[发明专利]一种氧化石墨烯改性材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其是涉及一种氧化石墨烯改性材料及其制备方法和应用，尤其涉及导电纤维、导电纤维制品的制备方法。

背景技术

导电纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久抗静电性，当导电层达到一定厚度或导电成分达到一定比例后，就具有优良的电磁屏蔽功能，因此在工业、民用等领域有着很大的用途，例如电子、电力行业的导电网、导电工作服，医疗行业的电热服、电热绷带，航空、航天、精密电子行业的电磁屏蔽罩等方面。导电纤维的抗静电机理是使导电纤维之间产生电晕放电。电晕放电是一种很缓和的放电形式，当静电压达到一定的数值后，即产生无火花的电晕放电使静电消除。这种现象通常认为是织物中的导电纤维，在静电场的作用下，使周围的空气产生电离作用而形成正负离子，正负离子中的一种与织物所带静电荷相反而中和，另一种则与环境或大地中和，从而消除了静电。

目前，导电纤维普遍存在加工成本较高，工艺亦较复杂等问题，这在一定程度上限制了导电纤维的生产，也限制了使用和普及，因此目前导电纤维主要应用于高科技领域，而应用于民用的品种还较少。随着人们生活水平的提高和对自身健康保护意识的增强，民用导电纤维的推广使用必然成为趋势，因此导电纤维的加工应向工艺简单、低成本的方向发展，而赋予普通纤维导电性是解决以上问题的途径之一。

石墨烯是一种由碳原子按SP²杂化方式紧密排列形成的类似于蜂窝状结构的层状结构，因具有优良的导热、导电性能受到人们的广泛关注，被认为是改性纤维导电性能的选择之一。但由于石墨烯表面呈现惰性状态，与其它介质的相互作用弱，且石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，极易发生团聚，很难在纤维内部或表面均匀分散，不能把石墨烯的优良性能充分保留在复合材料中。氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，氧化石墨烯在水中具有优越的分散性，可以替代石墨烯均匀分散在纤维中，但是由于氧化石墨烯的导电性比普通石墨还差，因此将氧化石墨烯直接添加到纤维中无法达到导电材料的要求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，所述的制备方法解决了氧化石墨烯改性纤维及其制品后导电性能低的问题，利用该方法制得的石墨烯改性材料具有导电率高、质轻、抗静电、适用范围广等优点。

为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，包括下列步骤：

将待浸渍物在浸渍液中浸渍，然后取出所述待浸渍物，进行辐照；

所述待浸渍物包括纤维、纱线或织物；

所述浸渍液主要由氧化石墨烯、交联剂、自由基捕捉剂和水组成。

本发明主要通过浸渍、辐照两步工序将氧化石墨烯与纤维或纤维制品键合在一起，同时通过辐射将氧化石墨烯还原，相当于在纤维表面包覆一层还原氧化石墨烯，从而赋予纤维导电性能。

但本发明对纤维表面的改性区别于现有技术中的物理包覆，在本发明的工艺中需要克服以下难点：

一是克服氧化石墨烯导电性差的问题：本发明通过自由基捕捉剂和辐照双重处理解决了该问题，辐照会使水电离出H·自由基、水合电子e^-_aq和OH·自由基，H·自由基和水合电子具有很强的还原作用，利用H·自由基和水合电子将氧化石墨烯还原为石墨烯，再利用自由基捕捉剂将OH·自由基去除。

二是必须保证氧化石墨烯在纤维表面的连续性覆盖，从而使电流连续通过，真正实现导电。对于这一点，本发明通过辐照使氧化石墨烯表面生成多个自由基，多个自由基增加了氧化石墨烯在纤维表面的交联点，从而增加了包覆率。

三是使氧化石墨烯与纤维稳定连接：本发明通过辐照使氧化石墨烯表面与纤维表面都分别生成了自由基，进而使氧化石墨烯与纤维通过自由基反应后稳定键合在一起。另外，辐照还为交联反应提供了热量，促进交联反应快速进行。

本发明所用的原料——氧化石墨烯泛指任意方法制得的氧化石墨烯(名称定义参见石墨烯联盟标准T/CGIA 001-2017)。

本发明所述的纤维为天然纤维、合成纤维和人造纤维等，只要能制成纤维制品即可，包括植物纤维、矿物纤维、合成的高分子纤维(聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、锦纶、涤纶、聚氨酯、聚碳酸酯等)，或者一些功能性纤维(经过导电、抗菌、增强等功能改性的纤维)。

本发明所述的纤维制品泛指由纤维制成的产品，包括织物、板材、卷材等。