抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物及其制备方法技术

本发明专利技术具体涉及一种抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物及其制备方法。首先，采用改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,并配置GO溶液使其带负电荷；然后，通过己内酰胺改性酸溶解酪素，使其带正电荷；最后，采用层层自组装法在酪素基体中引入纳米粒子石墨烯来制备抗静电阻燃型酪素基GO复合织物，再用NaBH4进行还原，即得最终产物为抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物。本发明专利技术制备的抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物，提高了织物的抗静电性能和阻燃性能，且有望应用于皮革、食品、造纸等领域。

Antistatic and flame retardant casein-based graphene composite fabric and its preparation method

The invention relates to an antistatic and flame retardant casein-based graphene composite fabric and a preparation method thereof. Firstly, graphene oxide (GO) was prepared by modified Hummers method, and GO solution was collocated with negative charge; then casein was dissolved by caprolactam modified acid to make it positively charged; finally, nano-particle graphene was introduced into casein matrix by layer-by-layer self-assembly method to prepare anti-static and flame-retardant casein-based GO composite fabric, and then reduced by NaBH4, the final product was obtained as follows: Antistatic and flame retardant casein-based graphene composite fabric. The anti-static and flame-retardant casein-based graphene composite fabric prepared by the invention improves the anti-static and flame-retardant properties of the fabric, and is expected to be applied in leather, food, paper and other fields.

【技术实现步骤摘要】
抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物及其制备方法。
技术介绍
近年来，环保问题一直被人们所关注。酪素作为一种纯天然蛋白质，由于良好的生物可降解性、亲和性、成本价廉、且分子链中的多种反应基团可合成各种衍生物，在皮革、造纸、织物和医药等领域得到广泛应用。但目前将酪素作为涂层应用的功能性仍存在一些缺陷，如抗静电性能和阻燃性能比较差，在一定程度限制了它的应用范围。石墨烯是一种二维蜂窝状结构的碳材料，具有独特的单原子层状结构和优异的力学、热学性能，引起了国内外研究者的极大关注[1-3]。据文献报道，在不同聚合物基体中引入石墨烯，对其性能均有一定的提升。如石墨烯良好的电导率性和吸湿性，能使基材表面形成连续的水膜，从而间接提高表面导电率[4-6]。并且，石墨烯片层结构整体上是密集且连续的，它能够阻止氧气进入材料的深处。此外，石墨烯传导热量非常好，局部过高的热量可以被迅速传导到材料的其余部分，使得热量得以良好的分散，从而火势不易传播扩散达到阻燃的效果[7-9]。然而，截至目前，在酪素体系中引入石墨烯，同时提高其阻燃性能和抗静电性能的鲜见报道。([1]LanY,LiuH,CaoXH,etal.Electricallyconductivethermoplasticpolyurethane/polypropylenenanocompositeswithselectivelydistributedgrapheme[J].Polymer,2016,97:11-19.[2]DingY,ZhuJQ,WangCH,etal.Multifunctionalthree-dimensionalgraphenenanoribbonscompositesponge[J].Carbon,2016,104:133-140.[3]HanNR,ChoJW.Clickcoupledstitchedgraphenesheetsandtheirpolymernanocompositeswithenhancedphotothermalandmechanicalproperties[J].CompositesPartA:AppliedScience&Manufacturing,2016,87:78-85.[4]刘琳,张东.石墨烯/聚合物导电复合材料的研究[J].功能材料,2014,45(S1):7-11.[5]WangT,GeH,ZhangK.Anovelcore-shellsilica@graphenestraticulatestructuredantistaticanticorrosioncompositecoating[J].JournalofAlloys&Compounds,2018.[6]章勇.石墨烯的制备与改性及在抗静电涂层中的应用[D].华东理工大学,2013.[7]陈南,钟贵林,张国峰.石墨烯在聚合物阻燃材料中的应用及作用机理[J].应用化学,2018,35(03):307-316.[8]BaoC，GuoY，YuanB，etal．FunctionalizedGrapheneOxideforFireSafetyApplicationsofPolymers:ACombinationofCondensedPhaseFlameRetardantStrategies［J］．JMaterChem，2012，22(43):23057-23063．[9]WeiH，ZhuZ，SunH，etal．GrapheneandPoly(ionicliquid)ModifiedPolyurethaneSpongeswithEnhancedFlameRetardantProperties［J］．JApplPolymSci，2017，134(44):45477．）。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物及其制备方法，该方法制备的复合织物提高了织物的抗静电和阻燃性能，有望应用于皮革、食品、造纸等领域。本专利技术所采用的技术方案为：抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物的制备方法，包括以下步骤：步骤一：改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）：取7.5~7.8mL浓硫酸加入到三口烧瓶中，将过硫酸钾和五氧化二磷以（1:1~1:3）的质量比，在剧烈搅拌下缓慢加入到浓硫酸中，将混合物升温到70℃~90℃；随后，将石墨加入混合溶液中，搅拌8~12h后停止加热，冷却至室温，反应结束后将所得的产物洗涤，静置，晾干；取20~30ml浓硫酸加入三口烧瓶中，再将预处理的石墨和硝酸钠（石墨和硝酸钠的质量比为1:1~1:3）混合均匀后缓慢加入浓硫酸中，体系的反应温度保持在3℃~4℃；接着，缓慢加入高锰酸钾（石墨和高锰酸钾的质量比为1:1~1:3），反应30min~50min后升温至30℃~50℃，反应2h；再加入30mL~50mL去离子水，升温至80℃~90℃，反应10min~20min；最后，加入100mL~150mL去离子水终止反应，加入8mL~12mL双氧水，体系从棕褐色变为深黄色，用HCl洗涤，之后，将反应产物洗涤、离心并烘干；步骤二：改性酪素乳液（CA）的制备：将2~6g酪素溶解在3wt%~5wt%的酸性水溶液加入到三口烧瓶中，随后加入150ml蒸馏水，水浴加热并搅拌；接着，以1d/2s的速度逐滴加入质量分数为25%的改性剂溶液，再在75℃的温度下反应1h；步骤三：抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物的制备：将棉织物在KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）的溶解液中浸泡30min，清洗并干燥；接着，将棉织物浸入带负电荷的GO水溶液（5mg/mL~8mg/mL）中20min，清洗并干燥；随后，将棉织物浸泡在3wt%~5wt%的带正电荷的酪素溶解液20min，清洗并干燥；以上过程为一个组装循环，即可在棉织物表面形成一个GO/CA双分子层；重复进行组装循环，即可得到(GO/CA)n棉织物样品；将(GO/CA)n棉织物样品放入三口烧瓶中，加入300mL蒸馏水，接着滴加3wt%~5wt%的碳酸钠溶液，调节反应体系的pH至9~10；向三口烧瓶中加入还原剂后进行水浴加热，反应结束后将产物洗涤干燥，即可制得不同组装层数的RGO/CA复合织物。所述步骤一中，烘干的温度和时间分别为60℃，24h。所述步骤二中，酸性水溶液为醋酸水溶液、柠檬酸水溶液或硼酸水溶液。所述步骤二中，改性剂溶液为己内酰胺溶液、丙烯腈类单体溶液、有机硅溶液或聚氨酯溶液。所述步骤二中，水浴加热的温度和反应时间分别为65℃，2h。所述步骤三中，水浴加热的温度和反应时间分别为80℃，1h。所述步骤三中，还原剂为硼氢化钠（NaBH4），该还原剂和氧化石墨烯的用量的质量比为8:1~6:1。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的是一种抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物及其制备方法，本专利技术采用的方法是层层自组装法，通过分子间的相互作用如静电交替吸附、电荷转移等，以逐层交替沉积的方式使层和层能够自发地缔合形成具有某种特定功能的分子聚集体的过程。此方法操作简单，组装完整，并且实验中所用原料酪素为天然产物，成本低，产物易降解，石墨烯为层状二维结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）：取7.5~7.8mL浓硫酸加入到三口烧瓶中，将过硫酸钾和五氧化二磷以（1:1~1:3）的质量比，在剧烈搅拌下缓慢加入到浓硫酸中，将混合物升温到70℃~90℃；随后，将石墨加入混合溶液中，搅拌8~12h后停止加热，冷却至室温，反应结束后将所得的产物洗涤，静置，晾干；取20~30ml浓硫酸加入三口烧瓶中，再将预处理的石墨和硝酸钠（ 石墨和硝酸钠的质量比为1:1~1:3）混合均匀后缓慢加入浓硫酸中，体系的反应温度保持在3℃~4℃；接着，缓慢加入高锰酸钾（石墨和高锰酸钾的质量比为1:1~1:3），反应30min~50 min后升温至30℃~50℃，反应2h；再加入30mL~50mL去离子水，升温至80℃~90℃，反应10min~20min；最后，加入100mL~150mL去离子水终止反应，加入8mL~12mL双氧水，体系从棕褐色变为深黄色，先用HCl洗涤，之后，将反应产物洗涤、离心并烘干；步骤二：改性酪素乳液（CA）的制备：将2~6g酪素溶解在3wt%~5wt%的酸性水溶液加入到三口烧瓶中，随后加入150ml蒸馏水，水浴加热并搅拌；接着，以1d/2s的速度逐滴加入质量分数为25%的改性剂溶液，再在75℃的温度下反应1h；步骤三：抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物的制备：将棉织物在KH550（γ‑氨丙基三乙氧基硅烷）的溶解液中浸泡30 min，清洗并干燥，接着，将棉织物浸入带负电荷的GO水溶液（5mg/mL~8mg/mL）中20min，清洗并干燥；随后，将棉织物浸泡在3wt%~5wt%的带正电荷的酪素溶解液20min，清洗并干燥；以上过程为一个组装循环，即可在棉织物表面形成一个GO/CA双分子层；重复进行组装循环，即可得到(GO/CA)n棉织物样品；将(GO/CA)n棉织物样品放入三口烧瓶中，加入300mL蒸馏水，接着滴加3wt%~5wt%的碳酸钠溶液，调节反应体系的pH至9~10；向三口烧瓶中加入还原剂后进行水浴加热，反应结束后将产物洗涤干燥，即可制得不同组装层数的(RGO/CA)n复合织物。...

【技术特征摘要】
1.一种抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）：取7.5~7.8mL浓硫酸加入到三口烧瓶中，将过硫酸钾和五氧化二磷以（1:1~1:3）的质量比，在剧烈搅拌下缓慢加入到浓硫酸中，将混合物升温到70℃~90℃；随后，将石墨加入混合溶液中，搅拌8~12h后停止加热，冷却至室温，反应结束后将所得的产物洗涤，静置，晾干；取20~30ml浓硫酸加入三口烧瓶中，再将预处理的石墨和硝酸钠（石墨和硝酸钠的质量比为1:1~1:3）混合均匀后缓慢加入浓硫酸中，体系的反应温度保持在3℃~4℃；接着，缓慢加入高锰酸钾（石墨和高锰酸钾的质量比为1:1~1:3），反应30min~50min后升温至30℃~50℃，反应2h；再加入30mL~50mL去离子水，升温至80℃~90℃，反应10min~20min；最后，加入100mL~150mL去离子水终止反应，加入8mL~12mL双氧水，体系从棕褐色变为深黄色，先用HCl洗涤，之后，将反应产物洗涤、离心并烘干；步骤二：改性酪素乳液（CA）的制备：将2~6g酪素溶解在3wt%~5wt%的酸性水溶液加入到三口烧瓶中，随后加入150ml蒸馏水，水浴加热并搅拌；接着，以1d/2s的速度逐滴加入质量分数为25%的改性剂溶液，再在75℃的温度下反应1h；步骤三：抗静电阻燃型酪素基石墨烯复合织物的制备：将棉织物在KH550（γ-氨丙基三乙氧基硅烷）的溶解液中浸泡30min，清洗并干燥，接着，将棉织物浸入带负电荷的GO水溶液（5mg/mL~8mg/mL）中20min，清洗并干燥；随后，将棉织...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建中，安文，徐群娜，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61