石墨烯導電蓄熱面料的整理工藝

馬正宏，王正球

[東麗酒伊織染（南通）有限公司，江蘇 南通 226007]

涂層整理可以豐富面料的功能性，在原有普通涂層面料的基礎(chǔ)上增加高導電及蓄熱功能，可以運用于戶外領(lǐng)域，應(yīng)對干燥、寒冷等惡劣的戶外運動氣候。同時，石墨烯的遠紅外蓄熱性可以抵御冬天的寒冷，可以利用自身的遠紅外持續(xù)循環(huán)。石墨烯材質(zhì)可以吸收人體釋放的輻射熱，并進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換釋放出熱量。但是，由于石墨烯層間存在較強的范德華力，石墨烯在普通有機溶劑中分散性差，進而影響石墨烯在復合物基材中的相容性和分散性，影響膠水的性能。為了解決石墨烯在復合物基材中的相容性和分散性問題，本研究通過石墨烯涂層水溶性乳液的制備，增強其與聚合物的相容性。其中，石墨烯涂層膠水的組分配比參照以下質(zhì)量份數(shù)：水性脂肪族聚氨酯乳液70～80份，水性石墨烯乳液20～30份，交聯(lián)劑5～10份，水5～10份，丙烯酸鹽聚合物1～3份。其中，水性脂肪族聚氨酯乳液的含固量為50%，石墨烯質(zhì)量分數(shù)為30%～50%。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

織物：100%滌綸梭織面料，克重分別為30、160、250 g/m2。

助劑：水性脂肪族聚氨酯乳液（FS8008）、交聯(lián)劑（DF810）、丙烯酸鹽聚合物（HP10），來自遼寧恒星化學品有限公司；水性石墨烯乳液（GF017），來自江蘇長江新材料有限公司；水（H2O）。

儀器：摩擦帶電壓測試儀（EC-3N2053）、半衰期測試儀（H-0110，INTEC Co. Ltd.）；蓄熱測試儀（PRF500W/D，燈管功率為500 W）；溫度傳感器。

1.2 整理方法

工藝流程：精煉—預定型—染色—水洗干燥—浸軋樹脂—焙烘—壓光—涂層—整理定型。

1.2.1 石墨烯水溶性劑制備

石墨烯涂層膠是通過在水性涂層材料中加入一定量的水性石墨烯乳液，采取高速攪拌的方式制備出石墨烯涂層膠。具體制備過程：邊攪拌邊依次加入水性脂肪族聚氨酯乳液、水性石墨烯乳液、交聯(lián)劑、水、丙烯酸酯聚合物，攪拌速度為500～700 r/min，攪拌時間為25～30 min，復配制成石墨烯涂層膠[1]。

1.2.2 面料表面防潑水處理

涂層面料表面防潑水處理的工藝如下：防水劑質(zhì)量濃度為40.0～80.0 g/L不含氟元素；經(jīng)過2浸1軋后，面料的帶液量為50%～70%，防水處理的烘干溫度為120～140 ℃，烘干時間為2～4 min；焙烘溫度為160～180 ℃，焙烘時間為40～60 s；防潑水性能在90分以上，洗滌5回后，防潑水性能在80分以上。

1.2.3 精煉

采用質(zhì)量濃度為20.0～30.0 g/L的燒堿、質(zhì)量濃度為2.0～5.0 g/L的表面活性劑、質(zhì)量濃度為0.5～2.0 g/L的螯合分散劑，在95 ℃環(huán)境下熱處理后，再在70～80 ℃條件下充分水洗。

1.2.4 預定型

將烘干后的織物放在定型機上進行預定型，焙烘溫度為160～180 ℃，焙烘時間為40～50 s。

1.2.5 染色

將經(jīng)過預處理的織物放在染色機中進行染色，采用質(zhì)量濃度為0.5～2.0 g/L的浴中柔軟劑、質(zhì)量濃度為0.5～2.0 g/L的分散劑、質(zhì)量濃度為1.5～3.0 g/L的酸、質(zhì)量濃度為1.5～3.0 g/L的滲透劑，加入染料，在130～135 ℃下均勻染色，保溫時間為30～50 min，然后采用質(zhì)量濃度為0.5～3.0 g/L的還原清洗劑、質(zhì)量濃度為1.0～2.0 g/L的皂洗劑，在70～80 ℃環(huán)境下充分還原清洗。

1.2.6 水洗干燥

在70～80 ℃下，連續(xù)用溫水水洗，將車速控制在40～60 m/min。首先，將織物經(jīng)過紅外線加熱板預烘，烘干時間為5～8 s；其次，通過滾筒烘干，滾筒表面溫度為110～120 ℃，烘干時間為50～60 s。

1.2.7 浸軋樹脂

將織物浸泡在樹脂液中2～6 s之后，通過尼龍壓輥進行軋壓，軋輥壓力為0.3～0.4 MPa，對不同織物的軋余率為35%～70%，采用質(zhì)量濃度為40.0～80.0 g/L的防水劑，其中不含氟元素。經(jīng)過2浸1軋后，面料的帶液量為50%～70%，防水處理的烘干溫度為120～140 ℃，烘干時間為2～4 min；焙烘溫度為160～180 ℃，烘干時間為40～60 s；防潑水性能在90分以上，洗滌5回后的防潑水性能在80分以上。

1.2.8 焙烘

將烘干后的織物放在定型機上進行焙烘，焙烘溫度為160～180 ℃，焙烘時間為40～60 s。

1.2.9 壓光

采用兩輥壓光機，壓光溫度為160～170 ℃，車速為30～40 m/min，壓力為50～60 kgf（1 kgf≈9.8 N），對織物反面進行壓光處理。

1.2.10 涂層

采用的石墨烯涂層膠的組分配比參照以下質(zhì)量份數(shù)：水性脂肪族聚氨酯乳液70～80份，水性石墨烯乳液20～30份，交聯(lián)劑5～10份，水5～10份，丙烯酸鹽聚合物1～3份。其中，水性脂肪族聚氨酯乳液的含固量為50%，石墨烯質(zhì)量分數(shù)為30%～50%，膠黏度為8 000～15 000 mPa·s，通過在水性涂層材料中加入一定量的水性石墨烯乳液，采取高速攪拌的方式制備出石墨烯涂層膠；使用圓口的涂層刮刀，對運行中的面料涂附一定量的膠，再通過烘箱干燥，使面料和石墨烯涂層膠相結(jié)合[2-3]。

1.2.11 整理定型

將烘干后的織物放在定型機上進行焙烘，焙烘溫度為160～170 ℃，焙烘時間為40～50 s。

1.3 性能測試

1.3.1 導電性

按標準JIS L 1094—2014測定摩擦帶電壓。

1.3.2 蓄熱性

按標準GB/T 18319—2001測定。具體方法如下：將設(shè)備調(diào)溫至50 ℃預置1 h，將需測試的織物放在溫度為20 ℃、濕度為65%的環(huán)境中調(diào)濕12 h，然后進行溫差測試；將面料放在溫度為20 ℃、濕度為65%的環(huán)境中調(diào)濕12 h，設(shè)備預熱1 h。

1.3.3 抗菌性

采用標準GB/T 20944.3—2008中的振蕩法，按照家用雙桶洗衣機洗滌方法洗滌50次。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層膠水中石墨烯質(zhì)量分數(shù)對織物性能的影響

參考1.2，使用不同石墨烯質(zhì)量分數(shù)、上膠量為15 g的涂層膠水對織物進行處理。

涂層膠水中石墨烯質(zhì)量分數(shù)對織物性能的影響如表1所示。由表1可知，涂層膠水中的石墨烯質(zhì)量分數(shù)在30%～50%的情況下，摩擦帶電壓及蓄熱性達到理想狀態(tài)。

表1 涂層膠水中石墨烯質(zhì)量分數(shù)對織物性能的影響

2.2 石墨烯質(zhì)量分數(shù)為30%時涂層膠上膠量對織物性能的影響

涂層膠上膠量（干重）對織物性能的影響如表2所示。由表2可知，當膠黏度在8 000～15 000 mPa·s時，摩擦帶電壓及蓄熱性較好。

表2 涂層膠上膠量（以干重）對織物性能的影響

2.3 石墨烯涂層品的導電性

普通涂層面料和石墨烯涂層面料的涂層面對比如圖1所示。由圖1可知，石墨烯涂層品具有強導電性。

圖1 普通涂層面料涂層面（左）和石墨烯涂層面料涂層面（右）

2.4 普通涂層品與石墨烯涂層品的蓄熱性能對比

普通涂層品與石墨烯涂層品的蓄熱性能對比如圖2所示。由圖2可知，在相同溫度、濕度下，石墨烯涂層的蓄熱性比普通涂層高2～3 ℃。

圖2 普通涂層品與石墨烯涂層品的蓄熱性能對比

2.5 石墨烯涂層品的抗菌性

石墨烯涂層品的抗菌性如表3所示。由表3可知，石墨烯涂層品具有優(yōu)越的抗菌性能。

表3 石墨烯涂層品的抗菌性

3 結(jié)論

（1）將石墨烯制成水溶性乳液，增強其與聚合物的相容性，減少其自身團聚，可解決石墨烯在復合物基材中的相容性和分散性問題。

（2）石墨烯涂層品具有良好的導電性。

（3）在涂層膠水中石墨烯質(zhì)量分數(shù)為30%～50%的情況下，其摩擦帶電壓及蓄熱性達到最佳狀態(tài)。

（4）在涂層膠上膠量（干重）為15～20 g/m2的情況下，其摩擦帶電壓及蓄熱性達到最佳狀態(tài)。

（5）石墨烯涂層品具有良好的抗菌性。

（6）石墨烯涂層在原有普通涂層面料的基礎(chǔ)上增加了高導電及蓄熱功能，適用于干燥氣候，同時，石墨烯的遠紅外蓄熱性還可以抵抗冬季的寒冷。石墨烯面料的保溫性能區(qū)別于一般面料，可以利用自身的遠紅外持續(xù)循環(huán)。石墨烯材質(zhì)可以吸收人體釋放的輻射熱并進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換釋放出熱量，讓人們在穿著相關(guān)服裝時可以真切地感受到前沿科技帶來的舒適。