[發明專利]一種氧化石墨烯改性材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201711166298.3
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107881762A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 張金柱;梁蒙蒙;劉頂
• 申請（專利權）人: 山東省圣泉生物質石墨烯研究院
• 主分類號: D06M10/06
• 分類號: D06M10/06;D06M10/08;D06M10/10
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 錢學宇

技術領域

本發明涉及化工領域，尤其是涉及一種氧化石墨烯改性材料及其制備方法和應用，尤其涉及導電纖維、導電纖維制品的制備方法。

背景技術

導電纖維具有良好的導電性和耐久性，特別是在低濕度下仍具有良好的耐久抗靜電性，當導電層達到一定厚度或導電成分達到一定比例后，就具有優良的電磁屏蔽功能，因此在工業、民用等領域有著很大的用途，例如電子、電力行業的導電網、導電工作服，醫療行業的電熱服、電熱繃帶，航空、航天、精密電子行業的電磁屏蔽罩等方面。導電纖維的抗靜電機理是使導電纖維之間產生電暈放電。電暈放電是一種很緩和的放電形式，當靜電壓達到一定的數值后，即產生無火花的電暈放電使靜電消除。這種現象通常認為是織物中的導電纖維，在靜電場的作用下，使周圍的空氣產生電離作用而形成正負離子，正負離子中的一種與織物所帶靜電荷相反而中和，另一種則與環境或大地中和，從而消除了靜電。

目前，導電纖維普遍存在加工成本較高，工藝亦較復雜等問題，這在一定程度上限制了導電纖維的生產，也限制了使用和普及，因此目前導電纖維主要應用于高科技領域，而應用于民用的品種還較少。隨著人們生活水平的提高和對自身健康保護意識的增強，民用導電纖維的推廣使用必然成為趨勢，因此導電纖維的加工應向工藝簡單、低成本的方向發展，而賦予普通纖維導電性是解決以上問題的途徑之一。

石墨烯是一種由碳原子按SP²雜化方式緊密排列形成的類似于蜂窩狀結構的層狀結構，因具有優良的導熱、導電性能受到人們的廣泛關注，被認為是改性纖維導電性能的選擇之一。但由于石墨烯表面呈現惰性狀態，與其它介質的相互作用弱，且石墨烯片與片之間存在較強的范德華力，極易發生團聚，很難在纖維內部或表面均勻分散，不能把石墨烯的優良性能充分保留在復合材料中。氧化石墨烯是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物，氧化石墨烯是單一的原子層，可以隨時在橫向尺寸上擴展到數十微米，氧化石墨烯在水中具有優越的分散性，可以替代石墨烯均勻分散在纖維中，但是由于氧化石墨烯的導電性比普通石墨還差，因此將氧化石墨烯直接添加到纖維中無法達到導電材料的要求。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種氧化石墨烯改性材料的制備方法，所述的制備方法解決了氧化石墨烯改性纖維及其制品后導電性能低的問題，利用該方法制得的石墨烯改性材料具有導電率高、質輕、抗靜電、適用范圍廣等優點。

為了解決以上技術問題，本發明提供了以下技術方案：

一種氧化石墨烯改性材料的制備方法，包括下列步驟：

將待浸漬物在浸漬液中浸漬，然后取出所述待浸漬物，進行輻照；

所述待浸漬物包括纖維、紗線或織物；

所述浸漬液主要由氧化石墨烯、交聯劑、自由基捕捉劑和水組成。

本發明主要通過浸漬、輻照兩步工序將氧化石墨烯與纖維或纖維制品鍵合在一起，同時通過輻射將氧化石墨烯還原，相當于在纖維表面包覆一層還原氧化石墨烯，從而賦予纖維導電性能。

但本發明對纖維表面的改性區別于現有技術中的物理包覆，在本發明的工藝中需要克服以下難點：

一是克服氧化石墨烯導電性差的問題：本發明通過自由基捕捉劑和輻照雙重處理解決了該問題，輻照會使水電離出H·自由基、水合電子e^-_aq和OH·自由基，H·自由基和水合電子具有很強的還原作用，利用H·自由基和水合電子將氧化石墨烯還原為石墨烯，再利用自由基捕捉劑將OH·自由基去除。

二是必須保證氧化石墨烯在纖維表面的連續性覆蓋，從而使電流連續通過，真正實現導電。對于這一點，本發明通過輻照使氧化石墨烯表面生成多個自由基，多個自由基增加了氧化石墨烯在纖維表面的交聯點，從而增加了包覆率。

三是使氧化石墨烯與纖維穩定連接：本發明通過輻照使氧化石墨烯表面與纖維表面都分別生成了自由基，進而使氧化石墨烯與纖維通過自由基反應后穩定鍵合在一起。另外，輻照還為交聯反應提供了熱量，促進交聯反應快速進行。

本發明所用的原料——氧化石墨烯泛指任意方法制得的氧化石墨烯(名稱定義參見石墨烯聯盟標準T/CGIA 001-2017)。

本發明所述的纖維為天然纖維、合成纖維和人造纖維等，只要能制成纖維制品即可，包括植物纖維、礦物纖維、合成的高分子纖維(聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、尼龍、錦綸、滌綸、聚氨酯、聚碳酸酯等)，或者一些功能性纖維(經過導電、抗菌、增強等功能改性的纖維)。

本發明所述的纖維制品泛指由纖維制成的產品，包括織物、板材、卷材等。