[发明专利]一种石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液的制备方法

说明书

本发明公开了一种适合工业生产的石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液的制备方法。该方法采用常规的水相悬浮聚合和无机溶剂溶解聚丙烯腈树脂的二步法工艺，不增加特殊设备，通过将原本纺丝工艺中的聚丙烯腈滤饼稀释水切换成稳定分散的石墨烯水溶液，使石墨烯在聚丙烯腈淤浆中均匀分散，然后与NaSCN混合，经过搅拌及高剪切，获得石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液。采用该方法制备的纺丝原液具有良好的可纺性，石墨烯在纺丝液中能均匀稳定分散48小时以上。与纯聚丙烯腈纤维相比，采用该纺丝原液制备的石墨烯/聚丙烯腈纤维的比电阻提高3‑5个数量级，强度提高20％以上。

技术领域

本发明涉及纺织化学品技术领域，具体涉及一种工业生产现场稳定分散的石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液的制备方法。

背景技术

腈纶具有良好的耐光性、耐候性、耐蛀虫性、耐辐射性、抗微生物降解性和较好的染色性等，其织物是理想的仿羊毛和仿羊绒织物。但是常规腈纶属于绝缘材料，后加工时易产生静电，造成集束困难，制成的成品静电强，易沾污吸尘，穿着舒适度低，这些都大大限制了腈纶的应用。因此，抗静电腈纶应运而生。

抗静电腈纶的体积比电阻一般低于10⁹欧姆.厘米，可被用作医药、食品、电子、日用化工、计算机、精密机械等工业领域的无绒毛、防尘工作服，炼油、石化、冶炼、涂料制造工业的防爆工作服，医院、轮船、车辆等防静电起火的装饰织物以及通讯、输电等防静电干扰织物。

目前，在制备耐久性抗静电腈纶中，世界上一些比较先进的生产厂家一般选用高分子表面活性剂作为抗静电剂，或者添加高导电率的纳米粉体如ATO、ITO及氧化锌晶须等，根据纤维的生产工艺不同，一般选用共混改性法和表面处理法进行抗静电腈纶的生产。

抗静电腈纶具有广阔的市场前景，目前以进口产品为主，价格昂贵，只能使用在出口产品和高档品牌服饰中。国内未有稳定批量生产的永久性抗静电产品供应，一般以后整理方法获得短暂的抗静电效果，耐洗性、手感等都很难满足要求。

石墨烯是近年来发现的一种高导电率的纳米材料，作为填料能显著提高聚合物的导电性能，然而，石墨烯在聚合物中的应用也面临着在聚合物基体中的分散性、相容性及稳定性问题。石墨烯在聚丙烯腈纺丝液中的分散与稳定，是制备石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的前提条件。

石墨烯(包括氧化石墨烯和还原氧化石墨烯)/聚丙烯腈制备方法很多，主要通过氧化石墨烯或还原氧化石墨烯与丙烯腈单体共聚，或与聚丙烯腈共混，但这些报道侧重于石墨烯/聚丙烯腈复合纤维的制备方法，而对石墨烯在聚丙烯腈纺丝液中的分散与稳定很少报道。而要实现石墨烯/聚丙烯腈复合纤维产业化，必须解决石墨烯/聚丙烯腈纺丝液的制备与纺丝过程中的分散性与稳定性。同时，要快速实现石墨烯/聚丙烯腈复合纤维产业化，还必须解决在原有生产设备及工艺没有大的变动的情况下制备稳定分散的石墨烯/丙烯腈纺丝液。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，该方法采用常规的水相悬浮聚合和无机溶剂溶解聚丙烯腈树脂的二步法工艺，不增加特殊设备，通过将原本纺丝工艺中的聚丙烯腈滤饼稀释水切换成稳定分散的石墨烯水溶液，使石墨烯在聚丙烯腈淤浆中均匀分散，然后与NaSCN混合，经过搅拌及高剪切，使聚丙烯腈充分溶解，并使石墨烯在纺丝液中分散均匀，从而获得石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液。

本发明的技术方案为一种石墨烯/聚丙烯腈纺丝原液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)丙烯腈、甲酯共聚：采用二步法水相悬浮聚合工艺，以丙烯腈(AN)为第一单体，丙烯酸甲酯(MA)或醋酸乙烯酯(VAC)为第二单体，甲基丙烯磺酸钠(A1)为第三单体，氯酸钠(A2)和焦亚硫酸钠(A3)为引发剂，β-羟基乙硫醇(A4)为分子量调节剂，纯水为反应介质，经聚合、终止、脱单、水洗制成聚合体淤浆贮存于贮罐中；