[发明专利]一种纤维素石墨烯复合长丝的制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维素石墨烯复合长丝的制备方法，包括如下步骤：a)将分散剂、氧化石墨烯和纤维素混合后溶解在离子液体水溶液中，其中，氧化石墨烯的添加量为纤维素的0.5～1wt％，制得混合纺丝原液；b)所得混合纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白、上油、干燥、收卷，即得所述纤维素石墨烯复合长丝；所述的离子液体是由1‑丁基‑3‑甲基咪唑氯盐与联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二氯盐和联1,4‑二[1‑(3‑甲基咪唑)]丁基二高氯酸盐混合得到。实验表明：本发明制得的纤维素石墨烯复合长丝具有优异的机械性能、导电性能、抗静电性能、稳定性能，制备过程简单，成本低廉，环境友好无污染。

技术领域

本发明涉及一种纤维素石墨烯复合长丝的制备方法，属于功能纤维素纤维技术领域。

背景技术

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上，是自然界最丰富的天然有机物之一。纤维素主要来源于植物，例如棉花、木材、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮等，其中棉花的纤维素含量接近100％，为天然的最纯纤维素来源，而一般木材中，纤维素占40～50％，还有10～30％的半纤维素和20～30％的木质素。作为一种可降解的绿色生物材料，天然纤维以其质轻、可降解、价廉、高模量、高强度等优越的性能，逐渐发挥越来越重要的作用。因此，从植物中获取天然纤维素溶解后制成再生纤维，实现纤维素的再生和功能化，是有效利用纤维素的一条重要途径。

石墨烯是一种新型的碳二维纳米材料，具有优异的高强度、导电性、导热性、透光性、灵活性等特点，目前在太阳能电池、传感器、纳米电子学、高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域均具有广泛的应用前景。将石墨烯添加到服用纤维中，可以使织物具有较强的导电性、导热性、抗菌性、抗静电性等功能，因此，将石墨烯与纤维复合制备功能性复合纤维是目前的研究热点。

目前已经有将纤维素纤维与石墨烯复合制备复合纤维的相关报道。目前纤维素石墨烯复合纤维的制备，主要是采用后整理法，即采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将石墨烯整理到纤维上，制得复合纤维，但是石墨烯表面呈惰性状态，与其它介质的相互作用极弱，极易发生团聚，很难在聚合物或其溶液中均匀分散，因此存在石墨烯在纤维表面分布不均，石墨烯与纤维结合牢固度低的问题。

针对石墨烯易团聚问题，目前主要是采用氧化石墨烯代替石墨烯与纤维进行复合，即先制备氧化石墨烯分散液，然后浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将氧化石墨烯分散液整理到纤维表面形成氧化石墨烯涂层，但是氧化石墨烯与纤维的结合力依旧较弱，纤维烘干后表面的氧化石墨烯涂层容易出现开裂及剥落现象，并且，复合纤维的制备过程中通常需要对纤维表面的氧化石墨烯进行还原处理，将氧化石墨烯还原为石墨烯，还原处理过程中难免使用到水合肼等高毒性还原试剂，对环境和人体健康都具有极大的危害，且还原剂在后处理中难以去除，对纤维性能会造成不良影响。目前虽然有采用别的方式对氧化石墨烯进行还原处理的相关报道，但是依旧存在一些缺陷，例如：中国专利CN201310616126.7中将氧化石墨烯分散液涂覆于纤维素织物表面，形成氧化石墨烯涂层纤维素织物，然后使纤维素织物表面的氧化石墨烯完全还原，制得导电纤维素织物，虽然没有使用水合肼等有毒试剂，但是制备过程中反复进行涂覆、干燥、紫外光照射，操作较为复杂，不利于工业化生产。

除了后整理法，目前比较常用的纤维素石墨烯复合纤维的制备方法是混合纺丝法，即直接将石墨烯与纤维素溶液混合成纺丝溶液后进行纺丝制备复合纤维。例如：中国专利CN201510682674.9、CN201510682733.2、CN201510682720.5中分别将石墨烯水溶液与木浆混合溶解于氧化甲基吗啉中，除去水粉后形成纺丝粘液，然后以纺粘方式、干喷-湿式纺丝法或熔喷方式制得复合纤维。这种制备方法相较于后整理法，虽然牢固度有所提升，但仍不可避免的出现石墨烯团聚现象，严重影响复合纤维的性能。