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石墨烯改性导电纤维素纤维及其制备方法和用途技术

技术编号:20090054 阅读:140 留言:0更新日期:2019-01-15 09:11
本发明专利技术提供了一种制备石墨烯改性导电纤维素纤维的方法,其包括在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与纤维素纤维结合以获得氧化石墨烯改性纤维素纤维;以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性纤维素纤维,以获得石墨烯改性导电纤维素纤维。所获得的石墨烯改性导电纤维素纤维的电阻为1×10

【技术实现步骤摘要】
石墨烯改性导电纤维素纤维及其制备方法和用途
本专利技术涉及改性导电纤维、其制备方法和用途,具体地,涉及石墨烯改性导电纤维素纤维、其制备方法和用途。
技术介绍
石墨烯是由sp2杂化的碳原子以蜂窝状六角结构紧密排列而形成的二维单原子层片状晶体材料。特殊的纳米结构使其具有优异的强度、导电、导热等特性,因此在复合材料、智能材料、电子器件、能量储存和药物载体等领域表现出巨大的应用潜能。同时由于石墨烯具有超薄柔性结构和优异的性能特性,其在纺织纤维材料领域中的应用也日益广泛,例如纯石墨烯纤维、石墨烯复合纤维、石墨烯涂层纤维及纺织品等。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导电纤维。涂覆法制备的纤维导电性能优异,但耐水洗性及耐久性不够理想,而共混纺丝法则存在纺丝过程中团聚、纺丝不顺利等问题。近年来,通过还原氧化石墨烯改性纤维来制备导电纤维也日益获得了人们的关注。氧化石墨烯的还原方法主要有化学还原法、热还原法和电化学还原法,其中化学还原法成本低、产量大,备受研究人员青睐。目前,较为有效的还原剂有肼类、NaBH4和HI等,利用这些还原剂制得的还原氧化石墨烯(rGO)C/O能达到10左右、甚至12以上。然而,这些试剂往往具有较强的毒性或腐蚀性,对工作人员的健康和周围环境存在严重威胁。为此,人们曾尝试利用抗坏血酸、壳聚糖作为还原剂对氧化石墨烯进行还原,但发现这些还原剂在较长的反应时间下也难以获得较好的还原效果。因此,本领域迫切需要一种无毒、高效、节能的还原方法,以便获得耐水洗性和导电性能良好的石墨烯改性导电纤维。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种制备无毒、高效和节能的石墨烯改性导电纤维素纤维的方法以获得导电性能高且耐水洗性良好的石墨烯改性导电纤维素纤维,从而克服现有技术中存在的上述不足。根据本专利技术的一个方面,提供了制备石墨烯改性导电纤维素纤维的方法,所述方法包括:在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与纤维素纤维结合以获得氧化石墨烯改性纤维素纤维;以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性纤维素纤维,以获得石墨烯改性导电纤维素纤维。在一个实施方案中,所述氧化石墨烯的粒径为选自以下组成的组中的任一项:0.1μm至7.0μm、0.2μm至6.5μm、0.3μm至6.0μm、0.4μm至5.5μm、0.5μm至5.0μm、0.6μm至4.5μm、0.8μm至4.0μm、1.0μm至3.5μm、1.2μm至3.0μm、1.5μm至2.5μm、1.8μm至2.0μm。在一个实施方案中,所述纤维素纤维为选自以下组成的组中的一种或多种:棉纤维、麻纤维、粘胶纤维、竹纤维、醋酸纤维、铜氨纤维或其组合。在一个实施方案中,所述亚磺酸化合物为选自以下组成的组中的一种或多种:烷基亚磺酸,例如羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、2-羟基-2-亚磺酸基乙酸、三氟甲基亚磺酸、1-羟乙基亚磺酸、1-羟丙基亚磺酸、1-羟丁基亚磺酸、1-羟基-1-甲基乙基亚磺酸、1-羟基-1-乙基丙基亚磺酸、1-羟基-1-甲基丙基亚磺酸或1-羟基-1-甲基戊基亚磺酸,或其盐;芳基亚磺酸,例如,3-硝基苯亚磺酸、4-氯苯亚磺酸、4-氰基苯亚磺酸、4-乙氧基羰基苯亚磺酸、4-三氟甲基苯亚磺酸、3-三氟甲基苯亚磺酸、1-蒽醌亚磺酸、1-萘亚磺酸、2-萘亚磺酸、苯基亚磺酸、对甲氧基苯基亚磺酸、对甲基苯基亚磺酸、对氯苯基亚磺酸、对溴苯基亚磺酸、对碘苯基亚磺酸、对硝基苯基亚磺酸、邻氯苯基亚磺酸、邻硝基苯基亚磺酸或萘基亚磺酸,或其盐;或其组合,其中所述亚磺酸化合物优选为羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸或其盐,更优选为羟甲基亚磺酸钠或3-甲基亚磺酸铵。在一个实施方案中,所述氧化石墨烯溶液中的所述氧化石墨烯与所述纤维素纤维的重量比为1.0:10至3.0:10、1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。在一个实施方案中,所述亚磺酸化合物水溶液中的所述亚磺酸化合物与所述氧化石墨烯改性纤维素纤维的重量比为1.0:10至3.0:10、1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。根据本专利技术的另一方面,提供了通过上文所述方法制备的石墨烯改性导电纤维素纤维,其中所述石墨烯改性导电纤维素纤维在耐水洗实验后,电阻的变化率的绝对值为5%至50%。在一个实施方案中,所述石墨烯改性导电纤维素纤维在耐水洗实验后,电阻的变化率的绝对值为10%至45%、15%至40%、20%至35%或25%至30%。在一个实施方案中,所述石墨烯改性导电纤维素纤维的电阻为1.0×101Ω至1.0×105Ω、或2.0×101Ω至5.0×104Ω、或4.0×101Ω至2.0×104Ω、或8.0×101Ω至1.0×104Ω、或1.0×102Ω至5×103Ω、或2×102Ω至2×103Ω、或4.0×102Ω至1.0×103Ω。本专利技术的方法具有操作简单、工艺流程短、易于规模化生产、能耗低、废水易处理且所获得的石墨烯改性纤维素纤维导电性能高和耐水洗性良好等优点。此外,所述方法具有无毒、无刺激性、成本低等优点。根据本专利技术的另一方面,提供了通过所述方法制备的石墨烯改性导电纤维素纤维在智能传感器、电磁屏蔽、电热医疗用品、导电纺织品或抗静电纺织品中的用途。附图说明图1示出(a)粘胶纤维改性前的电镜图片;(b)氧化石墨烯改性粘胶纤维的电镜图片;(c)石墨烯改性粘胶纤维的电镜图片;以及(d)(c)中方框内的石墨烯改性粘胶纤维的局部放大图。图2示出(a)石墨烯改性导电纤维素纤维的电子照片;以及(b)石墨烯改性导电纤维素纤维用于导电的性能。具体实施方式为了以下详细描述的目的,应理解,本专利技术提供的实施方案可以采取各种替代变体和步骤顺序,除了这些替代变体和步骤顺序明显不适用于本文的实施方案之外。此外,除了在具体的操作实例以外,或者在另外指明的情况下,所有表示说明书和权利要求书中所用成分数量的数字应理解为通过术语“约”修饰,“约”是指其所修饰的各个具体值的±10%、±5%或±3%的变量。因此,除非另外指明,在说明书和所附权利要求书中陈述的数值参数为近似值,其可以根据本专利技术所期望获得的性能而变化。各数值参数应至少根据所报道的有效数位的数量并且通过应用常用的舍入技术进行解释。此外,应理解,本文所述的任何数值范围旨在包括在其中包含的所有子范围。例如,“1至10”旨在包括所述最小值1与所述最大值10之间的所有子范围(并且包括1和10这两个端值),例如1至5、2至8或4至6等。本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的,而不旨在进行限制。“或”意指“和/或”。如本文所用,术语“和/或”包括相关的列出项中的一个或多个项的任一组合和所有组合。本专利技术提供了制备石墨烯改性导电纤维素纤维的方法,所述方法包括:使用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯;将所述氧化石墨烯配置成溶液,然后在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方法使氧化石墨烯与纤维素纤维结合,以获得氧化石墨烯改性纤维素纤维;以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性纤维素纤维,以获得石墨烯改性导电纤维素纤维。在一个实施方案中,所述石墨烯改性导电纤维素纤维还可本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.制备石墨烯改性导电纤维素纤维的方法,包括:在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与纤维素纤维结合以获得氧化石墨烯改性纤维素纤维;以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性纤维素纤维,以获得石墨烯改性导电纤维素纤维。

【技术特征摘要】
1.制备石墨烯改性导电纤维素纤维的方法,包括:在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与纤维素纤维结合以获得氧化石墨烯改性纤维素纤维;以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性纤维素纤维,以获得石墨烯改性导电纤维素纤维。2.如权利要求1所述的方法,其中所述氧化石墨烯的粒径为选自以下组成的组中的任一项:0.1μm至7.0μm、0.2μm至6.5μm、0.3μm至6.0μm、0.4μm至5.5μm、0.5μm至5.0μm、0.6μm至4.5μm、0.8μm至4.0μm、1.0μm至3.5μm、1.2μm至3.0μm、1.5μm至2.5μm、1.8μm至2.0μm。3.如权利要求1所述的方法,其中所述纤维素纤维为选自以下组成的组中的一种或多种:棉纤维、麻纤维、粘胶纤维、竹纤维、醋酸纤维、铜氨纤维或其组合。4.如权利要求1所述的方法,其中所述亚磺酸化合物为选自以下组成的组中的一种或多种:烷基亚磺酸,例如羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、2-羟基-2-亚磺酸基乙酸、三氟甲基亚磺酸、1-羟乙基亚磺酸、1-羟丙基亚磺酸、1-羟丁基亚磺酸、1-羟基-1-甲基乙基亚磺酸、1-羟基-1-乙基丙基亚磺酸、1-羟基-1-甲基丙基亚磺酸或1-羟基-1-甲基戊基亚磺酸,或其盐;芳基亚磺酸,例如,3-硝基苯亚磺酸、4-氯苯亚磺酸、4-氰基苯亚磺酸、4-乙氧基羰基苯亚磺酸、4-三氟甲基苯亚磺酸、3-三氟甲基苯亚磺酸、1-蒽醌亚磺酸、1-萘亚磺酸、2-萘亚磺酸、苯基亚磺酸、对甲氧基苯基亚磺酸、对甲基苯基亚磺酸、对氯苯基亚磺酸、对溴苯基亚磺酸、对碘苯基亚磺酸、对硝基苯基亚磺酸、邻氯苯基亚磺...

【专利技术属性】
技术研发人员:曲丽君朱士凤赵洪涛田明伟赵银桃张宪胜郭肖青
申请(专利权)人:青岛大学南京同君碳素新材料有限公司
类型:发明
国别省市:山东,37

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