[发明专利]石墨烯改性的聚酰胺-6母粒材料、包含其的纤维及用途

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性的聚酰胺‑6母粒材料，所述母粒材料中，至少1个聚酰胺‑6的高分子链生长于石墨烯片层上，制备方法为在己内酰胺开环过程和/或聚合过程的水解液中加入官能团化的石墨烯。通过在石墨烯片材上接枝聚酰胺‑6高分子链，有效解决了石墨烯的分散问题，得到均匀分散有石墨烯的聚酰胺‑6材料；由于石墨烯片材与聚酰胺‑6的高分子链是化学键连接，则在制备方式过程中，纺丝性能好，不容易断裂；通过石墨烯的引入并分布均匀，提高了聚酰胺‑6材料的远红外性能和抑菌性能。

技术领域

本发明属于聚酰胺-6材料的制备领域，具体涉及一种石墨烯改性的聚酰胺-6母粒材料、包含所述石墨烯改性的聚酰胺-6母粒材料的纤维及其用途。

背景技术

锦纶纤维是世界上最早实现工业化的合成纤维，也是合成纤维中性能优异、用途广泛的品种之一，它具有许多优良的性能，除了具备合成纤维共有的耐腐蚀、耐霉烂、湿强度高、不怕虫蛀、吸湿率低等性能外，其主要特点还在于：断裂强度高，是强力较高的一种纤维，耐磨性优异，比大部分合成纤维比重轻得多，弹性好，纤维伸长回复率、结节强度、多次弯曲强度比其他合成纤维高得多。随着民生活水平的提高，人们对纺织品的舒适、保健功能日益关注，对纤维的多功能化要求越来越强烈，各种功能化差别化锦纶纤维的研究、开发与生产越发重视。

石墨烯是以SP2杂化的碳原子构成的二维碳原子片，其中碳原子呈六方蜂窝状。由于石墨烯是单片的碳原子层，有很大的比表面积，通过理论计算得出单片层石墨烯的比表面积为2630m²/g，这是活性炭的两倍多。石墨烯也是世界上已知的最为结实的材料，石墨烯在开裂前可承受大约2.9μN的压力。经过计算，假如把石墨烯做成包装袋，那么它能够承受大约两吨重的东西，其力学强度令人惊叹。研究发现，石墨烯还具有优异的电学性能，主要取决于石墨烯的形状和层数，石墨烯还具有优异的导热性能，其导热系数达到3000W/(m·K)，是除金属以外导热性能最好的材料。由于石墨烯具有独特的纳米结构和优异的各项性能，石墨烯可作为优异的多功能填料加入到聚合物基体中，赋予基体优异的性能。同时与昂贵的碳纳米管相比，石墨烯原料易得，价格便宜，制备方法也简单方便，所以其有望代替碳纳米管成为聚合物基复合材料的优质填料。

目前，制备石墨烯/尼龙6复合物的方法主要有物理共混法和原位共聚法。共混法是指在机械力作用下将纳米粒子直接加入到聚合物基体中进行混合，包括熔融共混法和溶液共混法等，共混法操作简单，易于实现工业化，但是纳米粒子极易团聚，在聚合物基体中难以分散均匀。原位共聚法是在尼龙聚合前，将石墨烯分散到单体中，再进行聚合的一种方法，也是目前的发展趋势。

制备得到性能优良的石墨烯/尼龙纳米复合材料的难点主要是实现功能粉体在尼龙熔体中的均匀分散、延长纺丝组件的更换周期、提高功能纤维的可加工性等。CN102898821A公开了一种注塑级石墨填充高温尼龙及其制作工艺中，运用机械方法将石墨烯分散到尼龙中，出现团聚的现象。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯改性的聚酰胺-6母粒材料，所述母粒材料中，至少1个聚酰胺-6的高分子链生长于石墨烯片层上。

本发明提供的石墨烯改性的聚酰胺-6母粒材料，其中的聚酰胺-6的高分子链接枝在石墨烯片层上，能够牢固的固定石墨片层，且因为石墨烯片层被接枝了聚酰胺-6高分子链，有效的分散了石墨烯片层，实现了石墨烯片层的分散均匀性。

本领域技术人员应该明了，本发明所述的石墨烯改性的聚酰胺-6母粒材料中大部分的聚酰胺-6高分子链都会生长在石墨烯片材上，但也有少部分的聚酰胺-6高分子链是没有与石墨烯片层发生键和关系的；所谓大部分可以理解为80％以上、90％以上。

此外，本领域技术人员还应该了解，石墨烯片层上有可能接枝多个聚酰胺-6的高分子链，而同一个聚酰胺-6高分子链基本上只键和1个石墨烯片层，也不排除有聚酰胺-6高分子链键和2个或以上的石墨烯片层。