一种氧化石墨烯改性材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯改性材料及其制备方法和应用。一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，包括下列步骤：将待浸渍物在浸渍液中浸渍，然后取出所述待浸渍物，进行辐照；所述待浸渍物包括纤维、纱线或织物；所述浸渍液主要由氧化石墨烯、交联剂、自由基捕捉剂和水组成。本发明专利技术解决了氧化石墨烯改性纤维及其制品后导电性能低的问题，利用该方法制得的氧化石墨烯改性材料具有导电率高、质轻、抗静电、适用范围广等优点。

A modified graphene oxide material and its preparation and Application

The invention provides a graphene oxide modified material and a preparation method and application. A method for preparing graphene oxide modified materials, which comprises the following steps: the impregnation impregnation in the impregnation solution, and then remove the impregnation, the irradiation; extracts including fiber, yarn or fabric; the impregnating solution is mainly composed of graphene oxide, crosslinking agent and the free radical trapping agent and water. The invention solves the problem of low conductivity after oxidation of graphene oxide modified fibers and products, and the prepared graphene oxide modified material has the advantages of high conductivity, light weight, antistatic and wide application range.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯改性材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及化工领域，尤其是涉及一种氧化石墨烯改性材料及其制备方法和应用，尤其涉及导电纤维、导电纤维制品的制备方法。
技术介绍
导电纤维具有良好的导电性和耐久性，特别是在低湿度下仍具有良好的耐久抗静电性，当导电层达到一定厚度或导电成分达到一定比例后，就具有优良的电磁屏蔽功能，因此在工业、民用等领域有着很大的用途，例如电子、电力行业的导电网、导电工作服，医疗行业的电热服、电热绷带，航空、航天、精密电子行业的电磁屏蔽罩等方面。导电纤维的抗静电机理是使导电纤维之间产生电晕放电。电晕放电是一种很缓和的放电形式，当静电压达到一定的数值后，即产生无火花的电晕放电使静电消除。这种现象通常认为是织物中的导电纤维，在静电场的作用下，使周围的空气产生电离作用而形成正负离子，正负离子中的一种与织物所带静电荷相反而中和，另一种则与环境或大地中和，从而消除了静电。目前，导电纤维普遍存在加工成本较高，工艺亦较复杂等问题，这在一定程度上限制了导电纤维的生产，也限制了使用和普及，因此目前导电纤维主要应用于高科技领域，而应用于民用的品种还较少。随着人们生活水平的提高和对自身健康保护意识的增强，民用导电纤维的推广使用必然成为趋势，因此导电纤维的加工应向工艺简单、低成本的方向发展，而赋予普通纤维导电性是解决以上问题的途径之一。石墨烯是一种由碳原子按SP2杂化方式紧密排列形成的类似于蜂窝状结构的层状结构，因具有优良的导热、导电性能受到人们的广泛关注，被认为是改性纤维导电性能的选择之一。但由于石墨烯表面呈现惰性状态，与其它介质的相互作用弱，且石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，极易发生团聚，很难在纤维内部或表面均匀分散，不能把石墨烯的优良性能充分保留在复合材料中。氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，氧化石墨烯在水中具有优越的分散性，可以替代石墨烯均匀分散在纤维中，但是由于氧化石墨烯的导电性比普通石墨还差，因此将氧化石墨烯直接添加到纤维中无法达到导电材料的要求。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，所述的制备方法解决了氧化石墨烯改性纤维及其制品后导电性能低的问题，利用该方法制得的石墨烯改性材料具有导电率高、质轻、抗静电、适用范围广等优点。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，包括下列步骤：将待浸渍物在浸渍液中浸渍，然后取出所述待浸渍物，进行辐照；所述待浸渍物包括纤维、纱线或织物；所述浸渍液主要由氧化石墨烯、交联剂、自由基捕捉剂和水组成。本专利技术主要通过浸渍、辐照两步工序将氧化石墨烯与纤维或纤维制品键合在一起，同时通过辐射将氧化石墨烯还原，相当于在纤维表面包覆一层还原氧化石墨烯，从而赋予纤维导电性能。但本专利技术对纤维表面的改性区别于现有技术中的物理包覆，在本专利技术的工艺中需要克服以下难点：一是克服氧化石墨烯导电性差的问题：本专利技术通过自由基捕捉剂和辐照双重处理解决了该问题，辐照会使水电离出H·自由基、水合电子e-aq和OH·自由基，H·自由基和水合电子具有很强的还原作用，利用H·自由基和水合电子将氧化石墨烯还原为石墨烯，再利用自由基捕捉剂将OH·自由基去除。二是必须保证氧化石墨烯在纤维表面的连续性覆盖，从而使电流连续通过，真正实现导电。对于这一点，本专利技术通过辐照使氧化石墨烯表面生成多个自由基，多个自由基增加了氧化石墨烯在纤维表面的交联点，从而增加了包覆率。三是使氧化石墨烯与纤维稳定连接：本专利技术通过辐照使氧化石墨烯表面与纤维表面都分别生成了自由基，进而使氧化石墨烯与纤维通过自由基反应后稳定键合在一起。另外，辐照还为交联反应提供了热量，促进交联反应快速进行。本专利技术所用的原料——氧化石墨烯泛指任意方法制得的氧化石墨烯(名称定义参见石墨烯联盟标准T/CGIA001-2017)。本专利技术所述的纤维为天然纤维、合成纤维和人造纤维等，只要能制成纤维制品即可，包括植物纤维、矿物纤维、合成的高分子纤维(聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、尼龙、锦纶、涤纶、聚氨酯、聚碳酸酯等)，或者一些功能性纤维(经过导电、抗菌、增强等功能改性的纤维)。本专利技术所述的纤维制品泛指由纤维制成的产品，包括织物、板材、卷材等。本专利技术以上制备方法还可以进一步改进，例如：优选地，所述浸渍液中所述石墨烯材料的浓度在10mg/mL以下，优选8mg/mL以下，更优选2-6mg/mL。石墨烯材料的浓度可采用10mg/mL以下的任意值，例如10mg/mL、9mg/mL、8mg/mL、7mg/mL、6mg/mL、5mg/mL、4mg/mL、3mg/mL、2mg/mL、1mg/mL、0.5mg/mL、0.1mg/mL等，其中优选的范围有8mg/mL以下，2-6mg/mL，或者4-6mg/mL等。优选地，所述浸渍液中所述自由基捕捉剂的浓度为5-30mg/mL。优选地，所述自由基捕捉剂为醇、胺和酮中的一种或多种，例如醇，胺，酮，醇与胺的混合，醇与酮的混合，或胺与酮的混合，或醇、胺和酮三者的混合。其中，所述醇优选选自甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；例如甲醇，乙醇，异丙醇，甲醇与乙醇的混合，甲醇与异丙醇的混合，乙醇与异丙醇的混合，或甲醇、乙醇和异丙醇三者的混合。所述胺优选选自乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，例如乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，乙醇胺与二乙醇胺的混合，乙醇胺与三乙醇胺的混合，乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺三者的混合；以上方案中，优选三乙醇胺。所述酮为丙酮或丁酮或两者的混合。优选地，所述交联剂为烯类交联剂、有机硅类交联剂和环氧氯丙烷树脂类交联剂中的一种或几种。交联剂作为氧化石墨烯和纤维之间的架桥，一方面插入到氧化石墨烯的片层结构中，使氧化石墨烯包覆于纤维表面的同时能保持优良特性，一方面使氧化石墨烯与纤维交联成网状结构，既保留纤维的优良特性，又提高氧化石墨烯与纤维之间的结合强度。基于以上目的，优选烯类交联剂、有机硅类交联剂和环氧氯丙烷树脂类交联剂中的一种或几种，这些交联剂均可以实现以上目的，并获得较好的效果。这些交联剂可以单独使用，也可以任意组合使用，例如烯类交联剂与有机硅类交联剂组合，或者有机硅类交联剂和环氧氯丙烷树脂类交联剂组合，或者烯类交联剂与环氧氯丙烷树脂类交联剂组合，或者烯类交联剂、有机硅类交联剂和环氧氯丙烷树脂类交联剂三者组合，组合使用时可以获得较好的综合效果。优选地，所述烯类交联剂选自聚乙二醇二丙烯酸酯、多乙烯多胺、三聚氰胺三烯丙酯、三烯丙基氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三-(3-乙烯亚氨基)-丙酸酯中的一种或几种。聚乙二醇二丙烯酸酯、多乙烯多胺、三聚氰胺三烯丙酯、三烯丙基氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三-(3-乙烯亚氨基)-丙酸酯具有较强的共轭效应，所形成的交联体系更稳定。优选地，所述有机硅类交联剂为硅烷偶联剂。硅烷偶联剂不仅能增强纤维和石墨烯结合的稳定性，而且可以提高纤维的导电性和抗老化性。原则上，任意的硅烷偶联剂YSiX3都可行，n＝0～3；X为可水解的基团，通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇(Si(OH)3)，而与无机物质结合，形成硅氧烷；Y为有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：将待浸渍物在浸渍液中浸渍，然后取出所述待浸渍物，进行辐照；所述待浸渍物包括纤维、纱线或织物；所述浸渍液主要由氧化石墨烯、交联剂、自由基捕捉剂和水组成。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯改性材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：将待浸渍物在浸渍液中浸渍，然后取出所述待浸渍物，进行辐照；所述待浸渍物包括纤维、纱线或织物；所述浸渍液主要由氧化石墨烯、交联剂、自由基捕捉剂和水组成。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍液中所述石墨烯材料的浓度在10mg/mL以下，优选8mg/mL以下，更优选2-6mg/mL。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍液中所述自由基捕捉剂的浓度为5-30mg/mL；优选地，所述自由基捕捉剂为醇、胺和酮中的一种或多种；所述醇优选选自甲醇、乙醇和异丙醇中的一种或多种；所述胺优选选自乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种，优选三乙醇胺；所述酮优选为丙酮或丁酮或两者的混合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为烯类交联剂、有机硅类交联剂和环氧氯丙烷树脂类交联剂中的一种或几种；优选地，所述烯类交联剂选自聚乙二醇二丙烯酸酯、多乙烯多胺、三聚氰胺三烯丙酯、三烯丙基氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三-(3-乙烯亚氨基)-丙酸酯中的一种或几种；优选地，所述有机硅类交联剂为硅烷偶联剂；优选地，所述环氧氯丙烷树脂类交联剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金柱，梁蒙蒙，刘顶，
申请(专利权)人：山东省圣泉生物质石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37