一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法与流程

本发明属于功能复合材料制备，具体地说，涉及一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法。

背景技术：

1、近年来，人工智能技术的飞速发展，智能纺织品在运动监测、健康评估、康复医疗等方面发挥着重要的作用。智能纺织品之所以能有如此强大而复杂的功能，关键在于内部的柔性纺织传感器，这是其智能化的核心部分。纺织基柔性导电复合材料作为纺织传感器的重要组件，目前的制备方法多采用后整理涂层法，此方法制备纺织基柔性导电复合材料过程中，大多通过添加聚氨酯等材料，以提高涂层的柔韧性，不仅对环境造成一定的污染，且涂层与纱线结合不牢度，经摩擦、洗涤后导电涂层很容易脱落，导致导电性能的持久性较差。

2、丝素蛋白，又称为蚕丝蛋白，其作为一种天然蛋白，分子结构中具有重复的有序β折叠，具有良好的成膜性。但所形成的丝素蛋白膜侧链分子间存在大量的氢键，致使丝素蛋白膜脆性大，柔软性较差。以丝素蛋白膜携带导电材料并包覆纱线从而提供导电性能，使用过程中，丝素蛋白膜受摩擦、洗涤等外力作用后极易脱落，仍然无法解决提高导电性能持久性的问题。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种纺织基柔性导电复合材料及制备方法，利用丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物，高温缩聚后可将导电材料包覆于纤维素材料上，且包覆膜与纤维素间形成化学交联，提高了导电复合材料的耐洗性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

3、一种纺织基柔性导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物分散于溶剂中，形成分散液；

5、(2)将导电材料添加至所述分散液中，分散均匀，得到导电分散液；

6、(3)将纤维素材料浸渍于所述导电分散液中，取出后进行干燥处理；

7、(4)干燥后的纤维素材料进行高温烘焙处理，即得所述纺织基柔性导电复合材料。

8、本发明中，将导电材料分散于包含丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物的分散液中，再通过浸渍的方式负载于纤维素材料上，经过后续的高温烘焙处理，可形成牢固附着在纤维素材料上的柔性导电薄膜。其中，通过丝素蛋白和紫胶桐酸、多羧基化合物的高温缩聚可改善丝素蛋白膜的柔韧性，保留纤维素材料柔性特质的情况下，可将导电材料有效地包覆于纤维素材料上，从而赋予复合材料良好的导电性能。多羧基化合物还可以起到交联剂的作用，将柔性导电薄膜与纤维素材料以化学键相连，增强两者之间的结合力，避免了所述柔性导电薄膜容易随使用或洗涤而脱落的问题，提高了导电复合材料的耐洗性。

9、进一步地，步骤(1)的分散液中，丝素蛋白质量与溶剂体积的比例为16～20g：1l；紫胶桐酸质量与溶剂体积的比例为14～18g：1l；多羧基化合物质量与溶剂体积的比例为1～3g：1l。

10、作为一种具体实施方式，丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物的质量比为16～20:14～18:1～3，优选为18:14～18:1～3。

11、在上述方案中，若丝素蛋白添加量过低，或紫胶桐酸的添加量过高，会造成所形成薄膜的柔韧性不足，也即薄膜脆性较大，并且形成的薄膜不连续，无法有效地将导电材料包覆于纤维素材料上，进而使得所得导电复合材料的导电性能不佳。而如果丝素蛋白的添加量过高，或紫胶桐酸的添加量偏低，对丝素蛋白膜的柔韧性改善效果不明显，同样也会导致薄膜的柔韧性较差，包覆性不佳，影响所得导电复合材料的导电性能。

12、而对于多羧基化合物的添加量，若添加量较少，也会导致形成的薄膜柔韧性不足，包覆性不佳，造成导电性能不佳，同时，还会导致薄膜与纤维素材料之间有效的化学键连接过少，使得薄膜容易随着洗涤或使用过程脱落，造成所得导电复合材料的导电性能在水洗后产生明显下降。但如果多羧基化合物的添加量过多，又会与丝素蛋白和紫胶桐酸过度交联，限制薄膜中分子链的自由移动，同样会降低薄膜的柔韧性，使得薄膜受外力作用时易破损剥离，进而使得负载于纤维素材料上的导电材料易脱落，造成所得导电复合材料的导电性能在水洗后产生明显下降。

13、本发明中，经试验发现，将丝素蛋白相对溶剂的添加量控制在16～20g/l，紫胶桐酸相对溶剂的添加量控制在14～18g/l，多羧基化合物相对溶剂的添加量控制在1～3g/l，可以得到导电性能良好，同时具有良好耐洗性的导电复合材料。

14、进一步地，所述的多羧基化合物选自柠檬酸、edta或btca。

15、本发明中，所述的多羧基化合物优选采用柠檬酸。如此，所使用的丝素蛋白、紫胶桐酸和柠檬酸均为天然物质，环保可降解，对环境友好，无污染，符合绿色化学的理念。

16、进一步地，步骤(2)的导电分散液中，导电材料质量与溶剂体积的比例为10～14g：1l。

17、在上述方案中，若导电材料添加量偏低，导致所得复合材料中导电材料的负载量过少，无法形成有效的导电网络，进而无法获得具有导电性能的复合材料。而如果导电材料的添加量过大，容易在分散液中发生团聚，导致分散不均匀，进而在后续处理过程中会导致所形成的薄膜不连续，包覆性不佳，也会导致所得复合材料的导电性能较差，甚至几乎不具备导电性能。

18、进一步地，所述导电材料选自石墨烯纳米片、碳纳米纤维、碳纳米管、银纳米颗粒、金纳米颗粒中的一种或其中几种的混合物；

19、优选地，所述导电材料为石墨烯纳米片。

20、石墨烯是一种二维层状、单分子厚度的碳单质，呈六角型蜂巢晶格结构。石墨烯的电阻率低，导电能力突出，在常温下的电子迁移率高，并且石墨烯的电子迁移率十分稳定，受化学掺杂和外界温度变化影响较小。因此，选用石墨烯纳米片作为导电材料具有诸多的优异性能。

21、进一步地，步骤(2)中，所述导电材料加入分散液后进行超声处理，分散均匀。

22、进一步地，步骤(1)中，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、氯仿、丙酮中的一种或其中几种的混合液；

23、优选地，所述溶剂为甲醇和氯仿的混合液；

24、更优地，所述溶剂中，甲醇和氯仿的体积比为1:1。

25、进一步地，步骤(3)中，所述纤维素材料在常温条件下浸渍于导电分散液中，浸渍一段时间后，烘干除去溶剂；

26、优选地，浸渍时长为20～40min；

27、优选地，烘干温度为60～80℃。

28、作为一种具体实施方式，所述的纤维素材料可以选择纤维素纱线。所述的纤维素纱线浸渍本发明所述的导电分散液后，经烘干和高温烘焙处理，可制成具有导电性能的导电纱线，进而根据实际需求可以将所述导电纱线制成不同形态的产品，例如导电纤维或导电面料等。

29、进一步地，步骤(4)中，高温烘焙温度为160～190℃，烘焙时间为5～10min。

30、作为一种具体实施方式，将烘干后的纤维素材料置于热风烘箱中，在160～190℃下烘焙5～10min，从而获得所述的纺织基柔性导电复合材料。

31、一种纺织基柔性导电复合材料，由上述所述的纺织基柔性导电复合材料的制备方法制备得到。

32、本发明中，所制得的纺织基柔性导电复合材料具有良好的导电性能。具体地，当选用纤维素纱线作为原料时，制得的导电纱线在低张力状态下每厘米长度的电阻值不高于1.60kω/cm。同时，所得导电复合材料的耐洗性良好，水洗后的导电性能不发生明显下降。

33、采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

34、1、通过丝素蛋白、紫胶桐酸和多羧基化合物的高温缩聚，改善了丝素蛋白膜的柔韧性，从而可以有效地将导电材料包覆于纤维素材料上，赋予纤维素材料良好的导电性能，同时，通过多羧基化合物起到交联剂作用，在所形成的薄膜与纤维素材料间形成了化学交联，使得薄膜与纤维素材料的结合更加牢固，避免了导电材料随着水洗或适用的损失，提高了导电复合材料的耐洗性；

35、2、采用柠檬酸作为交联剂，其与丝素蛋白和紫胶桐酸均为天然物质，环保可降解，制备过程对环境友好，无污染，符合绿色化学的理念。

36、下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。