[发明专利]一种海藻酸盐‑石墨烯‑纳米氧化亚铜复合抗菌纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合抗菌纤维的制备方法，尤其涉及一种海藻酸盐-石墨烯-纳米氧化亚铜复合抗菌纤维的制备方法。

背景技术

石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，被誉为“黑金”或“新材料之王”。在潜在的应用方面，石墨烯表现出了令人惊奇的前景。

首先，石墨烯目前最有潜力的是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。据相关专家分析，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。而近日，美国麻省理工学院的科学家通过研究发现，在特定情况下，石墨烯能够被转化成具有独特功能的拓扑绝缘体。这一研究发现，有望带来一种制造量子计算机的新方法。

其次，石墨烯能助力超级电容器、锂离子电池的发展。据相关资料显示，加入石墨烯材料，同等体积的电容可扩充5倍以上的容量，而锂电池电极中加入石墨烯则可大幅度提高其导电性能。据报道，利用石墨烯聚合材料生产出来的汽车电池，有望达到这样惊人的效果：只充电几分钟，就可以让汽车连续开行1000公里。

此外，石墨烯还可应用于电路、触摸屏、基因测序。石墨烯强度超出钢铁数十倍，有望被用于制造超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣等。

石墨烯具有很强的化学敏感性，可以制成高效探测器等。涂有石墨烯的传感器可以检测到含有用于炸药、氨等化学物质的低浓度的蒸汽。

令人惊奇的是，中国科学家发现细菌细胞在石墨烯的纸上无法生长，而人类细胞则不会受损。利用这一点可以利用它来做绷带、食品包装甚至抗菌T恤衫等等。

另外，一方面，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明产品的原料，如电子产品透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板、纤维和纺织品、医用膜材料等等。

但是，截至目前，大面积的石墨烯制备一直是个世界难题，2009年12月1日在美国召开的材料科学国际会议上，日本富士通宣布，他们将原料气体吹向事先涂有用做催化剂的铁的衬底，制成了高质量的7.5厘米直径的石墨烯膜。

但7.5厘米在应用上仍会受到很大限制。如果以高分子材料作为连续相制备连续膜，但高分子材料的包覆作用又大大降低了石墨烯的抗菌性能。另外，纯石墨烯的致密性使得其无透气性，这作为医用膜材料是一种缺陷。

发明内容

本发明的目的是，提供一种以大分子海藻酸钠为连续相，掺杂沉积纳米氧化亚铜的石墨烯，制备出生物相容性好、透气性好、抗菌性能优异、可以任意连续成膜的海藻酸盐-石墨烯-纳米氧化亚铜复合抗菌纤维的方法；该方法具有工艺流程短、工艺控制简便，生产成本低廉等特点。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种海藻酸盐-石墨烯-纳米氧化亚铜复合抗菌纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，分别配制质量百分比浓度为2-7％的海藻酸钠水溶液和质量百分比浓度为10％的铜盐溶液，备用；

第二步，在微波震荡或者高速搅拌下，向上述铜盐溶液中，缓慢加入石墨烯，并保持微波震荡或者高速搅拌30-120min，得到混合溶液A；

其中，石墨烯在混合溶液A中的质量分数为5％-20％；

第三步，在超声波震荡或者高速搅拌下，按体积比5-9︰1-5的比例，将上述混合溶液A缓慢加入到上述海藻酸钠水溶液中；

然后，在20℃-100℃下，按与铜离子的摩尔比为1︰1-1.5的比例，加入葡萄糖或抗坏血酸作还原剂，还原反应30-60min，得到海藻酸钠-石墨烯-纳米氧化亚铜凝胶；

将所得凝胶负压除泡、静置，再陈化24-48h，得到纺丝液；

第四步，将所得到的纺丝液经喷丝孔板挤出，并在质量百分比浓度为1-5％的+2价的金属盐浴液中凝固成形；

再经加热拉伸、烘干，即得成品。

上述技术方案直接带来的技术效果是，

一方面，由于连续相为大分子海藻酸钠，使得抗菌纤维具有很好的吸水性和透气性能。

另一方面，由于海藻酸钠大分子链上带有羧基负离子，可以对纳米氧化亚铜产生定位作用，以使其均匀沉积在石墨烯上；

并且，由于海藻酸钠大分子链与大分子链之间彼此排斥，可以有效抑制/阻止沉积在石墨烯上的纳米氧化亚铜的长大。从而，保证纳米氧化亚铜均匀沉积在石墨烯上，并在凝胶纺丝液中均匀分散、不聚集，并在后续的凝固成形中，得到内部结构均匀一致，纳米氧化亚铜粒径可控，透气性能良好的海藻酸钠-石墨烯-纳米氧化亚铜复合抗菌纤维。