[发明专利]一种石墨烯氨纶及其制备方法

说明书

一种石墨烯氨纶及其制备方法，包括以下重量配比的原料，氧化石墨烯10‑100、混胺20‑200、由多异氰酸酯与单异氰酸酯组成的混合物50‑500、聚四亚甲基醚二醇5000‑10000、溶剂2000‑6000、辅料100‑200，其中，多异氰酸酯中的异氰酸酯与单异氰酸酯中的异氰酸酯的摩尔比为0.5～4.8。本发明利用胺基还原氧化石墨烯的原理，多元胺在溶剂中对氧化石墨烯进行改性和还原；加入多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合物，对胺基进行封端，消除胺基对于氨纶扩链的影响，增加片层层间距，大幅减少多异氰酸酯引起石墨烯片层之间的交联，并对氧化石墨烯改性分散液采用“柔性添加方案”，可根据聚合体粘度和纺丝要求选择“扩链前、中、后”适当时机独立、速度可控地添加改性液，对于提高氨纶强度等指标具有重要作用。

技术领域

本发明属于纺织技术领域，涉及一种石墨烯氨纶及其制备方法。

背景技术

氨纶又称聚氨基甲酸酯弹性纤维，具有弹性优异、强度高、良好的耐化学药品等特性,用于制作弹性编织物或纺织物，如各种内衣、滑雪服、运动衣、游泳衣、宇航服等。

石墨烯是碳原子在二维空间紧密排列成的苯环状结构材料，它是继零维足球烯、一维碳纳米管及三维石墨和金刚石外一种新的碳的同素异形体，具有优异的电学、磁学、热学及力学性能。在纤维领域，石墨烯常用于对纤维的改性，扩展纤维的功能，例如抗菌性、远红外功能、导电性等。但石墨烯在应用过程中存在一些问题，例如石墨烯由含稳定键的苯六元环组成，化学稳定性高，表面呈惰性状态，与其他介质相互作用弱，且石墨烯各片层间存在很强的分子间作用力，导致片层极易堆叠在一起而难以分散开来，很难溶解于溶剂中，更难与其他聚合物基体复合，在聚合物基体中容易团聚。

虽然石墨烯主体由稳定的苯六元环构成，其表面成惰性，但是氧化石墨烯(GO)含有大量的羟基、羧基和环氧基等活性含氧官能团，可以利用这些官能团与其他分子之间的化学反应对其进行改性。根据表面化学成键方式的不同，石墨烯的功能化可以分为非共价键功能化和共价键功能化。非共价键功能化是指石墨烯通过与功能化分子间的π-π相互作用、氢键或静电相互作用等实现其功能化的方法。共价改性是由于氧化石墨烯含有大量的羟基、羧基和环氧基等活性含氧官能团，可以利用这些官能团与其他分子之间的化学反应对其进行共价改性，例如羧基可以进行酯化反应、酰胺化等反应，氧化石墨烯含有的环氧基团可以进行开环反应进行还原。

现相关文献表明利用胺基可以有效改性氧化石墨烯在溶剂中的分散性，如，沈丽英分别以正丁胺、乙二胺、水合肼在DMF或去离子水中对氧化石墨烯进行化学还原，发现正丁胺的对GO的还原不甚明显；通过红外、XPS、拉曼分析发现乙二胺和水合肼均对氧化石墨烯有明显的还原效果，但从热重、XRD、电导率表征发现乙二胺对氧化石墨烯的还原效果略逊于水合册；同时表明乙二胺在对氧化石墨烯进行化学还原的同时也起到了一定的化学修饰作用。闫家林等人将氧化石墨烯分散在DMF中，加入一定量的乙二胺或己二胺进行反应，再加入偶联剂(HA-TU)继续反应可有效改性氧化石墨烯，XRD测试表明氧化石墨烯片层间距由0.937nm增加至1.223nm。马慧玲分别利用葡萄糖、乙二胺和对苯二胺作为还原剂将氧化石墨还原和表面功能化修饰用作吸附剂等用途；利用乙醇胺功能化石墨烯，也有在此基础上添加水合肼进行还原；Sandip Niyogi等人利用酰化反应将十八烷基胺(ODA)键合到氧化石墨烯上，增强氧化石墨烯在四氢呋喃、四氯化碳等溶剂中的分散性。但是对于氨纶而言，在聚合过程中扩链胺、终止胺的胺基数量及添加过程需要精确控制，以上胺基改性方案中改性液的多元胺和单胺的胺基数量无法精确量化，这为后续原位聚合带来较大的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，纺织效果好的石墨烯氨纶。

本发明所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足，提供一种上述石墨烯氨纶的制备方法。