劉靜芳，劉讓同,2,3，李 亮,2,3，劉淑萍,2,3，趙 鑫，李小倩

(1.中原工學(xué)院， 河南 鄭州 450007； 2.紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450007； 3.河南省功能紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450007)

羊毛表面的鱗片結(jié)構(gòu)對(duì)毛干具有保護(hù)作用，同時(shí)也形成了較高的表面粗糙度[1]，表面存在脂肪酸層呈現(xiàn)出疏水特性，這些特征使羊毛織物在使用過(guò)程中(尤其在干燥的冬季環(huán)境下)容易出現(xiàn)靜電現(xiàn)象，影響織物的穿著舒適性，因此提高羊毛織物的抗靜電性非常重要。很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，比如采用分解技術(shù)來(lái)降解脂肪酸表層[2-3]或在羊毛纖維表面的脂肪酸層上包覆或添加親水性材料[4-5]；Varesano 等[6]研究聚吡咯合成抗靜電羊毛織物的新方法及其對(duì)羊毛織物的表面處理，耐水洗色牢度方面有待提高；康紅波等[7]采用不同種類(lèi)的抗靜電劑對(duì)純羊毛織物進(jìn)行抗靜電整理；李會(huì)改等[8]、李揚(yáng)等[9]、徐守飛等[10]利用聚苯胺對(duì)羊毛織物及其混紡面料進(jìn)行抗靜電整理，工藝較復(fù)雜；張洪峰等[11]采用原位吸附聚合方法制備抗靜電聚苯胺改性羊毛纖維。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，使負(fù)載石墨烯羊毛織物表面形成導(dǎo)電片層，加速織物表面積聚電荷的散離，使羊毛織物達(dá)到抗靜電的效果。胡雪敏等[12]采用石墨烯-Fe3O4溶液整理滌綸織物，研究工藝條件與滌綸織物抗靜電性能的關(guān)系，獲得了最佳工藝路線；陳小婷等[13]采用石墨烯分散液和水性聚氨酯混合液整理滌綸織物，使滌綸織物具有抗靜電效果。以上這些研究部分解決了羊毛織物抗靜電問(wèn)題，但效果和耐久性都有待進(jìn)一步提高。本文利用多巴胺超強(qiáng)黏附力負(fù)載石墨烯整理羊毛織物，并對(duì)羊毛織物抗靜電性的水洗耐久性進(jìn)行研究，探討多巴胺、石墨烯質(zhì)量濃度對(duì)抗靜電效果的影響，提高羊毛織物抗靜電性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為緯平針羊毛針織物，其面密度為282.8 g/m2。

試劑：石墨烯(深圳市圖靈進(jìn)化科技有限公司)，98%鹽酸多巴胺(上海麥克林生物化工有限公司)，37%濃鹽酸(洛陽(yáng)市化學(xué)試劑廠)，三(羥甲基)氨基甲烷(Tris，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)，蒸餾水。

1.2 石墨烯負(fù)載整理

在Tris緩沖液中配制多巴胺溶液，質(zhì)量濃度方案分別為5、10、15 g/L。室溫下，多巴胺溶液中滴入濃HCl調(diào)pH值至8.5，將羊毛織物放入其中進(jìn)行原位聚合24 h，60 ℃烘干后待用。

配制3、6、9 g/L的石墨烯溶液，放入經(jīng)5、10、15 g/L多巴胺整理的羊毛織物，浸漬15 min，60 ℃烘干，循環(huán)3次，完成負(fù)載。

1.3 含水率影響實(shí)驗(yàn)

通過(guò)改變含水率可以探究不同含水率時(shí)羊毛織物的抗靜電性能，分別控制0%、3%、6%、9%、12% 5個(gè)含水率，在25 ℃下，根據(jù)GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第1部分：靜電壓半衰期》， 利用YG(L)342D織物靜電測(cè)試儀對(duì)整理前后羊毛織物進(jìn)行靜電性能測(cè)試；利用美國(guó)吉利時(shí)科技有限公司Keithley 2400型數(shù)字源表對(duì)整理前后羊毛織物電阻率進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試參數(shù)：測(cè)試時(shí)間為60 s，鉗位電壓80 V，二線法測(cè)量。

1.4 表征與測(cè)試

石墨烯整理前后羊毛織物的表面形貌采用TM3000型掃描電子顯微鏡觀察；羊毛纖維大分子結(jié)構(gòu)變化情況采用Bruker TENSOR37紅外光譜儀掃描，測(cè)定范圍為4 500～4 000 cm-1；采用YG341 N和YG(L)342D織物靜電測(cè)試儀測(cè)試織物的抗靜電性能；利用美國(guó)吉利時(shí)科技有限公司的Keithley 2400型數(shù)字源表測(cè)試織物的表面電阻率；參考GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》對(duì)整理后羊毛織物進(jìn)行水洗測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 石墨烯負(fù)載效果

采用掃描電鏡觀察原織物、多巴胺/石墨烯整理織物中羊毛纖維表面形態(tài)，其結(jié)果如圖1所示。圖1(a)為未整理羊毛織物，羊毛表面被邊緣清晰可見(jiàn)的鱗片層覆蓋，粗糙不平；圖1(b)中可以發(fā)現(xiàn)多巴胺整理織物中，一層薄膜覆蓋在纖維表面，粗糙不平的鱗片層發(fā)生鈍化，摩擦因數(shù)降低，纖維表面的親水性能由于這層多巴胺膜的存在增加；圖1(c)可觀察到多巴胺整理負(fù)載石墨烯織物，原本清晰的鱗片邊緣變得模糊不清，表面形成一層片狀石墨烯。

圖1 羊毛織物整理前后SEM照片

圖2 整理前后羊毛織物的紅外光譜圖

圖3為10 g/L多巴胺負(fù)載9 g/L石墨烯整理后羊毛織物水洗測(cè)試結(jié)果。從圖3可以看出，多巴胺/石墨烯整理后羊毛織物的靜電壓和靜電半衰期經(jīng)過(guò)水洗12次之后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的靜電壓為265 V左右，靜電半衰期也同步升高。

圖3 10 g/L多巴胺和9 g/L石墨烯整理羊毛織物經(jīng)水洗后防靜電性能

參考GB/T 12703—2010《紡織品靜電性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合圖3可以發(fā)現(xiàn)，多次洗滌后，經(jīng)10 g/L多巴胺和9 g/L石墨烯負(fù)載整理后的羊毛織物，其防靜電性能仍然符合GB/T 12703—2010的要求，靜電壓和靜電半衰期相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明石墨烯負(fù)載在羊毛織物上具有良好的耐水洗性，結(jié)合牢度高。

2.2 石墨烯負(fù)載后的抗靜電效果

通過(guò)織物靜電測(cè)試儀對(duì)不同濃度配合的多巴胺/石墨烯整理羊毛織物進(jìn)行測(cè)試，得到如圖4所示結(jié)果?？梢?jiàn)，羊毛織物負(fù)載不同質(zhì)量濃度的多巴胺/石墨烯時(shí)，其靜電壓隨著石墨烯質(zhì)量濃度的增加而降低，這是由于石墨烯以片層方式緊緊的貼附在具有超強(qiáng)黏附作用的多巴胺膜上，石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性能加速羊毛織物表面電荷的散離，使羊毛織物的抗靜電效果進(jìn)一步提升，而且多巴胺/石墨烯整理的羊毛織物的靜電壓直接降至300 V以下，其中10 g/L多巴胺負(fù)載9 g/L石墨烯靜電壓值降為0 V。從圖4中靜電半衰期的結(jié)果看，原織物的靜電半衰期在5 ～7 s之間，經(jīng)多巴胺/石墨烯整理的羊毛織物則有不同程度的降低，其中10 g/L多巴胺和9 g/L石墨烯整理織物的靜電半衰期降至0 s。保持多巴胺質(zhì)量濃度不變時(shí)，隨著石墨烯質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)升高羊毛織物的抗靜電效果提高，10 g/L多巴胺配合9 g/L石墨烯整理達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)靜電壓值和靜電半衰期均為0。羊毛纖維表面負(fù)載的石墨烯層層自組裝，顯著提高了羊毛織物的抗靜電性能，織物表面電阻率從108Ω降至105Ω以下，可以推測(cè)石墨烯使羊毛織物表面形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，加速織物表面電荷散離，進(jìn)一步提高織物的抗靜電性能。

圖4 不同質(zhì)量濃度多巴胺整理的羊毛織物負(fù)載不同質(zhì)量濃度石墨烯的靜電壓和靜電半衰期

2.3 含水率對(duì)抗靜電的影響

影響織物抗靜電性能的重要因素之一是空氣相對(duì)濕度，空氣相對(duì)濕度增加，織物的抗靜電性能提高，羊毛織物在相對(duì)濕度小于40%時(shí)也會(huì)產(chǎn)生靜電[10]。通過(guò)改變含水率可以探究不同含水率時(shí)羊毛織物的抗靜電性能，分別控制了0%、3%、6%、9%、12% 5個(gè)含水率，在25 ℃下對(duì)整理前后羊毛織物靜電性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖5、6。

圖5 不同質(zhì)量濃度多巴胺整理羊毛織物在不同含水率時(shí)的靜電壓和靜電半衰期

圖6 在不同含水率時(shí)多巴胺/石墨烯不同質(zhì)量濃度配比整理羊毛織物的靜電壓和靜電半衰期

從圖5可以看出，未整理的羊毛織物和經(jīng)多巴胺整理的羊毛織物隨著含水率增加，摩擦電壓和靜電壓半衰期逐漸下降，當(dāng)含水率不低于6%時(shí)羊毛織物自身開(kāi)始具有抗靜電的效果，摩擦電壓基本穩(wěn)定在500 V以下，靜電半衰期穩(wěn)定在3 s以?xún)?nèi)，含水率越高織物抗靜電效果越好，當(dāng)含水率為9%時(shí)，摩擦電壓和靜電半衰期降低至最小值；另外未整理的羊毛織物表面電阻率分別為7.51×108Ω(含水率0%)、9.02×107Ω(含水率3%)、1.02×107Ω(含水率6%)、9.78×106Ω(含水率9%)、9.82×106Ω(含水率12%)，含水率0%～6%時(shí)表面電阻率大于107Ω，根據(jù)GB/T 12703.4—2010《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第4部分：電阻率》的要求，含水率小于6%時(shí)，羊毛織物存在靜電問(wèn)題，空氣相對(duì)濕度比較低時(shí)容易造成羊毛織物中含水率低于6%，引起靜電問(wèn)題。

從圖6不難發(fā)現(xiàn)，石墨烯負(fù)載羊毛織物具有上述相似的變化規(guī)律，即含水率越高織物抗靜電效果越好，但當(dāng)含水率大于9%時(shí)，出現(xiàn)摩擦電壓和靜電半衰期的回升，石墨烯含量不同，回升幅度不一，當(dāng)石墨烯含量高時(shí)，負(fù)載石墨烯的羊毛織物表面的石墨烯片狀層部分不連續(xù)導(dǎo)致，從圖1的SEM照片也可以得以佐證。

3 結(jié) 論

本文利用多巴胺整理羊毛織物負(fù)載石墨烯，研究不同含水率時(shí)多巴胺、石墨烯質(zhì)量濃度對(duì)羊毛織物抗靜電性能的影響，為抗靜電羊毛織物產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供一種新的方法。

①羊毛織物的含水率從0%變化到12%時(shí)，未經(jīng)整理的羊毛織物的表面電阻率從108Ω降至106Ω，含水率越高織物抗靜電效果越好；在含水率低于6%時(shí)表面電阻率大于107Ω，羊毛織物存在靜電問(wèn)題。

②隨著石墨烯質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)增加，羊毛織物抗靜電性能逐漸提高，10 g/L多巴胺負(fù)載9 g/L石墨烯時(shí)，靜電壓和靜電衰減時(shí)間均為0，織物抗靜電性能最好。

③多巴胺/石墨烯負(fù)載羊毛織物具有較好的耐水洗性，其中10 g/L多巴胺負(fù)載9 g/L石墨烯羊毛織物的靜電壓和靜電半衰期經(jīng)過(guò)水洗12次之后趨于穩(wěn)定，能夠達(dá)到防靜電標(biāo)準(zhǔn)。