纳米CuS/RGO复合材料的制备及其在超疏水多功能纺织品的应用

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受自然界中超疏水荷叶表面的启发,特殊润湿性表面引起了众多学者的极大关注,超疏水表面的理论基础得以快速发展。将超疏水表面应用于纺织品,可以赋予纺织品超疏水、自清洁和油水分离等特性。研究表明,制备超疏水表面需要粗糙的微纳米结构和低表面能的协同。通常粗糙的微纳米结构可以通过在纺织品表面引入无机纳米粒子来实现。同时,利用无机纳米材料原本所具有的物理化学性质,可以使纺织品具有阻燃、抗紫外、光催化和电磁屏蔽等性能。CuS作为一种过渡金属硫化物,在催化、吸波和锂电等方面具有重要应用价值。三维石墨烯具有比表面积大、高导电率和优良的机械性能等特点。CuS/RGO复合材料具有优良的光催化、导电和吸波性能,可以应用于纺织品进而提高纺织品附加值。制备超疏水表面的另一个重要因素低表面能可以通过引入环保无氟的有机硅烷来实现,如聚二甲基硅氧烷。因此,探索简单有效的制备工艺,制备环保的超疏水多功能纺织品具有重要的意义。本文主要研究内容如下:(1)纳米CuS的制备及其在超疏水多功能棉织物上的应用。以二水合氯化铜和硫代乙酰胺分别提供铜源和硫源,甲醇和水为溶剂,采用水浴加热法制备纳米CuS,分别对反应物用量、溶剂比、反应时间、反应温度等因素进行探讨,制备形貌可控的纳米CuS。采用SEM、XRD、BET、UV-Vis对纳米CuS表征。CuS由片状堆积形成的球形结构,具有六方晶相结构,比表面积为10.76m~2/g,对紫外及可见光具有良好的吸收性能。光催化性能测试表明,在氙灯照射下纳米CuS加入双氧水对亚甲基蓝的降解率达到了98%,具有优良的光催化性能。将CuS与PDMS结合整理到棉织物的表面。采用SEM、XPS、AFM等对整理棉织物进行表征,并对其接触角、抗紫外、自清洁等性能进行测试。探讨CuS和PDMS用量对疏水性的影响,当CuS和PDMS的用量分别为2%和1.5%时接触角为159.3°,水滴、牛奶、咖啡和可乐在其表面可以保持完整的球形,且具有优良的自清洁效果。仅用PDMS棉织物表面粗糙度Rq为9.7nm,CuS整理棉织物的粗糙度Rq增大到71.7nm,表面粗糙度明显增加。抗紫外(UPF)达到了535.36,紫外线透过率几乎为0;油水分离效率达到了96%。(2)CuS/RGO复合材料的制备及其性能研究。采用两步水热法制备CuS/RGO复合材料。利用XRD、Raman、XPS、SEM、BET、UV-Vis等对CuS/RGO复合材料表征,并对其光催化和吸波性能进行研究。结果表明,所制备的纳米CuS/RGO复合材料具有较好结晶、比表面积大、较宽的可见光吸收等特性。RGO含量为20%时,0.1g CuS/RGO复合材料在氙灯下照射120min降解率可以达到98.6%,CuS/RGO复合材料经5次循环试验后仍有较好光催化性能。当CuS/RGO复合材料与石蜡的比例为1:8吸波性能最好,厚度为2.5mm时,反射损耗达到最大值-41.7d B。整理棉织物的电磁屏蔽效果达到了-33d B。(3)基于纳米CuS/RGO复合材料制备超疏水多功能纺织品。将CuS/RGO复合材料与低表面能的PDMS结合通过浸轧整理的方法制备了CuS/RGO@PDMS棉织物。分别探讨了CuS/RGO的用量、PDMS的用量、焙烘温度、焙烘时间对疏水性的影响。当CuS/RGO和PDMS的用量都为2%,焙烘时间为60min,焙烘温度为130℃时,疏水性最佳,达到了158.4°具有优良的超疏水性能。并利用SEM、FIRT、XRD和XPS对CuS/RGO和PDMS整理棉织物进行表征。CuS/RGO@PDMS的粗糙度Rq达到了76.3nm,表面粗糙度明显增加;UPF值达到了851.2,显示出优良的抗紫外性能;具有优良的自清洁及油水分离效果,油水分离效率达到了94%;整理棉织物对亚甲基蓝的降解率达到了92%,具有良好的光催化性能。
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