近几年,因为石墨烯的低温远红外发射等多功能被应用到纺织材料中,不仅可以赋予不同种类纤维或织物抗菌抑菌、抗静电、抗紫外线等性能,同时其自身绿色环保、无毒无害的特性适应了我国环保型社会发展的趋势,使得越来越多的纺织学者投身于石墨烯改性纤维的研究上,有力地推动了纺织工业中高附加值、多功能化织物的不断发展。
纺织织物轻便柔软的特性,使得石墨烯不但能对纺织纤维进行改性,而且可以赋予传统纺织物更多的功能性。石墨烯对织物的改性主要通过浸渍法、层层自组装法、喷涂法、电泳沉积法、共混纺丝法、化学气相沉积法等方式来完成。通过改性,使纺织品具有抗紫外线、导电、抗菌和电子屏蔽等多种功能性。
传统纺织品导电性能差,具有绝缘特质,而石墨烯具有优良的导电性能,电阻率约为10-6Ω·cm,将其结合到织物表面可以赋予织物更优异的导电性能,可用于柔性穿戴电子产品中。研究人员把通过超声氧化剥离法制得的氧化石墨烯和棉织物作为原材料,采用浸轧还原法制备了石墨烯改性导电棉织物。试验结果表明,随着浸轧还原次数的增加,氧化石墨烯在织物表面的沉积量增多,形成了稳定的导电层,从而使改性棉织物具有优良的导电性,有望应用于柔性电极及智能服饰领域。汪海映等利用碱溶液处理织物,产生部分剥皮现象,再进行超临界二氧化碳处理,增加织物表面的粗糙度,进行上述预处理之后的织物能够使石墨烯浆料进入织物组织内部和溶胀的空隙当中,使石墨烯改性导电织物的功能性更加持久。
紫外线中含有UVA、UVB、UVC,是电磁波谱中波长为400nm~10nm的光线,其中UVA发挥着很强的晒红晒伤作用,致癌性最大。虽然适量的紫外线照射,可以补充人体所需的维生素D,具有杀菌消毒的作用,还能防止佝偻病,但是当过度的紫外线照射人体时,会使皮肤产生更多的黑色素,分布到表皮角质层后形成黑色斑点。可以说紫外线是造成皮肤老化、松弛和皱纹的最大元凶,理应注意防护。
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,所以可以有效改善传统织物因紫外辐射而导致的老化及机械损伤等问题。研究人员利用层层静电组装法将氧化石墨烯和壳聚糖的复合物沉积到棉织物上,其UPF值高达452,具有优良的耐洗性能。研究人员采用浸轧法,将纳米石墨烯微片分散在水性聚氨酯当中,形成连续相作为紫外线屏蔽剂,涂覆在棉织物表面,实验结果表明,石墨烯质量分数超过国家标准紫外线防护纺织品的要求。日本学者利用环保且简便的方法对梭织芳纶织物进行改性研究,通过聚四氟乙烯涂层功能化梭织芳纶织物,采用浸涂法将氧化石墨烯沉积在聚四氟乙烯改性的织物上,再将氧化石墨烯还原。经比较发现,氧化石墨烯降低了UVA和UVB的透射率,提高了UVA和UVB的吸光度或反射率;在相同环境下,经168h的紫外线照射后,原始AF的UPF值从37.00降至17.00,而改性后AF的UPF值从73.00降至47.00。由此可见,经氧化石墨烯涂层和改性的AF抗紫外线性能得到了很大的提升,因而,石墨烯是一种很好的用于纺织品抗紫外线处理的整理剂。
随着科学水平的不断进步,对于防弹装甲的防护功能、轻量化水平和舒适性要求正在逐渐提高,石墨烯以其质量轻、强度高和耐冲击性好等独特性能引起了材料领域专家学者的高度关注。研究人员对石墨烯改性碳化硼陶瓷的微观组织进行了分析,发现石墨烯在材料断裂时分离和拔出表现出明显的层片滑移现象,能够损耗裂纹扩展中的内应力,使其多褶皱结构发生形变。研究人员对石墨烯改性芳纶的工艺进行了探索与研究,结果显示,改性后的芳纶能够弥补纤维拉丝引起的缺陷,用石墨烯改性芳纶制备防弹布,其防弹性能可以提高7%以上。
对消费者而言抗菌纺织品具有很好的市场价值。在日常穿着中,传统纺织品会因为污渍、汗液、皮屑等环境滋生微生物,情况严重的可能会造成疾病的传播与扩散,因此抗菌类纺织品必不可少。
经研究表明,石墨烯及其衍生物具有优异的抗菌性和生物相容性,抗菌活性物质也可以在其表面附着,且细胞毒性为0级,与人体直接接触没有危害且绿色无污染,是制备高附加值抗菌抗毒织物的理想材料。而且,石墨烯改性抗菌织物具有良好的抗菌耐久性,经过100次水洗测验后,其抗菌率仍然保持在90%以上。
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