石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、石墨烯弹力纱及其制备方法、石墨烯分散到聚合物中的方法技术

本申请涉及一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、包含这种复合纤维的石墨烯弹力纱及其制备方法。所述超细旦复合纤维通过静电纺丝制备，其表面含有分散均匀的石墨烯；通过采用静电纺丝与干法纺丝相结合的工艺，在干法纺丝的甬道中使石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维包覆在聚氨酯纤维外层，或者采用包芯纱的工艺，形成石墨烯弹力纱。本申请还涉及一种将石墨烯分散到聚合物中的方法。

Graphene polyurethane superfine denier composite fiber, graphene elastic yarn and its preparation methods and methods for dispersion of graphene to polymer

The application relates to a graphene polyurethane superfine denier composite fiber, the graphene elastic yarn containing the composite fiber and the preparation method. The ultrafine composite fibers were prepared by electrospinning, the surface of graphene containing uniformly dispersed; process by combining with electrospinning and dry spinning phase, in the corridor in the dry spinning super fine denier polyurethane graphene composite fiber coated with polyurethane fiber layer, or the process of core spun yarn, the formation of graphene elastic yarn. This application also relates to a method of dispersing graphene into the polymer.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、石墨烯弹力纱及其制备方法、石墨烯分散到聚合物中的方法
本专利技术涉及功能性氨纶弹力纱领域，具体涉及一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、石墨烯弹力纱及其制备方法，以及将石墨烯分散到聚合物中的方法。
技术介绍
石墨烯是一种由单层碳原子构成，具有二维蜂窝状结构的碳素物质，是石墨材料的基本单元，具有优异的力学、热学、光电学等多种性能。静电纺丝法可以制备直径几十纳米到几微米的纤维，其纳米纤维具有高比表面积、高孔隙率和结构可调等特点。石墨烯虽然具有许多优异的性能，但是在纤维上的应用才刚刚开展起来。目前的应用技术路线主要分为三个方面，第一采用原位聚合的方法，利用石墨烯表面的活性基团进行反应；第二采用物理共混的方法，使石墨烯分散在聚合物中；第三采用镀层的方法，通过外力将石墨烯镀在聚合物表层。专利CN105019052把至少部分表面含有氨基基团的纳米石墨烯、扩链胺溶液、预聚物在扩链器内混合。此专利技术希望通过原位聚合的方法来解决石墨烯的分散难题，没有任何新意，而且在扩链反应器处极易造成阻塞，影响生产稳定性。专利CN104674541A、CN106087161A采用物理共混的方法将石墨烯分散在聚合物中，染后涂抹在织物表面，这跟在纤维上的运用还是有很大差距的，尤其影响织物的穿着舒适性。专利CN105964522A在石墨烯分散液中加入天然植物长纤维或聚合物长纤维进行超声处理，得到纤维石墨烯混合分散液。最后将纤维石墨烯混合分散液设置在基底上，烘干后得到的膜在500～900℃温度下处理15～30min。此专利技术采用镀层的方法，然后在高温下碳化，还达到固化石墨烯的效果，但是在氨纶上却无法使用。专利CN102121192A涉及一种导电复合纤维及其制备方法，也是采用镀层的方法，但石墨烯在纤维表层的稳定性较差，不耐磨。因此，需要开发一种满足服装面料使用的石墨烯弹力纱新技术，以满足这一领域的要求。
技术实现思路
本申请实施方案提供一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维以及包含该复合纤维的石墨烯弹力纱。本申请实施方案还提供一种将石墨烯分散到聚合物中的方法。第一方面，本申请实施方案提供了一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维，其由石墨烯聚氨酯纺丝原液通过静电纺丝而得，所述石墨烯聚氨酯纺丝原液的制备可以包括如下步骤：1)将原料高分子量多元醇和二异氰酸酯混合，反应得到预聚物a，所述高分子量多元醇的数均分子量可以为800至2100；2)向预聚物a的酰胺类极性溶液中加入包含具有活性氢原子的封端剂和低分子量二醇扩链剂的酰胺类极性溶液并搅拌反应，得到聚氨酯溶液b；3)将经等离子体处理的石墨烯通过传送装置(A)送入通道(B)，在石墨烯下落过程中通过电荷发生器(C)发射电荷而使石墨烯带电；带电石墨烯通过通道(B)后均匀分布在传送装置(D)所输送的聚氨酯溶液b所形成的液膜上；4)将步骤3)得到的覆有石墨烯的液膜送入烘箱以固定石墨烯，出箱得到石墨烯-聚氨酯复合膜c；和5)将石墨烯-聚氨酯复合膜c溶解于酰胺类极性溶液，得到所述石墨烯聚氨酯纺丝原液d。在一个实施方案中，所述超细旦复合纤维中石墨烯的质量含量可以为0.5％至5.0％。在另一实施方案中，步骤3)中所述的等离子体处理可以以含水空气为反应气体，该空气的相对湿度可以为50％到90％。优选地，等离子体处理可以采用高压直流电正电晕放电，工作电压可以为10至16KV，处理时间可以为8至15分钟。步骤3)中所述电荷发生器可以是电子枪，从而使石墨烯带负电。在又一实施方案中，步骤4)中所述烘箱的处理温度可以为180至220℃，处理时间可以为0.5至3分钟。在又一实施方案中，步骤5)中所述纺丝原液d的质量浓度可以为10％至30％。第二方面，本申请实施方案提供了一种石墨烯弹力纱，包含聚氨酯纤维和根据第一方面的石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维，其中所述超细旦复合纤维包覆在聚氨酯纤维表面。在一个实施方案中，在聚氨酯干法纺丝的甬道内，静电纺丝的喷头将石墨烯聚氨酯纺丝原液喷出，所形成的超细旦复合纤维直接包覆到聚氨酯纤维表面。在另一实施方案中，所述弹力纱通过将超细旦复合纤维织造成无纺布，再通过包芯纱工艺制得。在又一实施方案中，超细旦复合纤维在石墨烯弹力纱中的质量含量可以为2.0％至20.0％。第三方面，本申请实施方案提供了一种石墨烯弹力纱的制备方法，包括在聚氨酯干法纺丝的甬道内，静电纺丝的喷头将石墨烯聚氨酯纺丝原液喷出，由此形成的石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维直接包覆到聚氨酯纤维表面，其中所述石墨烯聚氨酯纺丝原液的制备可以包括如下步骤：1)将原料高分子量多元醇和二异氰酸酯混合，反应得到预聚物a，所述高分子量多元醇的数均分子量可以为800至2100；2)向预聚物a的酰胺类极性溶液中加入包含具有活性氢原子的封端剂和低分子量二醇扩链剂的酰胺类极性溶液并搅拌反应，得到聚氨酯溶液b；3)将经等离子体处理的石墨烯通过传送装置(A)送入通道(B)，在石墨烯下落过程中通过电荷发生器(C)发射电荷而使石墨烯带电；带电石墨烯通过通道(B)后均匀分布在传送装置(D)所输送的聚氨酯溶液b所形成的液膜上；4)将步骤3)得到的覆有石墨烯的液膜送入烘箱以固定石墨烯，出箱得到石墨烯-聚氨酯复合膜c；和5)将石墨烯-聚氨酯复合膜c溶解于酰胺类极性溶液，得到所述石墨烯聚氨酯纺丝原液d。第四方面，本申请实施方案提供了一种将石墨烯分散到聚合物中的方法，包括：将经等离子体处理的石墨烯通过传送装置(A)送入通道(B)，在石墨烯下落过程中通过电荷发生器(C)发射电荷而使石墨烯带电；带电石墨烯通过通道(B)后均匀分布在传送装置(D)所输送的聚合物溶液所形成的液膜上。附图说明图1是根据本专利技术实施方案将石墨烯分散到聚氨酯中的方法示意图。其中A：传送装置；B：通道；C：电荷发生器；D：传送装置。具体实施方式本专利技术的石墨烯弹力纱很好地解决了石墨烯在纺织品上应用的难题，而且保证了石墨烯功能的有效发挥，比如抗静电、抗紫外光、远红外保健等功效。具体而言，本专利技术采用一种静电纺丝与干法纺丝相结合的工艺技术，静电纺丝所制备的超细旦复合纤维含有石墨烯，在聚氨酯干法纺丝的甬道中直接包覆在聚氨酯纤维的表面，从而使得两种纺丝工艺制备的纤维合为一体，或者先将超细旦复合纤维织造成无纺布，再采用包芯纱工艺，以形成石墨烯弹力纱。为清楚起见，本申请中所用术语“聚氨酯”、“聚氨酯原液”、“聚氨酯纤维”或“聚氨酯弹性纤维”一律按本领域惯常定义理解，包括现有技术中一般干法纺丝、熔融纺丝等工艺所涉及的所有常规聚氨酯、其原液或纤维，从而与本申请中含有石墨烯的聚氨酯、聚氨酯原液(石墨烯聚氨酯纺丝原液)、聚氨酯纤维(石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维或超细旦复合纤维)相区别开。本专利技术中的石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维由石墨烯聚氨酯纺丝原液d通过静电纺丝而得。静电纺丝可以采用本领域已知的各种相关技术，其中所用电压范围可以为50至140KV，电极间距可以为250至300毫米，纺丝速度可以为0.2至20米/分，所得的纤维直径可以为100至500nm。石墨烯聚氨酯纺丝原液d的制备可以包括如下步骤：1)将原料高分子量多元醇和二异氰酸酯混合，反应得到预聚物a，所述高分子量多元醇的数均分子量为800至2100；2)向预聚物a的酰胺类极性溶液中加入包含具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维，其由石墨烯聚氨酯纺丝原液通过静电纺丝而得，所述石墨烯聚氨酯纺丝原液的制备包括如下步骤：1)将原料高分子量多元醇和二异氰酸酯混合，反应得到预聚物a，所述高分子量多元醇的数均分子量为800至2100；2)向预聚物a的酰胺类极性溶液中加入包含具有活性氢原子的封端剂和低分子量二醇扩链剂的酰胺类极性溶液并搅拌反应，得到聚氨酯溶液b；3)将经等离子体处理的石墨烯通过传送装置(A)送入通道(B)，在石墨烯下落过程中通过电荷发生器(C)发射电荷而使石墨烯带电；带电石墨烯通过通道(B)后均匀分布在传送装置(D)所输送的聚氨酯溶液b所形成的液膜上；4)将步骤3)得到的覆有石墨烯的液膜送入烘箱以固定石墨烯，出箱得到石墨烯‑聚氨酯复合膜c；和5)将石墨烯‑聚氨酯复合膜c溶解于酰胺类极性溶液，得到所述石墨烯聚氨酯纺丝原液d。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维，其由石墨烯聚氨酯纺丝原液通过静电纺丝而得，所述石墨烯聚氨酯纺丝原液的制备包括如下步骤：1)将原料高分子量多元醇和二异氰酸酯混合，反应得到预聚物a，所述高分子量多元醇的数均分子量为800至2100；2)向预聚物a的酰胺类极性溶液中加入包含具有活性氢原子的封端剂和低分子量二醇扩链剂的酰胺类极性溶液并搅拌反应，得到聚氨酯溶液b；3)将经等离子体处理的石墨烯通过传送装置(A)送入通道(B)，在石墨烯下落过程中通过电荷发生器(C)发射电荷而使石墨烯带电；带电石墨烯通过通道(B)后均匀分布在传送装置(D)所输送的聚氨酯溶液b所形成的液膜上；4)将步骤3)得到的覆有石墨烯的液膜送入烘箱以固定石墨烯，出箱得到石墨烯-聚氨酯复合膜c；和5)将石墨烯-聚氨酯复合膜c溶解于酰胺类极性溶液，得到所述石墨烯聚氨酯纺丝原液d。2.根据权利要求1所述的超细旦复合纤维，其特征在于所述超细旦复合纤维中石墨烯的质量含量为0.5％至5.0％。3.根据权利要求1或2所述的超细旦复合纤维，其特征在于步骤3)中所述的等离子体处理以含水空气为反应气体，空气的相对湿度为50％到90％；优选采用高压直流电正电晕放电，工作电压为10-16KV，处理时间为8-15分钟。4.根据权利要求1至3中任一项所述的超细旦复合纤维，其特征在于步骤3)中所述电荷发生器是电子枪，从而使石墨烯带负电。5.根据权利要求1至4中任一项所述的超细旦复合纤维，其特征在于步骤4)中所述烘箱的处理温度为180至220℃，处理时间为0.5至3分钟。6.一种石墨烯弹力纱，包含聚氨酯纤维和根据权利要求1至6中任一项所述的石墨烯聚氨酯超细旦复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆建林，乔健强，张永旗，崔跃伟，
申请(专利权)人：郑州中远氨纶工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41