[發明專利]離子液體為溶劑濕法紡絲制備遠紅外碳納米導電纖維的方法

在審

• 申請號: 201710475607.9
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN109097870A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 張鎖江;劉艷榮;聶毅;馬良玉;張香平
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所;鄭州中科新興產業技術研究院
• 主分類號: D01F9/16
• 分類號: D01F9/16;D01F9/18;D01D5/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種離子液體為溶劑濕法紡絲制備碳納米導電纖維的方法。以天然高分子材料棉、毛、絲、麻以及木材為底物，碳納米管和石墨烯為導電填料，咪唑型離子液體為溶劑，經溶解、分散、濕法紡絲、水洗再生及后處理，制備了一系列碳納米導電纖維。該方法使用離子液體作為溶劑不僅可以解決有機溶劑對環境造成的污染問題，還可有效分散碳納米導電填料，且所得的紡絲液具有高紡性。以漆酶和酚類化合物對碳納米導電纖維進行后處理，可有效提高導電纖維的強度，大幅提高了導電纖維的應用性能。該導電纖維接通電源后可激發其自身發射波長范圍為人體及植物細胞生長所需的遠紅外線，屬于新型環保且具有保健功能的碳納米導電纖維的制備方法。

技術領域：

本發明屬于遠紅外碳納米導電纖維的材料領域，具體涉及一種以離子液體為溶劑，同時溶解天然高分子材料和分散碳納米導電填料制備共混紡絲液、濕法紡絲制備導電纖維、及導電纖維后處理的方法。

背景技術：

目前，常用的導電纖維主要包括金屬絲(合金)材料型和無機非金屬碳纖維材料型，因金屬絲質重，通電過程中產生大量的電磁輻射，并存在一定的安全使用隱患，近年來，在作為電熱體使用中逐漸被非金屬碳材料型電熱體所代替。碳纖維優良的導電、導熱性、耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕等使其在作為電熱體方面具有良好的應用前景，但碳纖維制備過程復雜，難度高，且制備過程中產生的廢水較難處理，目前國內制備碳纖維的水平較國際上還有一定的差距，故碳纖維市場基本由國外公司控制，相應價格也居高不下。因此開發新型制備簡單，價格低廉，導電/導熱性能優良的碳材料電熱體迫在眉睫。

碳納米管、石墨烯質輕導電材料具有優異的機械強度，良好的電學、力學和熱學等性能，極有希望取代現有的金屬導體成為新一代導電材料，并在輕量化要求的高端領域如航空航天，微反應器，電子/醫療器械，高儲能電池等展現出廣泛的應用前景。但目前基于碳納米管/石墨烯導電材料的制備仍面臨許多挑戰：(1)碳納米管和石墨烯在水或有機溶劑中易團聚，極難分散；(2)碳納米管和石墨烯與金屬或纖維材料復合的界面結合較差，在應用過程中易出現不可控影響；(3)單純的碳納米管纖維化或導線制備技術成本高，難度大，還需開發相應的新技術。

研究表明，離子液體(ionic liquids,ILs)是纖維素、羊毛及木材等天然高分子材料的良好溶劑，部分離子液體還可用于碳納米管及石墨烯的分散，且表面經羧基化改性的碳納米管或石墨烯可與纖維素表面的羥基反應而更有效的結合。因此采用離子液體為溶劑制備碳納米導電纖維，不僅可以解決天然高分子材料難溶解，碳納米管及石墨烯易團聚、難分散的問題，經離子液體均勻分散的改性碳納米管或石墨烯還可提高與天然高分子材料界面結合性。專利CN101864015A“一種以離子液體為溶劑制備聚丙烯腈/碳納米管復合材料的方法”，該方法是將碳納米管分散到鹵代咪唑類離子液體中，然后將單體、引發劑加入其中聚合得到聚丙烯腈/碳納米管復合材料原液，采用濕紡或干噴濕紡工藝制備聚丙烯腈/碳納米管復合材料，該專利未涉及到天然高分子材料與碳納米管和/或石墨烯的復合技術，以及碳納米導電纖維漆酶及酚類化合物后處理的技術。專利CN104479170A“一種離子液體改性碳納米管制備復合材料的方法”，該方法采用含有羧基或氨基等功能性基團的離子液體改性碳納米管，然后與聚合物混合采用熔融共混法或者溶液反應法制備離子液體改性碳納米管復合材料，該方法未涉及到濕法紡絲技術以及碳納米導電纖維漆酶及酚類化合物后處理的技術。專利CN1840750A“一種含碳納米管的導電復合纖維及其制備方法”，該方法將熱塑性高聚物、碳納米管、導電炭黑及分散劑加入高速混合機混合均勻，將該混合物在雙螺桿擠出機中擠出造粒，將所得母粒與成纖聚合物通過復合紡絲工藝制備成導電纖維，該方法未涉及天然高分子材料與碳納米管和/或石墨烯的復合技術，以及碳納米導電纖維漆酶及酚類化合物后處理的技術。