[發明專利]一種共堿體系原位自組裝纖維素/石墨烯復合纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201910071348.2
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109913965B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 盧紅斌;馬建華;王鵬;潘紹學;張佳佳;劉沛瑩;劉意成;吳天琪
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: D01F2/02
• 分類號: D01F2/02;D01F1/09
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明涉及一種共堿體系原位自組裝纖維素/石墨烯纖維材料及其制備方法，由石墨烯分散液與纖維素溶液組成，纖維素溶液的溶劑由強堿組合物，尿素或硫脲，以及水組成。制備過程主要包括插層，活化，剪切剝離，共堿溶液分散，獲得高濃度的石墨烯分散液；纖維素的溶解首先需要將共堿溶劑冷卻至?12℃??4℃，高速攪拌快速溶解分子量小于10×10⁴的天然或者再生纖維素，獲得高溶解度的透明纖維素濃溶液。將堿體系下的纖維素溶液與石墨烯分散液以合適配比溶液混合后，經3?5 wt%的稀酸凝固浴自組裝，牽伸，上油，干燥制備出纖維素/石墨烯纖維材料。本發明操作簡單，所制備的材料可用于穿戴自發電智能織物、抗靜電紡織材料、柔性智能傳感材料或電磁屏蔽織物等領域。

技術領域

本發明涉及一種共堿體系原位自組裝纖維素/石墨烯復合纖維及其制備方法，屬于化學和材料學領域，進一步細分屬于功能復合材料制備與應用領域。

背景技術

智能化是未來纖維材料發展的重要方向，將電子技術融合傳感，電磁屏蔽，焦耳加熱，通信，人工智能等技術進一步集成出新型纖維可以大大提高纖維的功能性，拓展其在智能可穿戴領域的應用，而獲得以上應用的基本前提是制備導電纖維。針對柔性可穿戴用導電纖維的制備，現有的技術多采用導電填料（導電炭黑，碳納米管或石墨烯）與纖維材料進行物理共混或者在纖維材料表面涂覆導電涂層來實現的。由此可見，導電材料與纖維基體的選擇是導電纖維制備的重要組成。纖維素是一種天然可再生高分子材料，充分利用纖維素不僅可以保護環境，而且可以節約有限的石油資源。再生纖維素纖維具有與棉纖維相似的服裝用性能，同時可通過其大分子上羥基的化學反應進行接枝和功能性整理，故其可作為功能纖維的基體。石墨烯是近年來備受關注的一種二維碳材料，由于本身具有穩定的共軛電子體系，因而表現出許多諸如力學性能、導電導熱性能、化學穩定性等優良物理特性。將石墨烯與纖維素原位復合制備導電纖維，可以集成纖維素纖維的可編織特性與石墨烯的高導電特性，進而實現智能纖維的柔性可穿戴。然而，無論是纖維素的溶解還是石墨烯材料的制備及穩定分散，均是科學研究領域普遍認同的難題。

專利CN 103046151 B利用氧化石墨烯分散液與再生纖維素溶液混合，通過粘膠濕法紡絲工藝成型后，再經還原制備再生纖維素/石墨烯復合纖維，盡管纖維材料在機械強度方面有所提升（其干斷裂強度最高達到 2 .62cN/dtex，濕斷裂強度達到1 .54cN/dtex），但是體系中的氧化石墨烯無法徹底還原導致纖維的導電性不高。專利CN 104328523 B通過生物質石墨烯水分散液或者其它溶劑石墨烯分散液（CN 108411395 A）與纖維素進行溶液混合進一步濕法紡絲獲得填充型石墨烯/再生纖維素纖維，然而石墨烯在水溶液中的不良分散導致纖維體系中石墨烯團聚嚴重，而為了解決團聚問題加入表面活性劑后又會帶來石墨烯導電性的大幅度降低，進而導致該方案的實施存在一定問題。除了共混復合紡絲，對現有纖維材料進行表面涂覆也是獲得導電纖維的一個重要途徑（CN 108774879 A），然而無論是通過對纖維表面處理還是利用靜電吸附作用結合更多的涂層材料，纖維經過使用或者洗滌后，導電涂層均會變少或者消失，進而導電性顯著變差。

截止目前，以高質量的石墨烯和纖維素為原料，通過原位溶液混合，自組裝濕法紡絲技術制備具有優異導電性能，高強度，可紡織，可規模化生產的功能性石墨烯/纖維素復合纖維材料依然是當前研究領域的一個難點。

發明內容

本發明旨在解決現有纖維素/石墨烯纖維中石墨烯分散不佳所導致的纖維導電性與機械強度不高的問題，以期獲得該纖維材料的導電特性，強度特性以及可編織特性的協同提高，進一步的將該纖維材料應用于可穿戴自發電智能織物，抗靜電紡織材料，柔性智能傳感材料，電磁屏蔽織物以及焦耳加熱功能織物等領域。為此，本發明的目的在于提供一種共堿體系原位自組裝纖維素/石墨烯復合纖維及其制備方法。