[发明专利]一种石墨烯改性的蚕丝纤维的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性的蚕丝纤维的制备方法。

背景技术：

众所周知，石墨烯含有理想的二维晶体结构，因此具备优异的物理和化学性能，如良好的机械性、优异的导电性、高导热率等，带有大量含氧官能团的氧化石墨烯优于其单层结构、亲水性、官能团可修饰性、比表面积高、力学性能出色等特性长被用作增强剂添加到聚合物中提高复合材料的物理性能。

蚕丝由丝素和丝胶组成，其中丝素蛋白主要有无规卷曲部分、α螺旋和β折叠构成，β折叠可以以结晶的形式存在，所以蚕丝纤维具有优异的力学性能、可调控的多级结构和生物相容性。

目前已经有诸多关于丝素蛋白和氧化石墨烯的复合体系。中国专利CN 104353127A(公开日2015.2.18)公开的石墨烯量子点与蚕丝蛋白的抗菌复合材料、制备及应用，通过将掺杂的石墨烯量子点与蚕丝蛋白混合涂于疏水基底表面，早早后置于固化剂中，固化剥离得到抗菌性能优异的复合材料。该方法制备的复合材料可用作体内抗菌材料或者伤口缝线材料，但是对于日常生活中的应用较为狭窄。中国专利CN103572395B(公开日2014.2.12)公开的一种增强增韧再生蚕丝纤维及其制备方法，将蚕丝蛋白水溶液、氧化石墨烯书溶液、金属氧化物水溶胶和氯化钙溶液混合浓缩，经干法纺丝、乙醇水溶液处理后得到增强增韧的再生蚕丝纤维。该方法制备的再生蚕丝纤维是通过氧化石墨烯、金属元素的协同作用对再生蚕丝纤维进行增强增韧，而忽略了对再生蚕丝纤维的本身性能的考虑，对蚕丝纤维的原有性能破坏较大。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯改性的蚕丝纤维的制备方法，通过在再生蚕丝纤维的内部和表面添加石墨烯材料，从根本上对蚕丝纤维的功能进行改性，赋予蚕丝纤维高强度、导电、热稳定等性能，并最大限度优化蚕丝纤维原有的特性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种石墨烯改性的蚕丝纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯加入去离子水溶液中，超声处理至混合均匀，制成石墨烯悬浮液；

(2)将蚕丝纤维经脱胶、溶解、透析提纯过滤得到纯丝素溶液，将纯丝素溶液置于容器中在室温下自然干燥形成再生丝素膜，再将再生丝素膜溶解于溶剂中制成蚕丝纺丝液；

(3)将蚕丝纺丝液中加入石墨烯悬浮液和低分子量的壳聚糖，充分搅拌均匀形成均匀稳定的纺丝液，经静电纺丝技术得到再生蚕丝纤维；

(4)将石墨烯悬浮液经高压静电雾化作用下沉积到再生蚕丝纤维表面，然后在惰性气体的保护下加热固化得到石墨烯改性的蚕丝纤维。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，超声处理的时间为10-30min。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，石墨烯悬浮液的浓度为2-20mg/ml。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，溶剂为甲酸或者氯仿。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，蚕丝纺丝液中蚕丝蛋白的质量分数为15-25％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，纺丝液中的组分，按重量份计，蚕丝蛋白为20-50份，氧化石墨烯为1-10份，壳聚糖为2-30份。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，高压静电雾化的电压为15-20KV，放电距离为3-5cm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，惰性气体为氮气或者氩气。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，加热固化的温度为80-100℃。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，石墨烯改性的蚕丝纤维的表面石墨烯的厚度为0.3-1微米。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)石墨烯具有优异的物理化学性质，如良好的机械性能和导电性能，蚕丝纤维具有优异的生物相容性、亲肤透气透湿，本发明将石墨烯材料与蚕丝纤维相融合提高蚕丝纤维机械性能，并赋予蚕丝纤维导电性能。

(2)本发明通过纺丝与高压静电雾化技术将石墨烯材料分布于蚕丝纤维的内部与表面，而且经过热处理后，蚕丝纤维中的无规卷曲结构向α螺旋转变，α螺旋向β螺旋转变，使蚕丝纤维的机械强度更高，而且纺丝液中还含有低分子量的壳聚糖溶液，壳聚糖能作为交联剂将石墨烯很好的分散于丝素蛋白水溶液中，使经石墨烯改性的蚕丝纤维性能均一稳定，实用性好。