[发明专利]一种多功能化聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种多功能化聚丙烯腈‑氧化石墨烯复合纤维的制备方法，通过对氧化石墨烯原料进行改性，增加氧化石墨烯周围和表面的烷基长度，有利于在聚丙烯腈基体中分散，并且与聚丙烯腈主链进行有效的物理交联，同时氨基可以与聚丙烯腈中的腈基发生化学反应，使改性氧化石墨烯与聚丙烯腈实现化学交联，制备力学性能优异的复合纤维。另外，通过对复合纤维的拉伸，可以进一步的增加氧化石墨烯的还原程度，提升复合纤维的力学性能和电学性能，尤其是抗静电性能。同时，通过石墨烯与聚丙烯腈的复合，赋予了聚丙烯腈纤维更好的抗菌，防紫外、以及远红外等性能。本发明使用于制造多功能化织物尤其是高强、高抗静电织物。

技术领域

本发明涉及一种多功能化聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的制备方法。

技术背景

由于纺织工业的极速发展，对化学纤维的需求日益旺盛。化学纤维具有良好的耐化学腐蚀性、耐磨性、耐日光性等优点，在服装、装饰、产业等领域得到了广泛的应用。聚丙烯腈纤维的性能和羊毛相似，具有较高的回弹性且保暖性较好，有合成羊毛之称，其纺织品被大量地应用在我们生活中。随着人们对于大健康领域的关注越来越多，对于织物的功能化的要求也越来越高。一种有效的途径是在聚丙烯腈中添加具有相应功能无机填料或者有机物，来制备具有高强度、抗紫外、抗静电、抗菌以及远红外等优异性能的聚丙烯腈复合纤维。

传统的无机填料填充有机物时，会存在界面等问题，无机填料与聚丙烯腈的相容性并不是很好，会影响最终产品的性能。CN106350883A等专利公开了氧化石墨烯与聚丙烯腈直接混合之后湿法纺丝制备聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维，但是氧化石墨烯很难在聚丙烯腈中有效的分散以及与聚丙烯腈并没有很好的结合，难以制备力学性能优良的复合纤维，另外对于氧化石墨烯没有进行一定程度的还原，不能制备具有优异抗静电性能的复合纤维。另外，先前虽然有研究者将一些硅烷偶联剂接枝到氧化石墨烯表面，但是由于硅烷偶联剂的烷基主链较短，很难与聚丙烯腈基体的主链形成有效的物理链接，同时也没有与聚丙烯腈中官能团形成化学反应，较难将氧化石墨烯以及聚丙烯腈有效地结合。

本发明通过对单层氧化石墨烯原料进行改性，增加了氧化石墨烯周围和表面的烷基长度，有利于在聚丙烯腈基体中分散，并且与聚丙烯腈主链进行有效的物理交联，同时氨基可以与聚丙烯腈中的腈基发生化学反应，使改性氧化石墨烯与聚丙烯腈实现化学交联，制备力学性能优异的复合纤维。另外，通过对复合纤维进行热拉伸以及在氢碘酸混合溶液中的两级拉伸，可以进一步的增加氧化石墨烯的还原程度，提升复合纤维的力学性能和电学性能，尤其是抗静电性能。

发明内容

本发明针对现有技术中，氧化石墨烯在聚丙烯腈基体中的分散问题、氧化石墨烯与聚丙烯腈连接方式以及氧化石墨烯在聚丙烯腈中还原程度低等技术问题不足，提供一种高强度，优良抗静电性能的聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种多功能化聚丙烯腈-氧化石墨烯复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯置于食人鱼溶液中，常温(20-30℃)下搅拌半小时，过滤后用水洗涤并干燥。然后加入到200.0mL乙醇水溶液中，其中蒸馏水与无水乙醇的体积比为1.5：8.5，加入冰醋酸调节混合溶液PH至4～5，分散均匀，滴加石墨烯质量1％-2％的KH-550硅烷偶联剂，40℃搅拌4h后过滤用蒸馏水清洗，放置在真空干燥箱内60℃干燥4h。

(2)将2g步骤1处理得到的氧化石墨烯加入到200ml磷酸盐缓冲液中，然后滴入20ml戊二醛溶液，常温下搅拌8h，然后在加入0.1～1g十二元烷二元胺，常温下搅拌12h，水洗、过滤、干燥，得到改性后的氧化石墨烯。

(3)将改性氧化石墨烯、聚丙烯腈粉末、溶剂按照质量比0.1～1:100:500～750混合均匀，真空脱泡，获得纺丝液，在DMF与水的混合溶液中进行纺丝，其中(V水：VDMF＝60:40-80:20)；