石墨烯织物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种织物的制备方法，特别是公开一种石墨烯织物的制备方法。
背景技术
随着人们消费水平的提高，单一整理的产品已经难以满足高端市场的需求，复合功能整理成为产品开发的新亮点，同时开发功能性纺织品是提升我国纺织品竞争力的重要途径。但目前织物的功能整理方法多以单一功能整理为主，因为各功能整理剂之间可能存在相互作用，导致整理剂同浴时相容性较差，且各种功能整理的工艺条件也不尽相同，故目前织物的多功能整理一般采用多次整理方法，不仅会造成工序复杂，成本增加，也难以获得良好的多功能效果。因此，开发生产工艺更为简单的多功能整理方法成为研究的热点。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是只有一个原子层厚度的新材料。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格构成，每个碳原子通过很强的σ键与其他3个碳原子相连接，这些C-C键使得石墨烯片层呈现出优异的结构刚性。氧化石墨烯是石墨粉末经过化学反应氧化剥落后的产物，层间含有大量的羟基和羧基活性基团。氧化石墨烯由两种区域构成：未被氧化的芳香区（sp2碳原子）和氧化对晶格破坏形成的脂肪六元环区（sp3碳原子），两者相对大小与氧化程度有关。石墨在氧化过程中，其底部和边缘最容易受到氧化，其氧化所形成的官能团不同，形成的氧化石墨烯的性质也有差别。氧化石墨烯上含氧基团的相互作用、酸碱性、氧化石墨烯结构的复杂性都与氧化石墨烯表面的化学基团有直接关系。因为氧化石墨烯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。
石墨烯具有优异的抗菌、抗静电、抗紫外、阻燃、防水和导热等功能，这些优异的性能使得石墨烯和氧化石墨烯在纺织领域得到广泛的应用。
现有石墨烯织物的制备方法通常是将石墨烯添加到纺丝液中制得含有石墨烯的功能纤维，或者采用后整理方法使石墨烯与纱线或者织物发生交联制得功能织物。前者制得的石墨烯织物耐洗性佳，但是仅限于制备合成纤维；后者制备方法简单，可适用不同材质的织物，但是耐洗性差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种制备过程简单、便于操作，制得的织物具有效果优良的抗菌、抗静电、抗紫外的石墨烯织物的制备方法。
本发明是这样实现的：一种石墨烯织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份，将0.5-1份的氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物、0.01-0.5份的阴离子表面活性剂、5-20份含氮化合物、5-10份水，在20-60℃、300-1000W功率下超声反应0.5-2h，得到均匀的混合溶液；
（2）将所述混合溶液置于光强度为80-120W/cm、波长为365nm的紫外光下照射5-20min，使氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物进行氮掺杂反应，然后，调节pH值至2-6，得到反应充分的混合液；
（3）将织物浸渍到所述反应充分的混合液中，浸渍温度为10-50℃，浸渍时间0.2-2h，然后将浸渍后的织物在40-100℃烘燥0.5-4h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；
（4）将所述覆盖氧化石墨烯衍生物的织物，浸渍到质量浓度为0.1-1%的还原剂溶液中进行还原，还原温度50-100℃，还原时间0.5-6h，最后水洗、烘干，得到成品织物。
所述氧化石墨烯衍生物为羧基化氧化石墨烯或磺酸基氧化石墨烯。
所述含氮化合物为尿素或氨水。
所述阴离子表面活性剂在烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基羧酸盐或烷基苯羧酸盐中任选一种。
所述还原剂在连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或葡萄糖中任选一种。
本发明的有益效果是：通过紫外光制备氮掺杂氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物混合液，再将织物浸渍混合液，然后在织物上将混合液还原，使织物表面形成氮掺杂石墨烯薄膜，获得具有抗菌性的氮掺杂石墨烯抗菌织物，由于氮掺杂氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物主要是在织物上进行还原，还原过程中石墨烯与织物紧密结合，避免了交联剂、粘合剂的使用，且织物整理后的耐洗性优良。
本发明方法制备过程简单、便于操作，对设备无特殊要求，利用常规染整设备就可进行大规模生产，应用广泛；本发明方法制得的织物具有效果优良的抗菌、抗静电、抗紫外等优点。
具体实施方式
本发明一种石墨烯织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份，将0.5-1份的氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物、0.01-0.5份的阴离子表面活性剂、5-20份含氮化合物、5-10份水，在20-60℃、300-1000W功率下超声反应0.5-2h，得到均匀的混合溶液；
所述氧化石墨烯衍生物为羧基化氧化石墨烯或磺酸基氧化石墨烯；所述含氮化合物为尿素或氨水；所述阴离子表面活性剂在烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基羧酸盐或烷基苯羧酸盐中任选一种。
（2）将所述混合溶液置于光强度为80-120W/cm、波长为365nm的紫外光下照射5-20min，使氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物进行氮掺杂反应，然后，调节pH值至2-6，得到反应充分的混合液；
（3）将织物浸渍到所述反应充分的混合液中，浸渍温度为10-50℃，浸渍时间0.2-2h，然后将浸渍后的织物在40-100℃烘燥0.5-4h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；
（4）将所述覆盖氧化石墨烯衍生物的织物，浸渍到质量浓度为0.1-1%的还原剂溶液中进行还原，还原温度50-100℃，还原时间0.5-6h，最后水洗、烘干，得到成品织物。所述还原剂在连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或葡萄糖中任选一种。
下面通过具体实施例对本发明作进一步阐述：
实施例一：
本实施例石墨烯织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份，将0.5份的氧化石墨烯、0.01份的烷基磺酸盐、15份氨水、5份水，在20℃、300W功率下超声反应1h，得到均匀的混合溶液。
（2）将所述混合溶液置于光强度为80W/cm、波长为365nm的紫外光下照射10min，使氧化石墨烯进行氮掺杂反应，然后，调节pH值至2，得到反应充分的混合液；
（3）将织物浸渍到所述反应充分的混合液中，浸渍温度为25℃，浸渍时间1h，然后将浸渍后的织物在50℃烘燥3h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；
（4）将所述覆盖氧化石墨烯衍生物的织物，浸渍到质量浓度为0.5%的连二亚硫酸钠中进行还原，还原温度50℃，还原时间3h，最后水洗、烘干，得到成品织物。
本实施例得到的石墨烯织物具有耐洗性优良的抗菌、阻燃、抗紫外和抗静电功能，实际效果数据见文末。
实施例二：
本实施例石墨烯织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份，将1份的羧基化氧化石墨烯、0.5份的烷基苯磺酸盐、20份尿素、10份水，在40℃、1000W功率下超声反应0.5h，得到均匀的混合溶液；
（2）将所述混合溶液置于光强度为100W/cm、波长为365nm的紫外光下照射5min，使氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物进行氮掺杂反应，然后，调节pH值至6，得到反应充分的混合液；
（3）将织物浸渍到所述反应充分的混合液中，浸渍温度为10℃，浸渍时间2h，然后将浸渍后的织物在40℃烘燥2h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；
（4）将所述覆盖氧化石墨烯衍生物的织物，浸渍到质量浓度为1%的亚硫酸氢钠中进行还原，还原温度100℃，还原时间0.5h，最后水洗、烘干，得到成品织物。
本实施例得到的石墨烯织物具有耐洗性优良的抗菌、阻燃、抗紫外和抗静电功能，实际效果数据见文末。
实施例三：
本实施例石墨烯织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份，将0.8份的磺酸基氧化石墨烯、0.2份的烷基羧酸盐、5份尿素、8份水，在60℃、600W功率下超声反应2h，得到均匀的混合溶液；
（2）将所述混合溶液置于光强度为120W/cm、波长为365nm的紫外光下照射20min，使氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物进行氮掺杂反应，然后，调节pH值至4，得到反应充分的混合液；
（3）将织物浸渍到所述反应充分的混合液中，浸渍温度为50℃，浸渍时间0.2h，然后将浸渍后的织物在100℃烘燥0.5h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；
（4）将所述覆盖氧化石墨烯衍生物的织物，浸渍到质量浓度为0.1%的葡萄糖中进行还原，还原温度80℃，还原时间0.5h，最后水洗、烘干，得到成品织物。
本实施例得到的石墨烯织物具有耐洗性优良的抗菌、阻燃、抗紫外和抗静电功能，实际效果数据见文末。
实施例四：
本实施例石墨烯织物的制备方法，包括如下步骤：
（1）按质量份，将0.6份的氧化石墨烯或其衍生物、0.5份的十二烷基磺酸钠、18份尿素、6份水，在45℃、700W功率下超声反应1h，得到均匀的混合溶液；
（2）将所述混合溶液置于光强度为85W/cm、波长为365nm的紫外光下照射10min，使氧化石墨烯或氧化石墨烯衍生物进行氮掺杂反应，然后，调节pH值至3.5，得到反应充分的混合液；
（3）将织物浸渍到所述反应充分的混合液中，浸渍温度为60℃，浸渍时间0.2h，然后将浸渍后的织物在80℃烘燥1h，得到覆盖氧化石墨烯衍生物的织物；
（4）将所述覆盖氧化石墨烯衍生物的织物，浸渍到质量浓度为0.5%的水合肼溶液中进行还原，还原温度80℃，还原时间2h，最后水洗、烘干，得到成品织物。
本实施例得到的石墨烯织物具有耐洗性优良的抗菌、阻燃、抗紫外和抗静电功能，实际效果数据见文末。
各个实施例得到的石墨烯织物数据对比如下：
本发明方法制备过程简单、便于操作，对设备无特殊要求，利用常规染整设备就可进行大规模生产，应用广泛；本发明方法制得的织物具有效果优良的抗菌、抗静电、抗紫外等优点。
