CN106012090A - 一种石墨烯导电复合纤维的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯导电复合纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种石墨烯导电复合纤维的制备方法。包括以下制备步骤：1）将麻纤维置于果胶酶溶液中常温浸泡；然后将处理后的麻纤维继续浸入到壳聚糖水溶液中浸泡，脱水、烘干；2）将制得的麻纤维浸泡在石墨烯分散液中，然后置于烘箱中烘干，即得石墨烯导电复合纤维。本发明的技术优点在于：1）本发明通过加入石墨烯纤维混纺，提高了麻纤维的强度和韧性，使得导电复合纤维的电阻率约10～103Ω·m，而常规纤维的电阻率约1014Ω·m。2）本发明的麻纤维经生物酶改性处理后，可提高复合纤维的染色效果。

Description

一种石墨烯导电复合纤维的制备方法
技术领域
本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种石墨烯导电复合纤维的制备方法。
背景技术
导电纤维一直是功能性纤维的研究热点，一般是指电阻率小于108Ω·cm的纤维，具有导电、电热和防电磁辐射等功能，通常集中应用于特殊场合中使用的抗静电服或防电磁辐射服装等领域。
导电纤维制造的主要方法包括，一种为常规纤维表面涂覆导电成分，另一种为导电材料与纤维原料混合，通过纺丝工艺制成导电纤维。纤维表面涂覆导电层法是将含有金属、碳黑或金属化合物的导电材料，涂覆于纤维表面制成导电纤维，也可将聚苯胺等导电高聚物通过原位聚合法吸附于纤维表面获得导电纤维，上述方法制备的纤维导电性能突出，但耐水洗性及耐久性不够理想。共混纺丝将导电粒子（主要为碳黑或金属化合物）与非导电成分的主体聚合物进行共混，通过熔融或湿法纺丝工艺制备复合导电纤维，在纺丝过程中，导电粒子极易产生团聚，影响复合纤维的导电效果。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂窝晶格的二维纳米材料，具有完美的大π共轭体系和最薄的单层原子厚度（0.34nm）的结构。由于其特殊的纳米结构以及优异的物理化学性能（高强、高导热、高导电、超轻质）而在生物医学、储能、传感器和复合材料等诸多领域展现出巨大的应用潜能。
将石墨烯与麻纤维复合，制备导电复合纤维的研究仍鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯导电复合纤维的制备新方法。
实现本发明目的采用的优选技术方案为：一种石墨烯导电复合纤维的制备方法，该方法包括以下制备步骤：
1）将麻纤维置于果胶酶溶液中常温浸泡；然后将处理后的麻纤维继续浸入到壳聚糖水溶液中浸泡，脱水、烘干；
2）将步骤1）制得的麻纤维浸泡在石墨烯分散液中，然后置于烘箱中烘干，即得石墨烯导电复合纤维；
其中，所述的石墨烯分散液为羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的混合物，羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为100mg：（50～100mL）。
优选的，步骤1）中所述的果胶酶溶液的浓度为10～50g/L，浸泡时间为15～30分钟；所述的壳聚糖水溶液浓度为10～20g/L，浸泡时间为1～3小时。
优选的，所述的麻纤维与石墨烯分散液的质量体积比为1g：（5～20mL），浸泡时间为1～3小时。
更优选的，所述的羧基化石墨烯纤维由如下步骤制得：
1）将氧化石墨烯加入去离子水中，氧化石墨烯和去离子水的质量体积比为 1mg：（1～3mL），超声分散 0.5～2小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2）将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，所述氯乙酸与氧化石墨烯的质量比为50：1，然后在搅拌速度为50～200转/分钟条件下，将混合溶液加热到60～80℃，保持其反应0.5～3小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
3）将羧基化氧化石墨烯超声分散于N,N- 二甲基甲酰中。
本发明的技术优点在于：1）本发明通过加入石墨烯纤维混纺，提高了麻纤维的强度和韧性，使得导电复合纤维的电阻率约10～103Ω·m，而常规纤维的电阻率约1014Ω·m。2）本发明的麻纤维经生物酶改性处理后，可提高复合纤维的染色效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例 1
1）将1g***纤维置于50mL浓度为10g/L果胶酶溶液中常温浸泡30分钟；然后将处理后的***纤维继续浸入到50mL浓度为20g/L壳聚糖水溶液中浸泡1小时，脱水、烘干；
2）将制得的棉纤维浸泡在5mL石墨烯分散液中1小时，然后置于烘箱中烘干，即得石墨烯导电复合纤维。该石墨烯分散液为羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的混合物，羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为100mg：50mL。
实施例 2
1）将1g***纤维置于50mL浓度为50g/L果胶酶溶液中常温浸泡15分钟；然后将处理后的***纤维继续浸入到50mL浓度为10g/L壳聚糖水溶液中浸泡3小时，脱水、烘干；
2）将制得的棉纤维浸泡在20mL石墨烯分散液中2小时，然后置于烘箱中烘干，即得石墨烯导电复合纤维。该石墨烯分散液为羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的混合物，羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为100mg：80mL。
实施例 3
1）将1g***纤维置于50mL浓度为30g/L果胶酶溶液中常温浸泡20分钟；然后将处理后的***纤维继续浸入到50mL浓度为15g/L壳聚糖水溶液中浸泡2小时，脱水、烘干；
2）将制得的棉纤维浸泡在10mL石墨烯分散液中3小时，然后置于烘箱中烘干，即得石墨烯导电复合纤维。该石墨烯分散液为羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的混合物，羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为100mg：100mL。
实施例 4
实施例1～3中的石墨烯纤维可通过如下步骤制得。
1）将100mg氧化石墨烯加入100mL去离子水中，超声分散 0.5小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2）往分散均匀的氧化石墨烯水溶液中加入5g氯乙酸混合，然后在搅拌速度为50转/分钟条件下，将混合溶液加热到80℃，保持其反应0.5小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
3）取100mg羧基化氧化石墨烯超声分散于50mL N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
实施例 5
实施例1～3中的石墨烯纤维也可通过如下步骤制得。
1）将100mg氧化石墨烯加入200mL去离子水中，超声分散1小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2）往分散均匀的氧化石墨烯水溶液中加入5g氯乙酸混合，然后在搅拌速度为100转/分钟条件下，将混合溶液加热到60℃，保持其反应3小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
3）取100mg羧基化氧化石墨烯超声分散于80mL N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。
实施例 6
实施例1～3中的石墨烯纤维还可通过如下步骤制得。
1）将100mg氧化石墨烯加入300mL去离子水中，超声分散2小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
2）往分散均匀的氧化石墨烯水溶液中加入5g氯乙酸混合，然后在搅拌速度为200转/分钟条件下，将混合溶液加热到70℃，保持其反应2小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
3）取100mg羧基化氧化石墨烯超声分散于100mL N,N- 二甲基甲酰中得到纺丝原液，最后通过湿法纺丝制得石墨烯纤维。

Claims (4)

1.一种石墨烯导电复合纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
(1)将麻纤维置于果胶酶溶液中常温浸泡；然后将处理后的麻纤维继续浸入到壳聚糖水溶液中浸泡，脱水、烘干；
(2)将步骤(1)制得的麻纤维浸泡在石墨烯分散液中，然后置于烘箱中烘干，即得石墨烯导电复合纤维；
其中，所述的石墨烯分散液为羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的混合物，羧基化石墨烯与N,N- 二甲基甲酰的质量体积比为100mg：（50～100mL）。
2.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合纤维的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的果胶酶溶液的浓度为10～50g/L，浸泡时间为15～30分钟；所述的壳聚糖水溶液浓度为10～20g/L，浸泡时间为1～3小时。
3.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合纤维的制备方法，其特征在于：所述的麻纤维与石墨烯分散液的质量体积比为1g：（5～20mL），浸泡时间为1～3小时。
4.根据权利要求1所述的石墨烯导电复合纤维的制备方法，其特征在于：所述的羧基化石墨烯纤维由如下步骤制得：
(1)将氧化石墨烯加入去离子水中，氧化石墨烯和去离子水的质量体积比为 1mg：（1～3mL），超声分散 0.5～2小时后，得到分散均匀的氧化石墨烯水溶液；
(2)将分散均匀的氧化石墨烯水溶液与氯乙酸混合，所述氯乙酸与氧化石墨烯的质量比为50：1，然后在搅拌速度为50～200转/分钟条件下，将混合溶液加热到60～80℃，保持其反应0.5～3小时，冷却至室温，用滤膜过滤，干燥后得到羧基化氧化石墨烯；
(3)将羧基化氧化石墨烯超声分散于N,N- 二甲基甲酰中。
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