一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法技术

本发明专利技术涉及一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法。将纺织物浸没于金属盐与保护剂的混合溶液中，于一定时间后取出，利用电子还原将吸收的部分金属盐溶液还原为纳米金属团聚体。将所得材料置于清水中洗涤，常温真空干燥。至此，制得表面负载纳米金属团聚体的多功能纺织物。该材料的宏观颜色、聚团大小及金属载量可通过改变电子还原时间或金属盐溶液浓度进行调控。其负载的纳米金属颗粒粒径为2～13nm，纳米金属颗粒团聚体直径为40～150nm。由于纳米金属的特性，所制备的纺织物材料可以被赋予多种优异性能，例如装饰性颜色、抗菌性能、防UV性能以及导电性等，使其在纳米金属制备、医疗制药、催化等领域具有潜在应用。

【技术实现步骤摘要】
一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法。
技术介绍
棉、亚麻、粘胶纤维和人造纤维等纤维材料制成的纺织物由于具有良好的吸湿性能、保暖性能和屏蔽性而被广泛应用于服装领域及医疗领域。但是，随着人们生活水平的提高，传统纺织物的单一功能已不能满足人们的需求。例如传统纺织品不能阻隔的紫外线会造成皮肤不适甚至一系列皮肤疾病，传统纺织品不能抑制细菌传播从而促进了流行疾病的扩散蔓延，另外传统纺织品产生的静电也给人们的生活带来诸多不便。因此对于多功能纺织物的研究日益兴盛。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米颗粒和纳米颗粒聚团是典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。与宏观固体材料相比，纳米材料在光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质会表现出显著的不同。因此纳米金属粒子具有许多独特的性能和潜在应用。例如纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米传感器、纳米倾斜功能材料、纳米半导体材料、纳米抗菌材料和纳米催化材料等诸多领域具有广泛的应用前景。目前，多种方法可以用于制备金属纳米颗粒及其聚团材料，比如蒸发凝聚法、水热法、溶胶凝胶法、溶剂挥发分解法和化学沉积法等。这些方法反应环境多为液相，反应过程多需加热，纳米颗粒容易团聚，粒径较大；有的制备过程繁琐，操作复杂，耗时长，条件苛刻，不易控制；有的制备过程需要加入化学还原剂和分散剂，其中部分化学还原剂对环境危害巨大。另外，将金属纳米颗粒及其聚团材料与纺织物结合的方法大体有两种。一种是非原位合成法，即用上文所述方法先制备得到金属纳米颗粒及其聚团材料的溶胶，再将纺织物浸没于该溶胶中使纳米材料负载其上。这种方法过程复杂，不易控制载量，并且得到的纳米材料与纺织物之间没有键合作用，导致两者之间的结合力较弱，极大的限制了多功能纺织物的应用。另一种方法是原位合成法，即先将纺织物浸没于金属盐溶液中，再用上文所述方法将浸渍在纺织物上的金属盐还原得到金属纳米颗粒及其聚团，这种方法可以通过控制金属盐溶液的浓度控制载量并且制得的金属与纺织物表面的原子有键合作用，从而使得两者之间的结合力较强，为多功能纺织物的广泛应用提供了保障，但是由于纺织物表面亲水基团的作用，使该方法不易控制所得的纳米颗粒粒径，影响了纳米材料性质的深入利用，另外此方法的反应过程多需加热，因此耐热性差的纺织物可能会产生机械性能甚至是化学结构的变化，不具有普适性。等离子体是物质存在的第四态,是气体分子受热或受外加电场、辐射等能量激发而解离、电离形成的电子、离子、原子(基态或激发态)、分子(基态或激发态)、自由基等粒子组成的集合体。宇宙99％的组成部分都是等离子体，它大量存在于太阳、恒星和闪电中。冷等离子体是是一种热力学非平衡状态的等离子体，可以在常温甚至更低温度下产生，具有电子能量较高，主体温度较低的特点，因此冷等离子体处理过程具有较高的处理效率和较低的能耗，目前可应用于化学合成、薄膜制备、表面改性、团簇颗粒及粉末制备、精细化学加工、高分子材料等领域。
技术实现思路
本专利技术提供了一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法，目的在于通过在纺织物表面负载纳米金属团聚体以实现其多功能化，例如装饰性颜色、抗菌性能、防UV性能以及导电性等。其制备过程除表面活性剂外不再添加其他化学试剂，不需要控制在液相环境下，只需一步即可完成纳米金属的还原制备，装置简单，操作方便，节省能耗，高效环保，所制得的纳米金属颗粒粒度小且均匀，纳米金属颗粒聚团大小及载量可控。本专利技术利用冷等离子体原位合成负载于纺织物表面的纳米颗粒团聚体，过程简单，耗时短，处理效率高，避免了使用还原剂和分散剂可能对环境造成的危害，并且在保留了传统原位合成法载量可控和结合力较强等特点的同时，还利用等离子体高能量，低温度的特性保证了纳米颗粒粒径的均匀可控性和纺织材料的稳定性，使得与纳米颗粒团聚体结合的纺织物表现出多种优异性能，有助于其在催化，生物医药等领域的应用。本专利技术的技术方案如下：一种与纳米金属材料结合制备的多功能纺织物，由于纳米金属的表面等离子体共振特性，该纺织物的宏观颜色可通过改变纳米金属种类、纳米金属载量或聚团大小进行调控，其中金属载量会随金属盐溶液浓度的增加而增大，而聚团大小会随金属盐溶液浓度或者电子还原时间的增加而增大。纳米金属颗粒粒径为2～13nm，纳米金属颗粒团聚体直径为40～150nm。而且，上述方案中所述的金属为标准电极电位大于零的金属离子，优选为铂或钯或金或银等贵金属及其合金。而且，上述方案中所述的纺织物由棉纤维材料或麻纤维材料或毛纤维材料或丝纤维材料等天然纤维材料构成。而且，上述方案中所述的纺织物由粘胶纤维材料或醋酸纤维材料或铜氨纤维材料等人造纤维材料构成。而且，上述方案中所述的纺织物由涤纶或锦纶或晴纶或丙纶或芳纶等合成纤维材料构成。纳米金属材料与纺织物结合可以赋予纺织物多种优异性能，并且不同纳米材料与纺织物的组合可以得到不同的特性。例如纺织物的装饰性颜色可以通过负载纳米金或银等材料实现，纺织物的抗菌性可以通过负载纳米金或银或铂等材料实现，纺织物的防UV性可以通过负载纳米金或银等材料实现，纺织物的导电性和防静电性可以通过负载纳米金或银或铂等材料实现，纺织物在催化领域的应用可以通过负载纳米钯或铑等材料实现。本专利技术的生产方法包括以下步骤：(1)将纺织物浸没于金属盐与表面活性剂的混合溶液中；(2)将充分浸润后的纺织物直接装入冷等离子体放电器中，并通入等离子体放电气体；(3)利用高压电源在电极两端施加200～5000V的直流或交流电使放电气体放电，形成的等离子体将纺织物表面浸渍的金属盐还原为单质纳米金属颗粒并聚集成纳米金属颗粒聚团，还原时间为1～10min。(4)将制得的样品置于清水中洗涤，其后在常温条件下真空干燥。而且，步骤(1)中所述的金属盐为硝酸盐或碳酸盐或氯化物或有机金属盐；所述的金属盐溶液溶质为水或离子液体或有机溶剂；所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇或十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。而且，步骤(1)中所述的金属盐的浓度为1～10mM/L；表面活性剂的浓度为10mg/mL。而且，步骤(2)中所述的等离子体放电器包括样品仓，阳极，阴极，气体入口，气体出口，介质阻挡层，高压电源和真空泵；所述的等离子体放电气体为惰性气体或空气或氧气或氢气，或者上述非氢气体的混合物。而且，步骤(3)中所述的气体放电的形式为辉光放电或介质阻挡放电或射频放电；所述的冷等离子体温度为-70～150℃。与传统纳米材料及其制备方法相比，本专利技术具有以下突出的有益效果：1.本多功能纺织物通过与纳米金属结合具有了多种优异性能，例如装饰性颜色、抗菌性能、防UV性能以及导电性等。2.本多功能纺织物负载的纳米金属颗粒粒度小且均匀，纳米金属颗粒聚团大小可控，在纺织物表面均匀分散，具有优良的性能，可广泛用于纳米金属制备、医疗制药、催化等领域。3.本多功能纺织物的制备过程是通过高压直流或交流电源放电产生的冷等离子体中的大量高能电子最先到达浸渍于表面上的金属盐颗粒附近，其中一部分电子会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法；其特征是包括以下步骤：(1)将纺织物浸没于金属盐与表面活性剂的混合溶液中；(2)将充分浸润后的纺织物直接装入冷等离子体放电器中，并通入等离子体放电气体；(3)利用高压电源在电极两端施加200～5000V的直流或交流电使放电气体放电，形成的等离子体将纺织物表面浸渍的金属盐还原为单质纳米金属颗粒并聚集成纳米金属颗粒聚团，还原时间为1～10min；(4)将制得的样品置于清水中洗涤，其后在常温条件下真空干燥。

【技术特征摘要】
1.一种与纳米金属材料结合制备多功能纺织物的方法；其特征是包括以下步骤：(1)将纺织物浸没于金属盐与表面活性剂的混合溶液中；(2)将充分浸润后的纺织物直接装入冷等离子体放电器中，并通入等离子体放电气体；(3)利用高压电源在电极两端施加200～5000V的直流或交流电使放电气体放电，形成的等离子体将纺织物表面浸渍的金属盐还原为单质纳米金属颗粒并聚集成纳米金属颗粒聚团，还原时间为1～10min；(4)将制得的样品置于清水中洗涤，其后在常温条件下真空干燥。2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的金属盐为硝酸盐或碳酸盐或氯化物或有机金属盐；所述的金属为铂或钯或金或银的贵金属及其合金。3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇或十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌俊，李卓容，王巍，方敏，李敏悦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12