一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯接枝多糖的Lyocell纤维及其制备方法。所述方法包括如下步骤：（1）将本发明专利技术制备接枝有多糖的石墨烯与N‑甲基吗啉‑N‑氧化物（NMMO）水溶液进行混合，中得到混合液；（2）然后将纤维素加入上述混合液中进行预混合，混合均匀后置于薄膜蒸发器中真空脱水溶解，得到含有石墨烯的纺丝原液；（3）将步骤（2）中的纺丝原液经过滤输送至纺丝机，采用干湿法纺丝，即得石墨烯接枝多糖Lyocell纤维。本发明专利技术采用多糖改性石墨烯，使石墨烯在纺丝原液中均匀分散，制备的Lyocell纤维具有优良导电导热性能、远红外和防紫外功能、力学性能好等优势，大幅度提升了Lyocell纤维产品的附加值。

Graphene grafted polysaccharide Lyocell fiber and preparation method thereof

The invention relates to a Lyocell fiber of graphene grafted polysaccharide and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: (1) a mixture of graphene grafted with polysaccharide and N aqueous N aqueous solution (NMMO) aqueous solution is mixed with the invention, and the mixture is obtained. (2) the cellulose is added to the mixture to be premixed and then mixed uniformly in the vacuum dehydration of the film evaporator. The spinning solution containing graphene is obtained; (3) the spinning liquid in step (2) is filtered to the spinning machine, and the dry wet spinning is used, that is, the polysugar Lyocell fiber is grafted with graphene. The invention uses the modified graphene to make the graphene uniformly dispersed in the spinning solution. The prepared Lyocell fiber has the advantages of excellent conductive and thermal conductivity, far infrared and UV protection, good mechanical properties and so on. The added value of Lyocell fiber products is greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维及其制备方法
本专利技术属于纺织
，具体涉及一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维及其制备方法。
技术介绍
Lyocell纤维是以N-甲基吗啉-N-氧化物(简称NMMO)的水溶液为溶剂，采用干湿法纺丝制备的再生纤维素纤维。Lyocell纤维物理机械性能优良，尤其是湿强与湿模量，接近于合成纤维。Lyocell纤维具有棉纤维的舒适性、粘胶纤维的悬垂性和色彩鲜艳性，又具有真丝的柔软手感和优雅光泽，可以纯纺，也可与其它天然纤维、合成纤维或再生纤维混纺、交织或复合，也可做成非织造布、纸张与过滤材料等。Lyocell织物具有强度高、悬垂性好、手感厚实、吸湿与放湿性好、易染色、相对粘胶纤维较好的抗皱性与保形性等特点。此外，Lyocell工艺绿色环保，生产过程无污染，溶剂可完全回收，被看作是粘胶纤维的升级换代产品。为提高再生纤维素纤维附加值，研究人员相继开发各类功能化再生纤维素纤维。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，具有优良的强度、柔韧、导电、导热、光学特性。目前添加石墨烯的功能化再生纤维素纤维成为研究热点。然而，石墨烯表面惰性，化学性能稳定，与其他介质的界面作用差，容易团聚，往往需要添加分散剂等实现均匀分散；例如，专利CN103046151A公开一种石墨烯共混再生纤维素纤维及其制备方法，将氧化石墨烯与纺丝原液搅拌混合后进行湿法纺丝，然后将纤维进行还原，得到石墨烯共混再生纤维素纤维，该纤维属于粘胶纤维，其生产污染大，氧化石墨烯直接与纺丝溶液搅拌混合，存在混合不均、需重新脱泡等问题，且后续增加了还原工艺，还原率低，路线复杂，纤维力学性能较低。专利CN105603554A公开了一种石墨烯功能化粘胶纤维及其制备方法，其工艺是通过分散剂来实现石墨烯与纺丝原液的混合，但对于需要回收的NMMO溶剂而言，添加分散剂会给溶剂回收带来困难。目前功能化再生纤维素纤维主要集中于湿法纺丝的粘胶纤维，相比于Lyocell纤维，粘胶纤维力学性能较差，生产污染大。由于Lyocell纤维纺丝原液黏度大难以直接添加石墨烯，溶剂完全回收，需尽可能少的添加其他化学物质，且采用干湿法纺丝工艺，石墨烯在原液中分散均匀十分困难。综上所述，现有技术中纤维素纤维的制备方法仍然存在纤维性能差、生产污染大、工艺繁杂、石墨烯在原液中分散不均匀等诸多问题，这些问题对纤维性能的提高至关重要；另外，目前对于添加石墨烯的功能化Lyocell纤维的研究尚未见报道。因此，亟需一种能够克服上述问题的Lyocell纤维及其制备方法。
技术实现思路
为了解决目前石墨烯再生纤维素纤维以粘胶纤维为主、力学性能差、环境污染大、石墨烯在Lyocell纤维纺丝原液中均匀分散困难的问题，本专利技术旨在提供一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维及其制备方法。本专利技术制备的Lyocell纤维具有优良导电导热性能、远红外和防紫外功能、力学性能好等优势，能够大幅度提高Lyocell纤维产品的附加值。本专利技术的目的之一是提供一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维。本专利技术的目的之二是提供一种石墨烯接枝多糖的制备方法。本专利技术的目的之三是提供一种利用上述接枝多糖的石墨烯制备Lyocell纤维的方法。本专利技术的目的之四是提供上述Lyocell纤维及其制备方法、石墨烯接枝多糖的制备方法的应用。为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了以下技术方案：首先，本专利技术公开了一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维，所述Lyocell纤维包括：接枝多糖的石墨烯0.01％-3％，纤度0.8-2.3dtex，所述Lyocell纤维的干强≥2.6cN/dtex，干伸≥9％，湿强≥2.1cN/dtex，湿伸≥10％，具有导电导热抗菌抑菌等性能。其次，本专利技术公开了一种石墨烯接枝多糖的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)将石墨烯或氧化石墨烯加入酸溶液中超声震荡、过滤、烘干；2)将多糖溶解于溶剂中，并加酸调节pH，形成多糖溶液，多糖溶液在85℃下的黏度＜200Pa·s；3)在步骤2)的多糖溶液中添加步骤1)经过超声处理的石墨烯，搅拌后过滤水洗，即得接枝多糖的石墨烯。步骤1)中，所述酸溶液包括：盐酸、硫酸、有机酸。优选的，所述有机酸包括：甲酸、乙酸、丙酸。步骤1)中，所述超声震荡的时间为0.5h～12h，温度为20～80℃。步骤1)中，所述烘干的温度为50～80℃。步骤2)中，所述多糖包括：纤维素、壳聚糖、半纤维素、多聚半乳糖。步骤2)中，所述多糖的聚合度为10～400。步骤2)中，所述溶剂为LiCl/DMAc、铜乙二胺溶液、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、离子液体。步骤2)中，所述多糖质量分数为0.5％～5％。步骤2)中，所述酸包括：盐酸、硫酸。步骤2)中，所述pH为1～6。步骤3)中，所述石墨烯质量分数为溶液总质量的0.1％～3％。步骤3)中，所述搅拌时间为1～12h，搅拌温度为40～110℃。再次，本专利技术公开了一种石墨烯接枝多糖Lyocell纤维的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将本专利技术制备接枝有多糖的石墨烯与N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液进行混合，中得到混合液；(2)然后将经过水力碎浆并压榨后的纤维素加入上述混合液中进行预混合，混合均匀后置于薄膜蒸发器中真空脱水溶解，得到含有石墨烯的纺丝原液；(3)将步骤(2)中的纺丝原液经过滤输送至纺丝机，采用干湿法纺丝，即得石墨烯接枝多糖Lyocell纤维。步骤(1)中，所述混合温度为50～80℃。步骤(1)中，所述石墨烯与NMMO的质量比为1:10～1:1500。步骤(1)中，所述NMMO水溶液浓度为50％～87％。步骤(1)中，所述预混合时间为10～90min，温度为50～75℃。步骤(2)中，所述水力碎浆压榨后的纤维素浆粕，含水率为30～60％。步骤(2)中，所述纤维素与混合液的质量比为1：2～10。步骤(2)中，所述溶解温度为80～120℃，真空度为-5×104～-10×104Pa，溶解时间15～60min。步骤(2)中，所述纺丝原液中纤维素含量6％-20％，石墨烯含量0.06％～6％，NMMO含量65％～82％，黏度1000～20000Pa·s。步骤(3)中，所述干喷湿法纺丝工艺条件为：空气隙5～30mm，纺丝原液温度80～110℃，凝固浴中NMMO浓度5％～30％，其余为水；凝固浴温度10～30℃，纺丝速度20～100m/min。最后，本专利技术公开了上述石墨烯接枝多糖Lyocell纤维及其制备方法的应用，所述应用包括用于服装、军工、复材等产品中。本专利技术的特点在于：多糖富含羟基，可以与溶剂NMMO及同为多糖的纤维素之间形成氢键，接枝多糖的石墨烯在纺丝原液中与溶剂形成氢键达到分散均匀的目的，经纺丝后改性石墨烯的羟基可与纤维素羟基形成氢键，同时，接枝多糖嵌入纤维中纤维素晶体中，与添加未改性石墨烯的纤维相比，力学性能可得到显著提高。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：(1)本专利技术石墨烯接枝多糖制备Lyocell纤维的方法工艺流程短，生产过程不会产生污染性的副产物，对环境更加友好。(2)本专利技术采用多糖改性石墨烯，使石墨烯在纺丝原液中均匀分散，与纤维素纤维具有很好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯接枝多糖的Lyocell纤维，其特征在于：所述Lyocell纤维包括：接枝多糖的石墨烯0.01％‑3％，纤度0.8‑2.3dtex；所述Lyocell纤维的干强≥2.6cN/dtex，干伸≥9％，湿强≥2.1cN/dtex，湿伸≥10％。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯接枝多糖的Lyocell纤维，其特征在于：所述Lyocell纤维包括：接枝多糖的石墨烯0.01％-3％，纤度0.8-2.3dtex；所述Lyocell纤维的干强≥2.6cN/dtex，干伸≥9％，湿强≥2.1cN/dtex，湿伸≥10％。2.一种如权利要求1所述的石墨烯接枝多糖的Lyocell纤维的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)将石墨烯接枝多糖与N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液进行混合，中得到混合液；(2)然后将纤维素加入上述混合液中进行预混合，混合均匀后置于薄膜蒸发器中真空脱水溶解，得到含有石墨烯的纺丝原液；(3)将步骤(2)中的纺丝原液经过滤输送至纺丝机，采用干湿法纺丝，即得石墨烯接枝多糖Lyocell纤维。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述混合温度为50～80℃；步骤(1)中，所述石墨烯与N-甲基吗啉-N-氧化物的体积比为1:10～1:1500；步骤(1)中，所述N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液浓度为50％～87％；步骤(1)中，所述预混合时间为10～90min，温度为50～75℃。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述纤维为水力碎浆压榨后的纤维素浆粕，含水率为30～60％；优选的，所述纤维素与混合液的体积比为1：2～10；优选的，所述溶解温度为80～120℃，真空度为-5×104～-10×104Pa，溶解时间15～60min；优选的，所述纺丝原液中纤维素含量6％-20％，石墨烯含量0.06％～6％，N-甲基吗啉-N-氧化物含量65％～82％，黏度1000～20000Pa·s。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述干喷湿法纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉波，高建，李永威，韩荣桓，
申请(专利权)人：山东英利实业有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37