一种石墨烯基洗脸巾的导电功能化方法与应用

技术领域

本发明属于功能和智能纺织品技术领域，特别涉及一种石墨烯基洗脸巾的导电功能化方法与应用。

背景技术

粘胶是日常生活中非常常见人造纤维，织造所得的织物具有很多优良的性能，吸湿性好，易于染色，不易起球。但粘胶几乎不具备导电性能，所以限制了其更广阔的使用环境。可以通过研究对生物质洗脸巾进行功能化改性从而使其具有其他特殊性能以适应各种不同的应用场景，增加其附加值，满足市场的多元化需求。

导电粘胶纤维的制备通常是将导电物加入纺丝液中，使粘胶纤维具有导电性能，例如；CN201510567209.0导电聚合物/粘胶杂化纤维及其制备方法，其缺点是导电聚合物的合成较繁琐，同时将导电聚合物与纺丝液共混在一定程度上降低了粘胶纤维的吸湿能力。另一种通过对粘胶纤维大分子导电改性通常是在粘胶纤维大分子进行交联接枝，例如CN201710299224.0一种抗静电粘胶纤维无纺布，此方法步骤多，制作繁琐，且由于其亲水链段较短，对生物质洗脸巾的导电持久性提高有限，有待进一步提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯基洗脸巾的导电功能化方法与应用，以解决现有技术中粘胶纤维导电功能化改性步骤多，合成及制作过程繁琐且导电性不佳的问题。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种石墨烯基洗脸巾的导电功能化方法，包括以下步骤：

步骤1、选择废弃的洗脸巾，并对其进行前处理去除表面杂质；

步骤2、准备氧化石墨烯导电材料；这里的氧化石墨烯可以为自制或者直接购买获得。

步骤3、将步骤2的氧化石墨烯材料通过多次的浸渍使其均匀的附在生物质洗脸巾上，并且进行烘干处理；重复上述过程一至多次；并通过水合肼蒸汽还原为石墨烯/生物质洗脸巾。

优选的，所述前处理为将洗脸巾进行水浴，并控制调整水浴的pH值、温度、时间、碱含量。

优选的，所述步骤3重复3-20次。

优选的，所述导体至少包括导电银胶、铝箔或铜导线。

优选的，所述氧化石墨烯采用Hummers法制备获得。步骤3中氧化石墨烯渍次数越多可使织物的导电性能越好。

优选的，所述洗脸巾的基材包括但不限于天然棉纤维、棉纤维或棉短绒。

优选的，所述步骤3还包括对浸渍后的洗脸巾进行热压的步骤。

优选的，所述浸渍后的洗脸巾采用电熨斗进行热压。热压的温度和时间可跟据材料进行选择，其选择的原则为织物外表面可致其到熔融状态，石墨烯材料导电性则不会受到热压影响，从而织物熔融部分可将石墨烯材料包嵌在一起，提高RGO在织物的牢固度，甚至是还原程度，提高其导电性能、耐水洗性能等性能，增强实用价值。

优选的，所述热压的温度为80℃-300℃，时间为1s-3min。

根据本发明的另一个方面，提供一种石墨烯基洗脸巾的应用，将上述方法制备的石墨烯基洗脸巾应用在柔性可穿戴式的传感器中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)该方法步骤流程少，简单便于实施，且制备得到的石墨烯基洗脸巾导电性能优良。

(2)以简单的涂层方法实现，生产成本低，生态环保，功能多样，应用前景良好。

(3)洗脸巾的各项物理性能良好,所用原料较为安全，操作简单，通过对生物质洗脸巾进行功能化改性从而使其具有其他特殊性能以适应各种不同的应用场景，增加其附加值，满足市场的多元化需求。

(4)有利于在人体健康监测、军事和民用电磁屏蔽防护、火灾报警以及柔性电子领域广泛应用。

附图说明

图1为实施例的石墨烯基洗脸巾的导电功能化方法的过程示意图。

图2为实施例的采用本发明方法制备的试样的SEM图。

图3为实施例的试样经过热压后的SEM图；

图4为实施例的试样在热压前后的电阻变化柱状图；

图5为实施例的试样经过水洗后的SEM图；

图6为实施例的制备的试样的电阻与织物长度的关系图。

图7为采用本发明方法制备的试样，在不同浸渍次数下，不同电流下的热成像图变化示意图；

图8为实施例的经过不同次数浸渍制备的试样的电阻变化率曲线图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过各参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种石墨烯基洗脸巾的导电功能化方法，其包括以下步骤：

步骤1、选择废弃的洗脸巾，并对其进行前处理去除表面杂质；该步骤中，通过对洗脸巾进行水浴，并控制水浴的pH值、温度、时间、碱含量等参数，直至将洗脸巾的表面清理干净。需要说明的是，洗脸巾可以为采用天然棉纤维、棉纤维或棉短绒等基材制备而成。

步骤2、准备氧化石墨烯导电材料；这里的氧化石墨烯可以为采用Hummers法自制或者直接购买获得。

步骤3、将步骤2的氧化石墨烯材料通过多次的浸渍使其均匀的附在洗脸巾上，并且进行烘干处理，通过多次浸渍使得洗脸巾的导电性能进一步提升；重复上述过程一至多次；并通过水合肼蒸汽还原为石墨烯基洗脸巾；

在此步骤中，还可以对还原处理后的石墨烯基洗脸巾进行热压，热压过程优选采用电熨斗，热压温度为80℃-300℃，时间为1s-3min。具体的，可根据材料进行灵活调整，以洗脸巾外表熔融状态，可以将石墨烯材料包嵌在一起为佳。

步骤4、根据需要实现的导电效果和工作电流选择，设计对应的电路，在织物上设置至少两个电极，两个电极能够通过导电银胶、铝箔或铜导线等导体与外接电流源和电压测量仪器连接形成回路，实现石墨烯基洗脸巾上的电流流通。

实施例1

选择废弃的一次性洗脸巾，对其进行前处理，主要目的是去除纱线织造时加入的浆料或者油剂，以及尘埃。前处理过程具体为：将一次性洗脸巾放入容器中，采用碱处理，pH值为8，温度100℃，时间为30min。然后将通过Hummers法制备得到浓度为4mg/ml氧化石墨烯溶液，将经过前处理的一次性洗脸巾在氧化石墨烯溶液中浸渍5次后取出烘干，此过程重复9次；然后采用电熨斗加热80℃-300℃的条件下热压1s-50min。结束后，选择一个盛有水合肼溶液的容器，将烘干的试样放入容器中并使其位于水合肼溶液上方；随后用锡箔纸将容器口遮住，并用胶带固定好；之后放入烘箱中用95℃的高温进行热烘，目的是让容器内的水合肼蒸发形成水合肼蒸汽后还原复合织物表面的氧化石墨烯，使其还原为石墨烯；2h后取出并等待水合肼蒸汽经排气后消散，取出样品即为石墨烯基洗脸巾，并在去离子水中清洗后烘干即可。此时可在洗脸巾表面形成石墨烯涂层，以达到赋予粘胶纤维导电性能的目的。

图2示出了采用实施例1所制备的石墨烯基洗脸巾的扫描电子显微镜图像，整体上纤维稍有收紧，且可以明显看到纤维表面有RGO附着，呈颗粒块状或片状。

图3示出了实施例1热压石墨烯基洗脸巾的SEM图，石墨烯基洗脸巾整体上纤维更加紧凑，且纤维表面的石墨烯受到热压处理后片状或是呈膜状粘附在上面，表明氧化石墨烯与纤维具有良好的界面相互作用。

图4示出了为实施例1热压石墨烯基洗脸巾热压前后电阻变化柱状图，说明在一定的热压下，石墨烯基洗脸巾的电阻变化会有一定的改善。

图5示出了实施例1热压石墨烯基洗脸巾的水洗后SEM图，纤维受到洗涤作用，表面涂层遭到破坏。

实施例2

选择废弃的一次性洗脸巾，对其进行前处理，主要目的是去除纱线织造时加入的浆料或者油剂，以及尘埃。前处理过程具体为：将一次性洗脸巾放入容器中，采用碱处理，pH值为7，温度90℃，时间为40min。然后将通过Hummers法制备得到浓度为5mg/ml氧化石墨烯溶液，将经过前处理的一次性洗脸巾在氧化石墨烯溶液中浸渍10次后取出烘干，此过程重复6次；结束后，选择一个盛有水合肼溶液的容器，将烘干的试样放入容器中并使其位于水合肼溶液上方；随后用锡箔纸将容器口遮住，并用胶带固定好；之后放入烘箱中用90℃的高温进行热烘，目的是让容器内的水合肼蒸发形成水合肼蒸汽后还原复合织物表面的氧化石墨烯，使其还原为石墨烯；2.5h后取出并等待水合肼蒸汽经排气后消散，取出样品即为石墨烯基洗脸巾，并在去离子水中清洗后烘干即可。此时可在洗脸巾表面形成石墨烯涂层，以达到赋予粘胶纤维导电性能的目的。

实施例3

选择废弃的一次性洗脸巾，对其进行前处理，主要目的是去除纱线织造时加入的浆料或者油剂，以及尘埃。前处理过程具体为：将一次性洗脸巾放入容器中，采用碱处理，pH值为6.5，温度80℃，时间为50min。然后将通过Hummers法制备得到浓度为6mg/ml氧化石墨烯溶液，将经过前处理的一次性洗脸巾在氧化石墨烯溶液中浸渍15次后取出烘干，此过程重复3次；结束后，选择一个盛有水合肼溶液的容器，将烘干的试样放入容器中并使其位于水合肼溶液上方；随后用锡箔纸将容器口遮住，并用胶带固定好；之后放入烘箱中用80℃的高温进行热烘，目的是让容器内的水合肼蒸发形成水合肼蒸汽后还原复合织物表面的氧化石墨烯，使其还原为石墨烯；3h后取出并等待水合肼蒸汽经排气后消散，取出样品即为石墨烯基洗脸巾，并在去离子水中清洗后烘干即可。此时可在洗脸巾表面形成石墨烯涂层，以达到赋予粘胶纤维导电性能的目的。

图6示出了上述各实施例所制备的试样的电阻与织物长度的关系图，随着RGO涂覆次数的增加，织物表面的导电性增大，电阻减小。且随着测量长度的增加，其电阻都会有明显的增加。

图7示出了在不同浸渍次数下，不同电流下的热成像图变化示意图，随着洗脸巾在氧化石墨烯中浸渍次数的增加，有效受热面积减小，最高温度也会下降。

图8示出了各实施例所制备试样的电阻变化率曲线，随着洗涤次数的增加，其整体的电阻变化率也会增加，其中RGO-5由洗涤三次的最大电阻变化率3.8增加到洗涤9次时的9.4，RGO-10由洗涤3次的最大电阻变化率2.6增加到洗涤9次时的5.8，而RGO-15由1增加到2.2，这也可以看出随着涂覆RGO的次数增加，其电阻变化的幅度会下降。

通过上述各实施例所制备的石墨烯基洗脸巾可以应用在各种柔性可穿戴式的传感器。使用时，根据需要实现的导电效果和工作电流选择设计对应的电路，在墨烯基洗脸巾上设置至少两个电极，两个电极能够通过导体与外接电流源和电压测量仪器连接形成回路，实现石墨烯/生物质洗脸巾上的电流流通。从而在人体健康监测、军事和民用电磁屏蔽防护、火灾报警以及柔性电子领域实现广泛应用。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。