李 亮， 刘静芳， 胡泽栋， 耿长军， 刘让同1,2,

(1. 纺织服装河南省协同创新中心， 河南 郑州 451191； 2. 河南省功能纺织材料重点试验室， 河南 郑州 451191；3. 中原工学院 纺织学院， 河南 郑州 451191； 4. 中原工学院 服装学院， 河南 郑州 451191)

涤纶因其力学性能好、易加工、快干燥等特点被广泛应用于纺织领域，但其表面缺乏亲水基团，容易出现电荷积聚而起静电，影响织物的穿着舒适性；因此提高涤纶织物的亲水性和抗静电性非常重要[1]。Chaudhary等[2]采用天然丝胶提高涤纶的回潮率和自由基的活性实现涤纶织物表面功能化。Castillo等[3]将聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜置于3-氨基丙基三乙氧基硅烷水溶液中，使其表面发生酯-酰胺反应完成聚酯表面功能化，然而功能化聚酯表面的抗静电效果不明显。LV等[4]以羟甲基壳聚糖为原料制备出一种具有一定润湿性、抗静电性的涤纶织物，由于其原料可获得、无害、环保深受研究者的喜爱，但其制备的产品抗静电性能不是特别理想。Wang等[5]采用聚二烯丙基二甲基氯化铵对涤纶织物进行化学改性，并在涤纶织物上化学还原银/石墨烯，得到一种耐热、防静电、疏水涤纶织物，但其水洗牢度方面没有研究数据。Kugimoto等[6]用季铵盐、聚氨酯丙烯酸酯低聚物、光引发剂和含有单丁二醇醚、2-丁氧基乙醇的水溶性高沸点溶剂混合物组成抗静电剂，该抗静电剂制备过程复杂，且可用范围有限。胡雪敏等[7]采用石墨烯-Fe3O4复合溶液整理涤纶织物，探讨工艺对织物抗静电性能的影响，获得最佳工艺路线，但其水洗牢度需要改善。陈小婷等[8]将石墨烯分散液和水性聚氨酯按一定比例混合，以浸轧-焙烘工艺整理涤纶织物，使其具有抗静电效果，工艺流程较复杂。

以上研究部分解决了涤纶织物抗静电问题，但效果不是很理想。多巴胺可形成稳定的、具有超强黏附作用的聚多巴胺膜[9-10]，使其在涤纶织物表面原位聚合，然后实现负载氧化石墨烯的目标。氧化石墨烯具有优良的导电性能，负载氧化石墨烯后，涤纶织物表面形成导电网络，能够加速织物表面电荷的散离，提高抗静电性能。本文通过多巴胺原位聚合和氧化石墨烯负载对涤纶织物进行抗静电整理，探讨了氧化石墨烯质量浓度对不同组织织物抗静电性能的影响，并对织物抗静电性的耐水洗性进行了研究。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

材料：涤纶平纹织物，经纬纱线密度均为16.7 tex,经密613 根/(10 cm)，纬密345根/(10 cm)；涤纶二上二下斜纹织物，经纬纱线密度均为16.7 tex，经密568根/(10 cm)，纬密306根/(10 cm)。

试剂：氧化石墨烯(GO，南京先丰纳米材料科技有限公司)，98%盐酸多巴胺(上海麦克林生物化工有限公司)，三(羟甲基)氨基甲烷(Tris，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司),氢氧化钠(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)，37%浓盐酸(洛阳市化学试剂厂)，蒸馏水。

1.2 多巴胺的原位聚合

将涤纶织物浸入3 g/L的NaOH溶液中去油，于60 ℃水浴加热60 min，取出用蒸馏水清洗2遍，用烘箱于60 ℃烘干。取0.3 g多巴胺溶解在100 mL Tris 缓冲液中，用浓HCl将pH值调至8.5。将去油后的涤纶织物浸入多巴胺溶液中，室温下原位聚合24 h，取出，于60 ℃烘干。

1.3 涤纶织物的GO负载

称取一定量GO，使用恒温磁力搅拌器将其分散在蒸馏水中，分别配制质量浓度为5、 10、 15、20 g/L的GO溶液。将多巴胺原位聚合后涤纶织物采用循环浸渍层层自组装方法在不同质量浓度的GO溶液中浸渍，每次浸渍30 min，于60 ℃烘干，循环3次，完成涤纶织物GO负载。

1.4 测试与表征

1.4.1 表面形貌观察

采用日本TM3000型扫描电镜(SEM)观察涤纶基抗静电织物表面微观形貌，喷金100 s，加速电压为20 kV。

1.4.2 化学结构测试

采用Tensor37型红外光谱仪对涤纶基抗静电织物进行官能团的表征测试。

1.4.3 结晶结构测试

采用日本Ultima IV型X射线衍射仪(XRD)对涤纶基抗静电织物的结晶性能进行表征。仪器参数设置：40 kV，30 mA，扫描范围为10°～90°，扫描速率为10 (°)/min。

1.4.4 热稳定性能测试

采用德国耐驰TG 209F1 Iris热重分析仪测试涤纶基抗静电织物的热质量损失，分析其热稳定性能。保护气和吹扫气都为氮气，气体流速分别为20、30 mL/min,温度范围为35～800 ℃，升温速率为10 ℃/min。

1.4.5 抗静电性能测试

参照GB/T 12703.1—2008 《纺织品 静电性能的评定 第1部分 静电压半衰期》，采用YG(L) 342D型静电测试仪测试样品的静电压和半衰期。放电电压为10 kV,转速为1 500 r/min,测试时间为30 s。通过织物水洗后静电压和半衰期二者的变化评价织物抗静电性能的水洗耐久性，变化率计算公式为

式中：ρ0为水洗前静电压(V)或半衰期(s)；ρ1为水洗后静电压(V)或半衰期(s)。

采用美国吉利时2400系列数字源表测试织物表面电阻率。

2 结果与讨论

2.1 涤纶织物的GO负载机制

GO具有优良的导电性能，涤纶织物负载GO后，其导电性加速了涤纶织物表面电荷的散离，从而使涤纶织物具有抗静电效果。由于涤纶表面缺乏活性基团，不易与GO结合，需要进行改性。多巴胺在特定条件下可通过氢键、π-π堆叠和电荷转移相互结合形成稳定的聚多巴胺[9]，聚多巴胺的儿茶酚结构和儿茶酚自氧化形成聚多巴胺膜[10]，具有超强黏附作用，所以利用多巴胺对涤纶织物进行改性负载GO。聚多巴胺的羟基一方面与涤纶的端羟基能够形成氢键黏附在涤纶织物表面，另一方面聚多巴胺中游离的羟基与GO的羟基形成化学键紧密连接在一起，还有聚多巴胺的儿茶酚基、氨基、芳香族等活性基团提供大量的活性位点[10]使多巴胺与涤纶织物表面、GO紧密连接在一起。多巴胺涤纶表面原位聚合负载GO机制如图1所示。

注：R1为涤纶纤维分子结构重复单元。图1 多巴胺涤纶表面原位聚合负载GO机制Fig.1 Surface loading GO mechanism of dopamine in situ polyester

2.2 GO负载前后织物的形貌分析

涤纶织物原样、多巴胺原位聚合后绦纶织物及涤纶织物负载GO后的表面形态如图2所示。对比图2 (b)与(a)可看出，多巴胺原位聚合后涤纶表面由于形成了一层聚多巴胺膜，这层膜不仅帮助实现涤纶负载GO，聚多巴胺膜自身的亲水性也提高了涤纶织物的抗静电性能；对比图2(c)、(d)与(b)可看出，涤纶织物负载GO后表面包覆了一层多边形片状物质，说明涤纶织物表面负载了GO；图2(d)与(c)相比发现，随着GO质量浓度增加，织物表面负载GO量逐渐增多。

2.3 GO负载前后织物的化学结构分析

图2 涤纶织物的SEM照片Fig.2 SEM images of polyester fabric. (a)Original sample; (b) Sample loaded with dopamine; (c) Sample loaded with dopamine and 10 g/L GO; (d) Sample loaded with dopamine and 15 g/L GO

图3 多巴胺原位聚合、GO负载前后涤纶织物的红外光谱图Fig.3 Infrared spectra of polyester fabrics before and after in-situ polymerization of dopamine and GO loading

2.4 GO负载前后织物的结晶性能分析

多巴胺原位聚合、涤纶织物负载GO前后的XRD如图4所示。

图4 多巴胺原位聚合、涤纶织物负载GO前后XRD图Fig.4 XRD of polyester fabric before and after dopamine in-situ polymerization and GO loading

由图4可看出：与涤纶特征峰有关的晶面(010)、(110)、(100)的2θ分别为17.5°、22.5°和26°；多巴胺在涤纶织物表面原位聚合后涤纶织物特征峰的峰宽变宽，说明多巴胺的特征峰与涤纶的特征峰重叠；负载GO后，在11.7°时出现了GO的衍射峰[12]。以上结果表明，涤纶织物表面成功负载GO，且负载后涤纶织物结晶度没有受影响。

2.5 GO负载前后织物的热稳定性能分析

图5示出负载GO前后涤纶织物的热分解曲线。可看出：TG在初始化过程中分解较慢，然后快速降解，织物负载GO后的热性能有小幅度提高，起始分解温度和质量最大损失温度提高，800 ℃时残留物含量升高。可看出，涤纶织物负载GO前后热稳定性能没有大幅度的改变。

2.6 GO负载织物的抗静电性和耐水洗性

涤纶基抗静电织物水洗前后静电压和半衰期测试结果如表1、2所示。平纹涤纶织物原样静电压和半衰期分别为3 835 V和300 s，斜纹涤纶织物原样则为3 982 V和300 s。

由表1可知，涤纶织物负载GO后，静电压和半衰期明显下降，抗静电性能大幅度提升。不管平纹还是斜纹涤纶织物，随着GO质量浓度的增加，织物静电压和半衰期不断减小，抗静电性能逐渐提高。当GO质量浓度增加到15 g/L时，静电压和半衰期都不再减少，说明涤纶织物表面GO的负载量已经达到饱和；多巴胺原位聚合负载15 g/L GO时，平纹涤纶织物表面静电压、半衰期分别为1 156 V和1.210 s，斜纹涤纶织物则为1 243 V和1.510 s。另外，由表1还可看出，涤纶织物表面多巴胺原位聚合后静电压和半衰期值已经开始降低，这是由于多巴胺在涤纶织物表面原位聚合形成了一层连续的聚多巴胺膜，具有较高的亲水性能，使织物表面的电荷通过离子形式释放，从而使涤纶织物抗静电性能提高；当多巴胺原位聚合负载GO后，织物表面电阻率从108Ω·cm降至106Ω·cm以下，可推测GO的导电性使负载GO的涤纶织物表面形成导电网络，加速织

图5 涤纶织物负载GO前后的TG和DTG曲线Fig.5 TG (a) and DTG (b) of fabrics before and after GO loading

表1 不同整理方案涤纶织物水洗前的抗静电性Tab.1 Antistatic property of polyester fabric with different finishing schemes before washing

表2 不同整理方案涤纶织物水洗15次后的抗静电性Tab.2 Antistatic property of polyester fabric with different finishing schemes after washing 15 times

物表面电荷的散离，从而进一步提高了涤纶织物的抗静电性能。

表1显示，当GO质量浓度相同时，平纹织物的静电压和半衰期比斜纹织物小，说明在相同条件下，负载GO后平纹涤纶织物抗静电效果优于斜纹。从织物组织结构角度来看，纱线密度相同时平纹织物紧度大于斜纹，这使平纹织物利于多巴胺原位聚合形成聚多巴胺膜，增加织物表面负载GO的量，所以负载相同质量浓度GO时平纹织物的抗静电效果优于斜纹织物。从表2 负载GO涤纶织物水洗15次后的抗静电性可知，经15次水洗后平纹、斜纹涤纶织物静电压和半衰期都略微增大。图6示出织物水洗后静电压和半衰期变化率。

图6 织物水洗后静电压和半衰期变化率Fig.6 Static voltage and half-life change rate of fabrics after washing

由图6可看出：平纹织物水洗后静电压变化率不超过3.27%,斜纹织物不超过4.52%；平纹织物半衰期变化率不超过8.61%，斜纹织物不超过8.19%，织物抗静电性能稍有下降。这是由于织物表面多余的GO脱落，但多巴胺对涤纶织物的改性使大部分GO仍然紧密负载。

图7示出织物经水洗后的SEM照片。仔细观察织物表面附着GO的情况可看出，抗静电效果具有水洗耐久性。当多巴胺原位聚合后负载15 g/L GO时，经15次水洗后平纹涤纶织物表面静电压和半衰期分别为1 179 V和1.290 s，斜纹织物则为1 263 V和1.580 s，织物仍具有优良的抗静电性能。

图7 涤纶织物水洗后SEM照片Fig.7 SEM images of polyester fabric after washing. (a) Sample loaded with dopamine; (b) Sample loaded with dopamine and GO (10 g/L); (c) Sample loaded with dopamine and GO (15 g/L)

3 结 论

1)通过多巴胺原位聚合和氧化石墨烯负载对涤纶织物进行抗静电整理，成功制备了涤纶基抗静电织物。随着氧化石墨烯质量浓度增加，织物抗静电性能逐渐提高。当氧化石墨烯质量浓度保持在15 g/L时，平纹涤纶织物表面静电压和半衰期分别为1 156 V和1.210 s；斜纹涤纶织物则为1 243 V和1.510 s。

2)负载多巴胺/氧化石墨烯后，涤纶织物抗静电效果具有一定的水洗耐久性。经15次水洗后，平纹涤纶织物表面静电压和半衰期仍能达到1 179 V和1.290 s，斜纹涤纶织物达到1 263 V和1.580 s。