石墨烯改性纤维素纤维及其制备方法与流程

本申请涉及高分子材料领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯改性纤维素纤维及其制备方法。

背景技术：

1、粘胶纤维是以木材、棉花等天然纤维素作为原材料，经过化学反应所生产的一种人造纤维，其化学组成与棉纤维相同，主要成分为纤维素。通过粘胶纤维加工得到的织物具有出色的抗静电性能、吸湿性能以及透气性能，制作的衣物穿着舒适，随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，消费者对于服装的要求也日新月异，更多的人想拥有一件不但外形美观、穿着舒适并且还具有一定功能性的服装，石墨烯改性纤维素纤维应运而生。

2、目前，将石墨烯应用于导电纤维的方法主要有以下两种：一种为常规涂覆方法在纤维表面涂覆石墨烯导电材料；另一种为将石墨烯与纤维原料共混纺丝制成改性纤维。涂覆法制备的纤维抗菌性能较好，但耐水洗性及耐久性不够理想，而共混纺丝法由于石墨烯片层间的范德华力较强，容易发生团聚现象，影响石墨烯在纤维素纤维间的分散性，并且由于石墨烯与纤维素纤维化学性质和结构差异较大，两者之间相容性不好，易导致制得的石墨烯改性纤维素纤维力学性能不好。

3、因此，需要制得一种力学性能较好的石墨烯改性纤维素纤维。

技术实现思路

1、为了提高石墨烯改性纤维素纤维的力学性能，本申请提供一种石墨烯改性纤维素纤维及其制备方法。

2、第一方面，本申请提供一种石墨烯改性纤维素纤维，采用如下的技术方案：

3、一种石墨烯改性纤维素纤维，包括如下重量份原料：

4、粘胶纤维4-8份、改性石墨烯1-2份，所述改性石墨烯由异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷改性得到。

5、通过采用上述技术方案，异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷中的异氰酸酯基团可以与石墨烯片层的边缘羟基或羧基反应，生成酰胺等基团，大幅度降低分子间的范德华力，使石墨烯在单层分散变得容易，提高石墨烯在纤维中的分散性与相容性，从而提高石墨烯对纤维的改性效果，保证改性后的纤维仍具有良好的断裂强度。其中三乙氧基硅烷基团也可以与石墨烯表面的基团相互作用，通过牢固的化学键结合，增强石墨烯与纤维之间的界面粘附力，提高纤维的力学性能。

6、可选的，所述改性石墨烯的制备步骤如下：

7、将石墨烯与异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷混合，加入丙酮搅拌均匀，超声分散反应2-3h，待丙酮挥发完全，将样品置于空气中自然晾干，干燥后得到所述改性石墨烯。

8、通过采用上述技术方案，石墨烯表面含有丰富的含氧基团，其片层表面富有羧基和羟基官能团，与异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷上反应活性较高的异氰酸酯基团反应，形成si-o-c键，并且异氰酸酯基团还能与石墨烯上的其他官能团发生交联反应，进一步提高对石墨烯的改性效果。并且烷氧基可以与水发生水解反应，生成醇和硅酸酯，在石墨烯表面形成一层硅酸酯涂层进一步提高石墨烯与纤维的相容性。

9、可选的，所述石墨烯与异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷的加入重量份之比为1:3-5。

10、通过采用上述技术方案，使用适量的异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷有利于提高与石墨烯表面官能团反应的反应性，形成稳定的化学键合作用，保证石墨烯表面能够接枝足够数量的基团，避免造成原料的浪费，减少反应过程副产物的产生，从而提高石墨烯的分散性。

11、可选的，所述异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷为异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷。

12、通过采用上述技术方案，甲氧基的水解活性较高，更易与石墨烯表面的基团反应，有助于缩短反应时间，提高反应效率，并且甲氧基与硅原子之间键合较强，异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷具有更强的稳定性，有助于提高改性石墨烯性能的稳定性。

13、可选的，所述粘胶纤维为阴离子粘胶纤维，制备包括以下步骤：

14、称取干粘胶纤维加入氢氧化钠水溶液中加热至140-160℃搅拌反应4-6h后，加入亚硫酸钠170-180℃下反应3-4h，待反应结束后调节ph为中性，洗涤、干燥后得到所述阴离子粘胶纤维。

15、通过采用上述技术方案，使用氢氧化钠水溶液对粘胶纤维进行碱化处理，使纤维素大分子降解为分子量较小、反应活性较高，加工和反应性能较好的碱纤维素，经过亚硫酸钠的磺化处理，得到阴离子粘胶纤维。阴离子粘胶纤维中的阴离子基团可以与石墨烯表面的官能团相互作用，增强化学反应活性，提高改性石墨烯分散性和稳定性，从而提高石墨烯改性纤维素纤维的力学性能。

16、可选的，所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为10％，粘胶纤维、氢氧化钠水溶液与亚硫酸钠的加入重量份之比为1:15-20：2.5-3。

17、通过采用上述技术方案，控制氢氧化钠水溶液的浓度和加入比例，可以优化反应条件，提高阴离子粘胶纤维的纯度和稳定性，降低副产物的产生。

18、可选的，所述原料中还可以加入2-3份聚六亚甲基胍盐酸盐。

19、通过采用上述技术方案，聚六亚甲基胍盐酸盐具有丰富的官能团，可以与石墨烯交联反应，进一步提高石墨烯与粘胶纤维的相容性，提高石墨烯在纤维上的粘附强度，并且聚六亚甲基胍盐酸盐具有广谱的抗菌能力，加入进一步提高改性纤维的抗菌性能。

20、第二方面，本申请提供一种石墨烯改性纤维素纤维的制备方法，采用如下的技术方案：

21、一种石墨烯改性纤维素纤维的制备方法，包括如下步骤：

22、取粘胶纤维、改性石墨烯混匀，加入去离子水，搅拌，真空高温160-180℃下反应16-18h后，冷却、洗涤、干燥得到所述石墨烯改性纤维素纤维。

23、通过采用上述技术方案，以黏胶纤维为原料，改性石墨烯作为改性剂，在高温条件下将改性石墨烯接枝到粘胶纤维的表面，从而提高纤维的力学强度。

24、可选的，为了得到不同规格的纤维，可将制得的的石墨烯改性纤维素纤维经过湿法纺丝得到不同规格的纤维。

25、综上所述，本申请具有以下有益效果：

26、1、由于本申请采用经过异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷改性得到的改性石墨烯接枝在粘胶纤维，异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷为石墨烯引入了丰富的官能团，帮助提高改性石墨烯与粘胶纤维之间的相容性，大大提高纤维的力学性能。

27、2、本申请中优选采用阴离子粘胶纤维参与反应，经过磺化处理的粘胶纤维与改性石墨烯表面的官能团具有更好的反应活性，提高接枝的牢固性，从而提高石墨烯改性纤维素纤维的抑菌性能以及耐水洗性。

技术特征：

1.一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于，包括如下重量份原料：

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于：所述改性石墨烯的制备步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于：所述石墨烯与异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷的加入重量份之比为1:3-5。

4.根据权利要求3所述的一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于：所述异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷为异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于：所述粘胶纤维为阴离子粘胶纤维，制备包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于：所述氢氧化钠水溶液的质量浓度为10％，粘胶纤维、氢氧化钠水溶液与亚硫酸钠的加入重量份之比为1:15-20：2.5-3。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性纤维素纤维，其特征在于：所述原料中还可以加入2-3份聚六亚甲基胍盐酸盐。

8.一种如权利要求1-6任一所述的石墨烯改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本申请涉及高分子材料领域，具体公开了一种石墨烯改性纤维素纤维及其制备方法。一种石墨烯改性纤维素纤维，包括如下重量份原料：粘胶纤维4‑8份、改性石墨烯1‑2份，所述改性石墨烯由异氰酸酯丙基三烷氧基硅烷改性得到；其制备方法为：将粘胶纤维、改性石墨烯混匀加入去离子水，真空高温160‑180℃下反应16‑18h后，冷却、洗涤、干燥得到所述石墨烯改性纤维素纤维。本申请的组合物可用于制作医疗用品、家纺产品、智能纺织品等，其具有抗菌性能好、力学性能高的优点。技术研发人员：赵成芳,许国良受保护的技术使用者：杭州奔马化纤纺丝有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16