下热处理2.5min，得到聚阳离子层，然后喷涂含mxene的阴离子聚合物溶液，以7500r/min的转速高速旋转45s除去多余材料，在75℃下热处理2.5min，得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，其中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为7wt％。实施例4：(1)按照丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1.4ml：0.016g:5g，将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，经辐射剂量为17kgy辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，其中含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为3.5wt％。(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液，其中含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为0.7wt％。(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，以7000r/min的转速高速旋转40s除去多余材料，在80℃下热处理2min，得到聚阳离子层，然后喷涂含mxene的阴离子聚合物溶液，以6500r/min的转速高速旋转65s除去多余材料，在75℃下热处理1.5min，得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，其中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为8wt％。实施例5：(1)按照丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1.2ml：0.016g:5g，将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，经辐射剂量为17kgy辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，其中含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为2.5wt％。(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液，其中含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为0.8wt％。(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，以7000r/min的转速高速旋转40s除去多余材料，90℃下热处理1min，得到聚阳离子层，然后喷涂含mxene的阴离子聚合物溶液，以8000r/min的转速高速旋转30s除去多余材料，在75℃下热处理3min，得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，其中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为6.5wt％。实施例6：(1)按照丙烯酸、硫酸铜和丙烯酰胺的用料比为1ml：.01-0.02g:5g，将碳纳米管、丙烯酸和无水硫酸铜加入水中，在室温下搅拌均匀，加入丙烯酸，继续搅拌，氮气除氧，经辐射剂量为15kgy辐射交联，得到含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，其中含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶中碳纳米管的含量为4wt％。(2)将mxene溶液中加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)阴离子聚合物，在室温下搅拌均匀，得到含mxene的阴离子聚合物溶液，其中含mxene的阴离子聚合物溶液中mxene的含量为0.1wt％。(3)将织物经低温等离子活化处理后，先喷涂含碳纳米管的阳离子聚合物水凝胶，以8000r/min的转速高速旋转30s除去多余材料，在90℃下热处理1min，得到聚阳离子层，然后喷涂含mxene的阴离子聚合物溶液，以8000r/min的转速高速旋转30s除去多余材料，在90℃下热处理1min，得到聚阴离子层，重复上述喷涂工艺，得到层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料，其中，层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料中聚阳离子层和聚阴离子层的总含量为8.2wt％。经检测，实施例1-6制备的层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料的层数、透光率、弹性、透气性和电磁屏蔽的结果如下所示：实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6层数205035403642透光率(％)674352504961回弹性(％)928390898684电磁屏蔽效能(db)313635323433透气性(m/(kpa·s))3.12.83.03.13.22.9由上表可见，本发明制备的层层自组装的mxene基柔性半透明电磁屏蔽面料的透光性好，透软透气，还具有优异的电磁屏蔽性能。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
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中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12