如何将石墨烯、氧化石墨烯应用在纺织品的功能整理中?
发表时间:2018-06-08     发表评论

  石墨烯具有优异的力学性能、导热性能、阻隔性能和极高的电子迁移率等特点;氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,具有活性基团和水溶性,所以其反应活性更强,在某些特殊条件下应用比石墨烯更加便捷;两者依靠其突出特性在石墨烯纤维、石墨烯复合纤维、功能整理和染料吸附等纺织领域得到了广泛的应用,针对功能整理则主要体现在抗菌、抗静电、抗紫外线、阻燃、防水、导热等方面。

  

 

   

  1、抗菌功能

  石墨烯对细胞有较强的细胞毒性,其可以直接接触细菌的细胞膜并使其分解,氧化石墨烯的抗菌机理是细胞膜和氧化应激共同作用。Krishnamoorthy等利用氧化石墨烯纳米结构涂覆在棉织物表面进行整理,并对其进行检测,结果表明,改性后的织物具有更高的热稳定性,而且对革兰氏阳性菌有较大的毒性。樊春海等采用吸附法、辐射交联法和化学交联法等3种方法将氧化石墨烯应用到棉织物上,试验表明,这些织物具有很强的抗菌性能,能杀死98%的细菌,并且耐洗性好。苗广远等先将氧化石墨烯与棉纤维稳固结合,然后化学还原氧化石墨烯,发现处理后的织物具有一定的抗菌性能。

  

 

  石墨烯破坏细菌细胞膜过程的计算机模拟图

  2、抗静电功能

  石墨烯具有超高的导电性,将石墨烯整理到织物表面,可以在织物表面形成导电层,起到抗静电或者导电的作用。尚颂民等将制备的纳米石墨烯用湿涂层的方法涂覆在棉织物上,石墨烯在棉织物表面均匀分布并且通过氢键与棉纤维相互作用,其热稳定性和力学性能也显著提高,拉伸应力和杨氏模量分别提高了58.9%和64.1%,而且其导电性能很强。刑铁玲等采用环保型干法涂料成功地制备了大尺寸、功能性石墨烯基真丝织物;将高浓度氧化石墨烯溶胶直接涂在丝织物上然后用抗坏血酸还原,还原氧化石墨烯均匀地沉积在织物表面,同时赋予织物优良的阻燃性能和高导电性。苗广远等用保险粉将浸轧到棉织物上的氧化石墨烯进行还原,使其成为还原氧化石墨烯,处理后的棉织物具有一定的抗静电性。

  

 

  (a)未经整理的棉织物与氧化石墨烯涂层棉织物(b)氧化石墨烯涂层棉织物电镜图

  3、抗紫外线功能

  抗紫外线有两种方法:吸收紫外线或者反射紫外线。石墨烯可以吸收一定的紫外线,可在纺织品整理中作为紫外线吸收剂或者辅助使用。胡希丽等以石墨烯纳米片作为紫外线吸收剂,水溶性聚氨酯为黏合剂,对棉织物进行涂层整理,发现处理后棉织物的UPF值达到356.74,是未处理织物的10倍。田明伟等通过静电层层自组装的方式使氧化石墨烯和壳聚糖的复合物对棉纤维进行处理,处理后的棉织物具有优良的耐洗性能,并且其UPF值高达452。

  

 

  石墨烯、氧化石墨烯的结构示意图

  4、阻燃功能

  石墨烯具有很高的热稳定性,氧化石墨烯燃烧后会在织物表面形成一层致密的炭层,阻隔空气和纤维的接触,起到阻燃的作用。一般应用时在氧化石墨烯的表面接枝阻燃剂协同阻燃,增强阻燃性能。许佳等将制备的氧化石墨烯与乙醇胺反应进行表面改性,随后再与六氯环三磷腈(HCCP)进行接枝反应,将接枝后的氧化石墨烯通过浸渍-烘干法对棉纤维进行处理;阻燃测试分析表明,处理过的棉织物在600℃时其成碳量增加18.9%,燃烧后的炭渣包覆和融合在纤维表面,达到了阻燃的目的。Some等将多聚磷酸和磷酸加入到氧化石墨烯溶液中并加入NaOH溶液调节pH值至5左右,制备出磷掺杂氧化石墨烯,将其涂覆在布样上,处理后的织物在从冒烟开始120s内没有起火,仅略微收缩,未处理布样5s内起火,25s内燃尽。

  

 

  5、防水功能

  石墨烯本身就具有高度的疏水性,在氧化石墨烯表面接枝一些疏水剂来增加其表面粗糙性,可降低其表面能,增加水在氧化石墨烯表面的接触角,从而使氧化石墨烯获得优异的疏水性能。Tissera等利用浸渍-烘干的方法将氧化石墨烯接枝到棉织物上,由于氧化石墨烯具有两亲性,降低了棉织物的表面能,与水的最大接触角达到143°,达到疏水的效果。Shateri-Khalilabad等将氧化石墨烯用浸-轧-烘的方法整理到棉织物上,用抗坏血酸还原织物表面的氧化石墨烯,再将织物与甲基三氯硅氧烷进行反应,在织物表面形成丝状的聚甲基硅氧烷(PMS),整理后织物具有超疏水性,与水的接触角达163°。

  

 

  (a)普通棉织物(b)石墨烯整理棉织物(c)石墨烯-PMS整理棉织物防水性能对比

  

 

  6、导热功能

  石墨烯具有优异的导热性能,导热过程主要是其晶格振动引起的。将石墨烯与电子应用相结合,可以起到很好的保暖作用。Abbas等将石墨烯、碳纳米管、细的氮化硼颗粒分别结合树脂应用到棉织物上,石墨烯整理的织物导热性能最好,相对于纯棉布,其导热性能提升了8倍多。Gunasekera等将棉织物反复浸渍、烘干,至氧化石墨烯分散液被完全吸收,然后还原棉织物上的氧化石墨烯,制备出石墨烯涂层织物,整理后的织物相比于未整理织物的导热性能提升了55%。

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稿件来源:纺织导报
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