亲水性磺化石墨烯的制备及其在涤纶上的应用

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涤纶纤维在纺织领域应用广泛,由于涤纶结晶度高,分子链段上不含亲水性基团,导致其吸湿性极差,在干燥的环境中易产生静电现象。静电的存在严重影响织物的正常使用,甚至还可影响到人体健康,除此之外静电还可将空气中的细菌灰尘吸附到服装上,从而污染人体赖以生存的微环境。石墨烯材料具有高导电的特性,因此以石墨烯材料为基础开发一种具有优良抗静电性能并兼具一定抗菌性能的新材料应用于解决涤纶纺织品上述问题具有十分重要的意义。本文主要研究工作及结果如下:(1)亲水性磺化石墨烯的制备。首先采用改性Hummers制备氧化石墨烯,然后通过硼氢化钠预还原、对氨基苯磺酸接枝改性、超声处理、连二亚硫酸钠二次还原制备水分散性能优异的磺化石墨烯。XRD、Raman、EDS、XPS测试结果表明对氨基苯磺酸成功的接枝到了石墨烯的片层结构上。SEM和TEM测试结果表明所制备的磺化石墨烯为不规则的片状结构。磺化石墨烯合成工艺优化实验表明当对氨基苯磺酸的质量与氧化石墨烯的质量为1:1,连二亚硫酸钠二次还原时间为60 min时所制备的磺化石墨烯抗静电性能最佳。(2)磺化石墨烯对涤纶织物的整理工艺优化及其抗静电性能评估。以抗静电性能为指标,通过对磺化石墨烯整理剂用量、焙烘温度、粘合剂种类、粘合剂用量、粘合剂加入方式等工艺条件进行优化并对整理后的涤纶织物的基本服用性能进行测试。工艺优化实验结果表明:最佳磺化石墨烯整理剂用量为0.5 mg/mL;最佳焙烘温度为1050C;最佳粘合剂为超级柔软粘合剂101;最佳粘合剂加入方式为粘合剂与磺化石墨烯混合后进行整理;粘合剂最佳用量为20 g/L。涤纶织物的服用性能测试结果表明粘合剂的加入有助于提高整理后织物的拉伸断裂强力,耐摩擦性能及抗静电耐水洗性能。(3)纳米Ag的引入及抗静电、抗菌性能测试及抗菌机理研究。基于同时提高材料抗菌性能的目的,本文通过纳米Ag的引入制备了 Ag/磺化石墨烯,并对其整理后的涤纶进行抗静电、抗菌性能检测。UV-vis、EDX、TEM测试结果表明,成功制备了 Ag/磺化石墨烯。抗静电测试结果表明纳米Ag的引入有助于提高涤纶织物的抗静电性能。抗菌测试结果表明引入纳米Ag极大的提高了材料的抗菌性能,其中抑菌率测试结果表明Ag/磺化石墨烯的抑菌率高达99.9%。抗菌机理初步研究表明,材料的抗菌性是石墨烯片层结构对细菌的“切割”作用和纳米Ag共同作用的结果。综上所述,本文制备了亲水性磺化石墨烯,并用于涤纶织物的功能整理,整理后的织物具有良好的抗静电性能,通过纳米Ag的引入不仅提高了整理后织物的抗静电性而且极大地提高了织物的抗菌性。本课题开发了一种多功能涤纶纺织品,解决了干燥环境下涤纶织物易产生静电以及因此引发的细菌滋生问题,有利于提升纺织产品附加值和市场竞争力。
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