功能化壳聚糖纤维基材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯或氧化石墨烯功能化高分子材料及其制备方法，尤其涉及一种具有轻质、导电导热性和抗菌性的壳聚糖纤维基材料的制备。本发明专利技术通过将壳聚糖纤维基材料进行表面修饰引入氧化石墨烯或者将其进一步还原成石墨烯修饰的壳聚糖纤维基材料。本发明专利技术提供的石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料的制备方法具有生产工艺简单，制造成本较低，产品性能稳定的优点，非常适合壳聚糖纤维和石墨烯产业的推广和市场拓展。本发明专利技术提供的石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料综合了质轻、吸附重金属能力强、抗菌性、导电性、抗静电等功能，可以用于制备医疗、卫生敷料、抗菌抗静电服装、各种抗菌包装材料、工业污水处理等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石墨烯或氧化石墨烯功能化高分子材料及其制备方法，尤其涉及一种具有轻质、导电导热性和抗菌性的壳聚糖纤维基材料的制备，属于高分子材料加工和纺织

技术介绍
在公知的
，纤维是通过湿法、干法、或熔融纺丝等成型工艺制备的天然或合成的细丝状纤维。纤维可以通过开松、梳棉、并条、细纱、粗纱、络筒等一系列纺纱工艺可以制备成纱线，并进一步通过机织、针织或编织等纺织工艺过程制备成各种有纺织物。纤维也可以通过开松、梳棉、铺网、针刺或水刺等非织造工艺直接制备针刺无纺布或水刺无纺布等非织造物。壳聚糖(Chitosan)，又称可溶性甲壳素，是由自然界广泛存在的甲壳素经过脱乙酰作用得到的生物高分子，化学名称为聚β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖。作为一种可溶性的高分子，壳聚糖具有可纺性。可以将壳聚糖溶解在合适的溶剂（如醋酸）中制备纺丝液，再经过喷丝、凝固、拉伸、洗涤、干燥等一系列湿法纺丝的工艺制备成纯壳聚糖纤维，也可以将壳聚糖和其他功能性有机化合物或无机化合物共混后纺丝制备各种壳聚糖共混纤维或壳聚糖复合纤维。利用壳聚糖大分子中有化学活泼的羟基和氨基的特点，可以很方便地对壳聚糖纤维（包括纯壳聚糖纤维、壳聚糖共混纤维和壳聚糖复合纤维）进行各种化学改性而制备各种水溶型或水溶胀型壳聚糖纤维。目前，壳聚糖纤维以及各种以壳聚糖纤维为原材料加工制备的纯纺或混纺纱线、织物和非织造物已经广泛应用于医疗、保健、卫生、美容、甚至工业水质净化处理等领域。石墨烯（Graphene）是继零维的富勒烯和一维碳纳米管之后发现的新型二维碳结构纳米材料，其结构是由碳原子以sp2杂化轨道组成的碳六元环。氧化石墨烯（Grapheneoxide,简称GO）是石墨烯的衍生物，与石墨烯的机构大体相同，但是氧化石墨烯基面及边缘含有羟基和羧基等易于修饰的活性功能基团，这些功能基团赋予氧化石墨烯一些新的特性，如分散性、亲水性和化学可修饰性。近年来，石墨烯逐渐成为高性能纺织纤维制备及纺织品功能化整理领域的研究热点。石墨烯具有极佳的电子传输性能，其电阻率比铜或银更低，是目前世界上电阻率最小的材料，通过直接制备或后整理的方法将石墨烯引入到织物上，可以制备抗静电或者导电织物。近年的研究结果还表明，石墨烯二维平面结构对各类光线的反射效率高、遮蔽效果理想。石墨烯和氧化石墨烯还具有良好的抗菌性能和生物相容性，同时也是抗菌活性物质的理想载体，将石墨烯和氧化石墨烯整理到织物上，即可制备防紫外抗菌织物。此外，石墨烯和氧化石墨烯还是一种性能优异的纳米吸附剂，对重金属和染料具有很强吸附能力，加上石墨烯和氧化石墨烯本身具有极大的比表面积，将石墨烯或氧化石墨烯负载到纤维基过滤材料上，有望开发出高性能高的吸附分离材料，在水质净化等领域发挥独特优势。因此，可以预测将纳米石墨烯或氧化石墨烯引入到壳聚糖纤维或各种以壳聚糖纤维为原材料加工制备的纱线、织物和非织造物上，可以融合高分子壳聚糖的抗菌性、生物相容性、吸附重金属的性质，以及纳米石墨烯材料的抗菌、导电、导热、质轻、吸附表面积大、防紫外等性质，通过两者的协同作用，最大限度的发挥壳聚糖与石墨烯或氧化石墨烯两种的优势，开发出具有优异抗菌、防紫外、防静电、吸附重金属或染料废液的高性能纤维或织物。但是，如何通过的整理工艺将石墨烯和氧化石墨烯牢固地结合到壳聚糖纤维或纺织品上，且尽可能不影响壳聚糖纤维或织物原来的功能，是亟待解决的关键课题。到目前为止，尚未见有关通过后整理的方法将石墨烯或氧化石墨烯引入到壳聚糖纤维或以壳聚糖纤维为原材料加工制备的纱线、织物和非织造物上以制备石墨烯或氧化石墨功能化壳聚糖纤维基材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料及其制备方法。该制备方法将赋予壳聚糖纤维较好的抗菌性能和抗静电性能，且制备方法简单，易于实现工业化生产。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用如下的技术方案。一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料，所述的壳聚糖纤维基材料是通过将壳聚糖纤维基材料进行表面修饰引入氧化石墨烯或者将其进一步还原成石墨烯修饰的壳聚糖纤维基材料。进一步地，所述的壳聚糖纤维基材料包含壳聚糖纤维以及各种以壳聚糖纤维为原材料加工制备的纯纺或混纺纱线、织物和非织造物。进一步地，所述的壳聚糖纤维包含纯壳聚糖纤维、壳聚糖共混纤维、壳聚糖复合纤维以及对壳聚糖纤维纤维进行各种化学改性而制备各种水溶型或水溶胀型壳聚糖纤维。一种制备石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料的方法，其特征是包含以下步骤。步骤1、将氧化石墨用超声波分散的方法分散于合适的溶剂中，制备氧化石墨烯溶液。步骤2、向步骤1中所制备的氧化石墨烯溶液中加入偶联剂，制备含有偶联剂的氧化石墨烯溶液。步骤3、用上述步骤1或2中所获得的含有氧化石墨烯的溶液对壳聚糖纤维基材料进行表面浸渍或喷涂处理，用水和乙醇交替洗去多余杂质，干燥，获得氧化石墨烯功能化的壳聚糖纤维基材料；或者进一步地将所获得的氧化石墨烯功能化的壳聚糖纤维基材料在含有还原剂的水溶液中进行化学还原处理，以获得石墨烯功能化的壳聚糖纤维基材料。进一步地，所述的壳聚糖纤维基材料包含壳聚糖纤维以及各种以壳聚糖纤维为原材料加工制备的纯纺或混纺纱线、织物和非织造物。进一步地，所述的壳聚糖纤维包含纯壳聚糖纤维、壳聚糖共混纤维、壳聚糖复合纤维以及对壳聚糖纤维纤维进行各种化学改性而制备各种水溶型或水溶胀型壳聚糖纤维。所述的壳聚糖共混纤维是壳聚糖与其他可纺性高分子（如聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、羧甲基纤维素钠等）共混后进行湿法纺丝制备的共混纤维。所述的水溶型或水溶胀型壳聚糖纤维是羧甲基壳聚糖纤维、羟丙基壳聚糖纤维、羟乙基壳聚糖纤维或羧丁基壳聚糖纤维中的任意一种。进一步地，步骤1中所述的氧化石墨烯溶液是的浓度为1mg/L-15mg/L。进一步地，步骤1中所述逇溶剂为水、乙醇、二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）中的任意一种或两种以上混合物。进一步地，步骤2中所述的偶联剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），所述的EDC的添加量为氧化石墨烯固体重量的1%-10%，所述的NHS的添加量为与EDC等摩尔比。进一步地，步骤3中所述的浸渍的温度为20ºC-60ºC，浸渍的时间为1-24h。进一步地，步骤3中所述的干燥为真空干燥或冷冻干燥。进一步地，步骤3中所述的还原剂是为水合肼、硼氢化钠、酚类化合物、胺类化合物、维生素C及其盐、草酸及其盐等中的一种或两种以上组合。进一步地，步骤3中所述的还原处理的浴比（固/液比）为1:1-1:100。进一步地，所述的还原剂的水溶液的浓度为10%-70%，还原温度为20ºC-100ºC，还原时间为0.5-24h。下面就本专利技术的技术原理做进一步说明。本专利技术中，利用氧化石墨烯表面羧基带负电荷的特点，可以与带正电荷的壳聚糖分子以静电组装的方式（非共价结合）形成离子复合物，从而将氧化石墨烯均匀而包覆在壳聚糖纤维的表面，达到氧化石墨烯功能化修饰壳聚糖纤维基材料的目的。进一步地，本专利技术中利用氧化石墨烯表面所得羧基易于被修饰的特点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料，其特征在于所述的壳聚糖纤维基材料是通过将壳聚糖纤维基材料进行表面修饰引入氧化石墨烯或者将其进一步还原成石墨烯修饰的壳聚糖纤维基材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料，其特征在于所述的壳聚糖纤维基材料是通过将壳聚糖纤维基材料进行表面修饰引入氧化石墨烯或者将其进一步还原成石墨烯修饰的壳聚糖纤维基材料。2.根据权利要求1所述一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料，其特征在于所述的壳聚糖纤维基材料包含壳聚糖纤维以及各种以壳聚糖纤维为原材料加工制备的纯纺或混纺纱线、织物和非织造物；所述的壳聚糖纤维包含纯壳聚糖纤维、壳聚糖共混纤维、壳聚糖复合纤维以及对壳聚糖纤维纤维进行各种化学改性而制备各种水溶型或水溶胀型壳聚糖纤维。3.根据权利要求1或2所述的一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料的制备方法，其特征在于包含以下制备步骤：步骤1、将氧化石墨用超声波分散的方法分散于合适的溶剂中，制备氧化石墨烯溶液；步骤2、向步骤1中所制备的氧化石墨烯溶液中加入偶联剂，制备含有偶联剂的氧化石墨烯溶液；步骤3、用上述步骤1或2中所获得的含有氧化石墨烯的溶液对壳聚糖纤维基材料进行表面浸渍或喷涂处理，用水和乙醇交替洗去多余杂质，干燥，获得氧化石墨烯功能化的壳聚糖纤维基材料；或者进一步地将所获得的氧化石墨烯功能化的壳聚糖纤维基材料在含有还原剂的水溶液中进行化学还原处理，以获得石墨烯功能化的壳聚糖纤维基材料。4.根据权利要求3中所述的一种石墨烯或氧化石墨烯功能化壳聚糖纤维基材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的氧化石墨烯溶液是的浓度为1mg/L-15mg/L。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉松，
申请(专利权)人：吴玉松，
类型：发明
国别省市：福建;35