采用原位自還原法制備了還原氧化石墨烯改性棉織物，通過正交試驗得出了較優制備工藝：氧化石墨烯質量分數1.14%（omf），還原溫度90℃，還原時間2.5 h，pH值3。測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力。

結果表明：負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力均有所提高；在50次標準水洗后，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良。

認為：經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，斷裂強力提升。

棉織物柔軟透氣、吸濕性好，是紡織服裝行業使用量較大的織物材料。隨著人民生活水平的提高，傳統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良性能的前提下，賦予棉織物抗菌、防紫外線、導電等功能

石墨烯具有優異的電學、磁學、力學、熱學等物理和化學性能，在納米電子器件、生化傳感器、太陽能電池、超級電容器、鋰離子電池及復合材料等領域應用前景廣闊。有科研工作者設想將石墨烯負載在棉織物上，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，使其帶負電荷，片層之間通過靜電排斥作用，可達到較好的分散效果，在水溶液中也能均勻分散。采用不同的還原方法，如化學還原劑還原法、水熱/溶劑熱還原法、電化學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上的含氧官能團能與棉織物的活性位點發生吸附，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），對其形貌進行了表征，分析了GO用量對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。

實驗部分

1、試驗原料和儀器織物

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型電熱恒溫鼓風干燥箱、Datacolor Tools Plus型測色配色儀、EM?30型掃描電鏡、IS10型傅里葉紅外光譜測試儀、912E型紡織品防紫外性能測試儀、YG（B）342D型織物感應式靜電測試儀、YG（B）065H?250型強力儀。

2、試驗及測試方法

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“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，所以試驗以Δb值反映GO/棉織物的還原程度。采用Datacolor Tools Plus型測色配色儀，在D65/10°光源下，測試GO/棉織物還原前后的b值，試樣測試3次，取平均值，計算其Δb值。

掃描電子顯微鏡（SEM）測試：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。

傅里葉紅外光譜測試：采用IS10型傅里葉紅外光譜儀對棉織物原樣與RGO/棉織物進行紅外光譜測試分析。

防紫外線性能測試：參照AS/NZS 4399—1996《日光防護服評定和分級》，按照式（1）計算紫外線防護系數UPF值，TUVA為長波紫外線透射比，TUVB為短波紫外線透射比。下表為紫外防護系數和防護等級。

UPF=5.374/（4.705TUVB+1.025TUVA）（1）

抗菌性能測試：參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》，選取金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作為試驗菌種，按式（2）計算抑菌率Y，Wb為標準空白試樣震蕩接觸18 h~24 h后燒瓶內的活菌濃度，Wa為抗菌織物試樣震蕩接觸18 h~24 h后燒瓶內的活菌濃度。

Y=（Wb-Wa）/Wb×100%（2）

耐洗性能測試: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RGO/棉織物分別進行5次、20次、30次、50次洗滌。洗滌條件及工藝：用2 g/L標準合成洗滌劑，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/棉織物進行防紫外線性能測試和抗菌性能測試。

拉伸性能測試: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：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，測試處理前后棉織物的拉伸性能。

實驗結果

1、正交試驗

為了解GO在棉織物上的負載還原情況，在單因素試驗基礎上，進行L（934）正交試驗，因素水平設計見下表。以Δb值反映GO負載棉織物的還原程度。Δb值越大，GO被還原的程度越高，所負載的RGO越多，試驗結果見下表。

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

2、SEM分析

按照上述試驗方法制備RGO/棉織物，對棉織物和RGO/棉織物進行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伸縮振動峰、—CH伸縮振動峰、—CH彎曲振動峰和C—O伸縮振動峰。與棉織物原樣相比，RGO/棉織物的光譜上沒有出現新特征峰，也無特征峰的明顯偏移，但在3340cm-1~1 050cm-1范圍內上述特征峰的峰強均有不同程度增大，這表明由碳原子組成并帶有少量官能團的RGO負載到了棉織物上。

4、RGO/棉織物的性能

防紫外線性能：采用上述測試方法測試不同GO用量下GO/棉織物和RGO/棉織物的TUVA和TUVB，計算UPF值，結果見下表。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/棉織物達到了表中所劃分的較好防護級別，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56.09，達到了表中所示的非常優異的防護級別，即RGO可進一步提高棉織物的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試菌種，按照上述測試方法測試棉織物原樣、GO/棉織物和RGO/棉織物的抗菌性能，抑菌圖如下所示，（a）為棉織物原樣對大腸桿菌的抑菌圖，（b）為GO/棉織物對大腸桿菌的抑菌圖，（c）為RGO/棉織物對大腸桿菌的抑菌圖，（d）為棉織物原樣對金黃色葡萄球菌的抑菌圖，（e）為GO/棉織物對金黃色葡萄球菌的抑菌圖，（f）為RGO/棉織物對金黃色葡萄球菌的抑菌圖。抑菌率測試結果見下表。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分別為3841CFU、4248CFU，棉織物本身不具備抗菌性能。負載GO后，GO/棉織物上大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌落數目分別減少至1186 CFU和905CFU，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達到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目分別減少至453 CFU和412 CFU，對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構的RGO可進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℃下分別進行5次、10次、30次、50次洗滌，測試并計算洗滌后RGO/棉織物的防紫外性能和抑菌率，以此評價原位自還原制備RGO/棉織物的防紫外線性能和抗菌耐水洗性能，結果見下表。由下表可知，隨著水洗次數增加，RGO/棉織物的紫外線防護系數和抑菌率變化不大，即RGO/棉織物經過多次洗滌仍具優異的防紫外線性能和抗菌性能，這可能是因為通過自還原將溶于水的GO還原為不溶于水的RGO，使其難以從棉織物上脫落，故RGO/棉織物具有優異的耐水洗性。

拉伸性能：采用上述測試方法測試棉織物原樣和RGO/棉織物的斷裂強力和斷裂伸長率，分析棉織物的力學性能，結果見下表。由表可知，棉織物原樣的經向、緯向斷裂強力依次為409N和264N，負載RGO后，RGO/棉織物的經、緯向斷裂強力則分別提高至566N和349N，表明負載RGO可提高棉織物的斷裂強力；另外，與棉織物原樣相比，RGO/棉織物的經向、緯向斷裂伸長率分別由12.05%和11.48%提升至14.80%和12.95%，說明負載RGO對棉織物的斷裂伸長率有一定提升。

結論

原位自還原法可制備RGO/棉織物，且使RGO片層均勻負載于棉織物上；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℃，還原時間2.5 h。GO的負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次標準水洗后，RGO/棉織物的防紫外線性能和抗菌性能仍然優良；負載RGO對棉織物的斷裂強力和斷裂伸長率有一定提升。

審核編輯 ：李倩