高耐洗性导电织物的制备及性能研究

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可穿戴电子产品可以随时监测人体健康,受到人们越来越多的关注。由于纺织品的柔软性、舒适性和便携性,将纺织品转化为电子产品的研究日益增多。如果想要将电子纺织品投入市场使用,其寿命将是最重要的考虑因素。所有的电子纺织品在其使用周期内会遭到各种因素的破坏,而洗涤过程是最具破坏力的,将其用于智能服装时导电组分的脱落使得导电性能下降,进而检测信号不稳定,因此亟需解决电子纺织品的耐洗性和稳定性。导电组分的导电性及导电组分与织物间的粘合力对具有涂层的电子纺织品的应用至关重要,但是纤维表面缺乏功能性基团,不利于导电层的稳定性。因此对织物表面预处理,暴露纤维中的官能团或引入新的官能团,增强纤维与导电层的结合力,制备具有优异导电性和耐洗性的织物电极是一个重要的研究方向。本文以银为导电组分,以棉织物和涤纶织物为基材,采用硅烷偶联剂在纤维表面接枝巯基,通过对改性织物表面化学镀银,制备了两种具有优良导电性和抗菌性的双功能织物电极。研究了改性织物和镀银织物的形貌、结晶性、热稳定性、表面疏水性等性能,并利用织物电极对人体运动时的心电图(ECG)进行了有效的捕捉。1.选用棉织物(CF)为原料,以γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)为改性剂,选用不同温度、浓度和时间处理制备改性棉织物(M-CF),在织物表面引入巯基,再采用托伦试剂,葡萄糖还原银氨离子([Ag(NH3)2]+),在M-CF表面负载银纳米颗粒(Ag NPs),制备得到银/改性棉织物(Ag/M-CF),研究硅烷接枝率与导电性的关系。实验结果表明:高温改性加快硅烷接枝速率,M-CF表面呈现疏水性,硅烷接枝率应在一定范围内,可以获得最佳的导电性。当改性条件为1 wt%MPTS,100°C,1 h时,导电织物的方块电阻为0.33Ω/sq,银层均匀致密,经过200次洗涤后,方块电阻为2.49Ω/sq。2.选用第二章最佳改性条件对涤纶织物(PETF)改性处理,比较改性涤纶织物(M-PETF)与M-CF的性能差异,采用扫描电镜(SEM)观察Ag/M-CF与银/改性涤纶织物(Ag/M-PETF)的银沉积过程的差异。实验结果表明:M-PETF表面呈现疏水性,改性处理提高了PETF的热稳定性,电子能谱(EDS)证实了硅烷在纤维上接枝,涤纶纤维表面光滑,织物平整,与Ag/M-CF相比,Ag/M-PETF表面的银层更薄,纤维完全被覆盖,织物电极的方块电阻为7.18 mΩ/sq,经过200次洗涤后,方块电阻为0.93Ω/sq。3.通过单因素实验探究影响Ag/M-CF与Ag/M-PETF的导电性能稳定性的因素,比较Ag/M-CF与Ag/M-PETF的抗菌性能与抗菌效率,并将它们应用于捕捉人体运动时的ECG。实验结果表明:棉纤维弹性较差,拉伸和弯曲后的Ag/M-CF的银层呈现剥落的趋势,导电性能急剧下降,而涤纶纤维具有一定弹性,银层虽然呈现一定的断裂趋势,但Ag/M-PETF导电性能受拉伸、弯曲影响较小。在恒温恒湿环境中放置一段时间,Ag/M-CF中散落银粒子易氧化导致导电性能降低,但是5周后,方块电阻几乎不变,Ag/M-PETF导电性能几乎不受影响。Ag/M-CF中银离子释放速率更快,抗菌效率为100%,洗涤200次后,抗菌效率降至92.82%,Ag/M-PETF银离子释放缓慢,洗涤200次后抗菌效率从84.15%降至83.93%。两种织物电极嵌入智能服装中捕捉人体运动时的ECG,结果显示正常,所测得心率随着运动速度的增加而增加,并且经过200次洗涤后,ECG的波形依旧清晰可见。
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