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石墨烯材料在纺织领域的研究

分类:
科技资讯
来源:
石墨烯研究院
2020-08-03
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  近年来,人们对纺织品的需求不仅局限于日常穿着以及家居装饰的应用,对纺织品的功能性方面也提出了更高的要求,纺织品除了满足在使用期间内的普通价值外,还要具备导电、抗紫外、阻燃、疏水、保健等一种或多种功能。其中,石墨烯材料由于具有优异的电学、光学、热学和力学性能,因而在纺织领域中应用广泛。

  石墨烯材料在纺织领域的应用

  具有相似的二维结构,氧化石墨烯的表面含有一定数量的羟基、羧基、羰基以及环氧基等官能团,因而相对于石墨烯,其具有更好的水溶性和分散性,能够与其他活性基团进行反应,因此也被称作功能化的石墨烯。目前将石墨烯材料制作成纤维状、织物类块状、非织造材料以期发挥出优异的性能引起了国内外研究者的广泛关注。

  01-导电石墨烯织物

  石墨烯是目前已知的电阻率最小的材料,故将其结合到织物表面可以赋予织物优异的导电性能,可用于柔性可穿戴电子产品中。但是石墨烯跟织物基体的结合力较差,物理牢度不高,为了改善石墨烯与织物之间的结合力,研究人员采用碱溶液处理织物使其产生部分剥皮现象,然后进行超临界二氧化碳处理以增加织物表面的粗糙度,上述预处理后的织物能够使石墨烯浆料进入织物的内部和溶胀的空隙中,使石墨烯导电织物的功能特性更持久。

  02-阻燃石墨烯织物

  石墨烯由于独特的单原子二维片层结构,比表面积大,可在高分子材料中平面覆盖和层层叠加,形成致密的物理隔热层,起到物理隔绝作用,提高高分子材料阻燃性。将石墨烯溶液与无机盐水溶液通过分子组装形成复配体系的阻燃剂,再加入粘结剂得到阻燃整理液后,负载于织物上即得到难燃高分子材料,其极限氧指数在38%~52%之间,远优于目前阻燃剂的性能。

  03-抗菌石墨烯织物

  石墨烯可以通过接触细菌的细胞膜使其分解而实现抗菌功能。将石墨烯分散液与水性高分子树脂乳液、发泡剂等混合制得石墨烯泡沫分散体并用其整理羊绒纺织品,能在不影响羊绒制品独特的柔软、蓬松和回弹手感情况下,赋予其优异的抗菌、保暖等功能。

  04-抗紫外线石墨烯织物

  石墨烯能够吸收波长小于281nm的紫外线和反射波长大于281nm的长波紫外线,故可以作为制备抗紫外织物的整理剂。研究人员通过层层静电组装的方式使氧化石墨烯和壳聚糖的复合物沉积到棉上,使其具有优良的耐洗性能,且其UPF值高达452。可见,石墨烯是一种极好的用于纺织品抗紫外处理的整理剂。

  05-疏水石墨烯织物

  石墨烯具有较强的疏水能力,将其沉积到织物表面可以降低织物表面的自由能,从而制备具有疏水功能的织物。利用含S-H基的硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行表面改性后,将改性氧化石墨烯和端乙烯基聚二甲基硅氧烷、交联剂和光引发剂搅拌后,采用浸涂法将织物浸泡在混合溶液中,通过紫外光照射,使附着在织物上的改性氧化石墨烯上的S-H基与端乙烯基聚二甲基硅氧烷上的C=C双键发生巯烯反应形成化学交联层,制得石墨烯基超疏水织物,所制备的织物表面水滴静态接触角大于150°,且涂层与织物表面的附着力高。

  总结与展望

  石墨烯材料由于其独特的性能,其对纤维、织物以及非织造布的功能改性已经取得一定进展,但仍然面临着一些问题,如石墨烯的生产成本高,石墨烯纤维的制备工艺复杂,实现连续规模化生产还有一定难度,石墨烯材料在基材上的吸附量低,无法充分发挥其功能性等。然而,石墨烯材料在纺织领域广阔的应用前景是毋庸置疑的,随着对石墨烯材料研究的日益深入,以期能研制出越来越多性能优异的石墨烯智能纺织材料。

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