采用原位自還原法制備了還原氧化石墨烯改性棉織物，通過正交試驗(yàn)得出了較優(yōu)制備工藝：氧化石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.14%（omf），還原溫度90℃，還原時(shí)間2.5 h，pH值3。測(cè)試了還原氧化石墨烯改性棉織物的抗菌性能、防紫外線性能、耐水洗性能和斷裂強(qiáng)力。

結(jié)果表明：負(fù)載氧化石墨烯可以有效改善棉織物的抗菌性能、防紫外線性能；經(jīng)過原位自還原后，還原氧化石墨烯改性棉織物的抗菌性能、防紫外線性能和斷裂強(qiáng)力均有所提高；在50次標(biāo)準(zhǔn)水洗后，還原氧化石墨烯改性棉織物的防紫外線性能和抗菌性能仍然優(yōu)良。

認(rèn)為：經(jīng)過還原氧化石墨烯改性后，棉織物具有較好的抗菌性能和防紫外線性能，織物耐水洗性較好，斷裂強(qiáng)力提升。

棉織物柔軟透氣、吸濕性好，是紡織服裝行業(yè)使用量較大的織物材料。隨著人民生活水平的提高，傳統(tǒng)的棉織物已不能完全滿足人們的需求，多功能紡織品的需求越來越大。功能改性棉織物是在保留其原有優(yōu)良性能的前提下，賦予棉織物抗菌、防紫外線、導(dǎo)電等功能

石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等物理和化學(xué)性能，在納米電子器件、生化傳感器、太陽能電池、超級(jí)電容器、鋰離子電池及復(fù)合材料等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。有科研工作者設(shè)想將石墨烯負(fù)載在棉織物上，但石墨烯與棉織物之間沒有親和力，難于與棉織物直接結(jié)合。氧化石墨烯（以下簡稱GO）是石墨烯的重要衍生物，其表面具有羧基、羥基等含氧官能團(tuán)，使其帶負(fù)電荷，片層之間通過靜電排斥作用，可達(dá)到較好的分散效果，在水溶液中也能均勻分散。采用不同的還原方法，如化學(xué)還原劑還原法、水熱/溶劑熱還原法、電化學(xué)還原法和微波輔助還原法等可得到還原氧化石墨烯（以下簡稱RGO）。

下述研究基于GO上的含氧官能團(tuán)能與棉織物的活性位點(diǎn)發(fā)生吸附，采用原位自還原法制備了還原氧化石墨烯改性棉織物（以下簡稱RGO/棉織物），對(duì)其形貌進(jìn)行了表征，分析了GO用量對(duì)氧化石墨烯改性棉織物（以下簡稱GO/棉織物）和RGO/棉織物防紫外線性能的影響，測(cè)試了棉織物原樣和RGO/棉織物的抗菌性能、耐水洗性、拉伸性能等。

實(shí)驗(yàn)部分

1、試驗(yàn)原料和儀器織物

棉織物（C27.8×C27.8425×228）。藥品有GO（自制）、去離子水、JFC。儀器有JA2003型上皿電子天平、101AB?1型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、Datacolor Tools Plus型測(cè)色配色儀、EM?30型掃描電鏡、IS10型傅里葉紅外光譜測(cè)試儀、912E型紡織品防紫外性能測(cè)試儀、YG（B）342D型織物感應(yīng)式靜電測(cè)試儀、YG（B）065H?250型強(qiáng)力儀。

2、試驗(yàn)及測(cè)試方法

RGO/棉織物的制備：稱取一定量的GO溶解在去離子水中，超聲波處理30min，得到均勻分散的GO溶液；將5cm×5cm棉織物浸入GO溶液，初次浸漬1h，烘干，多次重復(fù)“浸?烘”操作，直至GO溶液完全處理到棉織物上；將GO/棉織物于85℃~95℃還原2h~3h，制得RGO/棉織物，制備流程如下圖所示。

β值：由于GO/棉織物呈黃棕色，所以試驗(yàn)以Δb值反映GO/棉織物的還原程度。采用Datacolor Tools Plus型測(cè)色配色儀，在D65/10°光源下，測(cè)試GO/棉織物還原前后的b值，試樣測(cè)試3次，取平均值，計(jì)算其Δb值。

掃描電子顯微鏡（SEM）測(cè)試：采用EM?30型掃描電子顯微鏡觀察棉織物原樣和RGO/棉織物的表觀形貌。

傅里葉紅外光譜測(cè)試：采用IS10型傅里葉紅外光譜儀對(duì)棉織物原樣與RGO/棉織物進(jìn)行紅外光譜測(cè)試分析。

防紫外線性能測(cè)試：參照AS/NZS 4399—1996《日光防護(hù)服評(píng)定和分級(jí)》，按照式（1）計(jì)算紫外線防護(hù)系數(shù)UPF值，TUVA為長波紫外線透射比，TUVB為短波紫外線透射比。下表為紫外防護(hù)系數(shù)和防護(hù)等級(jí)。

UPF=5.374/（4.705TUVB+1.025TUVA）（1）

抗菌性能測(cè)試：參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第3部分：振蕩法》，選取金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作為試驗(yàn)菌種，按式（2）計(jì)算抑菌率Y，Wb為標(biāo)準(zhǔn)空白試樣震蕩接觸18 h~24 h后燒瓶內(nèi)的活菌濃度，Wa為抗菌織物試樣震蕩接觸18 h~24 h后燒瓶內(nèi)的活菌濃度。

Y=（Wb-Wa）/Wb×100%（2）

耐洗性能測(cè)試:參照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》中附錄Ｃ的簡化洗滌條件及程序，對(duì)RGO/棉織物分別進(jìn)行5次、20次、30次、50次洗滌。洗滌條件及工藝：用2 g/L標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑，在浴比1∶30、水溫（40±2）℃的條件下，洗滌5 min，然后在室溫下用水清洗2 min，記為洗滌一次。將洗滌后的RGO/棉織物進(jìn)行防紫外線性能測(cè)試和抗菌性能測(cè)試。

拉伸性能測(cè)試:上圖RGO/棉織物的制備過程參照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定（條樣法）》，測(cè)試處理前后棉織物的拉伸性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1、正交試驗(yàn)

為了解GO在棉織物上的負(fù)載還原情況，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行L（934）正交試驗(yàn)，因素水平設(shè)計(jì)見下表。以Δb值反映GO負(fù)載棉織物的還原程度。Δb值越大，GO被還原的程度越高，所負(fù)載的RGO越多，試驗(yàn)結(jié)果見下表。

分析表中數(shù)據(jù)可知，RGO/棉織物的最佳制備工藝為：GO用量1.14%（omf），還原溫度90℃，還原時(shí)間2.5h，pH值為3；由極差R分析可知，上述4個(gè)因素對(duì)棉織物Δb值的影響順序依次為：還原溫度>pH值>還原時(shí)間>GO用量。

2、SEM分析

按照上述試驗(yàn)方法制備RGO/棉織物，對(duì)棉織物和RGO/棉織物進(jìn)行SEM表征，如下圖所示。圖（a）中棉織物表面的纖維表面光滑，呈扁平帶狀并具有天然扭曲，圖（b）中棉織物表面的纖維被一層有褶皺的片狀薄膜物質(zhì)覆蓋。

3、傅里葉紅外光譜分析

下圖為棉織物原樣和RGO/棉織物的傅里葉紅外光譜圖。由圖可見，棉織物原樣的傅里葉紅外光譜在3340cm-1、2900cm-1、1345cm-1和1050cm-1處均存在明顯的吸收特征峰，分別代表—OH伸縮振動(dòng)峰、—CH伸縮振動(dòng)峰、—CH彎曲振動(dòng)峰和C—O伸縮振動(dòng)峰。與棉織物原樣相比，RGO/棉織物的光譜上沒有出現(xiàn)新特征峰，也無特征峰的明顯偏移，但在3340cm-1~1 050cm-1范圍內(nèi)上述特征峰的峰強(qiáng)均有不同程度增大，這表明由碳原子組成并帶有少量官能團(tuán)的RGO負(fù)載到了棉織物上。

4、RGO/棉織物的性能

防紫外線性能：采用上述測(cè)試方法測(cè)試不同GO用量下GO/棉織物和RGO/棉織物的TUVA和TUVB，計(jì)算UPF值，結(jié)果見下表。由表可知，棉織物原樣的UPF值為16.17，其自身防紫外線性能不佳，GO/棉織物和RGO/棉織物的UPF值均有所增長，且RGO/棉織物的UPF值明顯高于GO/棉織物的UPF值。GO/棉織物達(dá)到了表中所劃分的較好防護(hù)級(jí)別，說明GO可賦予棉織物一定的防紫外線性能；RGO/棉織物的UPF值最大值可達(dá)56.09，達(dá)到了表中所示的非常優(yōu)異的防護(hù)級(jí)別，即RGO可進(jìn)一步提高棉織物的UPF值，使其擁有更好的防紫外線性能。

抗菌性能：將大腸桿菌與金黃色葡萄球菌作為測(cè)試菌種，按照上述測(cè)試方法測(cè)試棉織物原樣、GO/棉織物和RGO/棉織物的抗菌性能，抑菌圖如下所示，（a）為棉織物原樣對(duì)大腸桿菌的抑菌圖，（b）為GO/棉織物對(duì)大腸桿菌的抑菌圖，（c）為RGO/棉織物對(duì)大腸桿菌的抑菌圖，（d）為棉織物原樣對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圖，（e）為GO/棉織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圖，（f）為RGO/棉織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圖。抑菌率測(cè)試結(jié)果見下表。由下圖、表可知，棉織物原樣上大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落數(shù)分別為3841CFU、4248CFU，棉織物本身不具備抗菌性能。負(fù)載GO后，GO/棉織物上大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落數(shù)目分別減少至1186 CFU和905CFU，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達(dá)到69.1%和78.7%，說明GO可起到提高棉織物抗菌性能的作用；經(jīng)還原處理后，RGO/棉織物上大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落數(shù)目分別減少至453 CFU和412 CFU，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別提高至88.2%和90.3%，可知擁有更銳利片層結(jié)構(gòu)的RGO可進(jìn)一步提高棉織物的抗菌性能。

耐水洗性能：按照上述的水洗方式，以最佳工藝制備出的RGO/棉織物在40℃下分別進(jìn)行5次、10次、30次、50次洗滌，測(cè)試并計(jì)算洗滌后RGO/棉織物的防紫外性能和抑菌率，以此評(píng)價(jià)原位自還原制備RGO/棉織物的防紫外線性能和抗菌耐水洗性能，結(jié)果見下表。由下表可知，隨著水洗次數(shù)增加，RGO/棉織物的紫外線防護(hù)系數(shù)和抑菌率變化不大，即RGO/棉織物經(jīng)過多次洗滌仍具優(yōu)異的防紫外線性能和抗菌性能，這可能是因?yàn)橥ㄟ^自還原將溶于水的GO還原為不溶于水的RGO，使其難以從棉織物上脫落，故RGO/棉織物具有優(yōu)異的耐水洗性。

拉伸性能：采用上述測(cè)試方法測(cè)試棉織物原樣和RGO/棉織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率，分析棉織物的力學(xué)性能，結(jié)果見下表。由表可知，棉織物原樣的經(jīng)向、緯向斷裂強(qiáng)力依次為409N和264N，負(fù)載RGO后，RGO/棉織物的經(jīng)、緯向斷裂強(qiáng)力則分別提高至566N和349N，表明負(fù)載RGO可提高棉織物的斷裂強(qiáng)力；另外，與棉織物原樣相比，RGO/棉織物的經(jīng)向、緯向斷裂伸長率分別由12.05%和11.48%提升至14.80%和12.95%，說明負(fù)載RGO對(duì)棉織物的斷裂伸長率有一定提升。

結(jié)論

原位自還原法可制備RGO/棉織物，且使RGO片層均勻負(fù)載于棉織物上；RGO/棉織物的最佳制備工藝：pH值為3，GO用量1.14%（omf），還原溫度90℃，還原時(shí)間2.5 h。GO的負(fù)載可以有效改善棉織物的抗菌性能和防紫外線性能，原位自還原處理后，可以進(jìn)一步提高RGO/棉織物的抗菌性能和防紫外線性能，且在50次標(biāo)準(zhǔn)水洗后，RGO/棉織物的防紫外線性能和抗菌性能仍然優(yōu)良；負(fù)載RGO對(duì)棉織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率有一定提升。

審核編輯 ：李倩