一种石墨烯改性高吸水纤维及其制备方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种石墨烯改性高吸水纤维及其制备方法，首先制备聚乙烯醇溶液，将石墨烯有机分散液在超声条件下加入所述聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和石墨烯的共混液；然后再将所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液加热，将丁二酸加入所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液中反应，得到纺丝液；脱泡处理，进行湿法纺丝，得到的改性聚乙烯醇初纤维依次经过凝固浴、冷拉伸和热拉伸处理，冷却后制得的改性聚乙烯醇初纤维经皂化处理，制得改性高吸水聚乙烯醇纤维。本发明专利技术采用石墨烯和丁二酸共同改性聚乙烯醇，使得聚乙烯醇纤维的强度模量和吸水能力都有所提高。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性高吸水纤维及其制备方法
本专利技术属于吸水纤维
，具体涉及一种石墨烯改性高吸水纤维及其制备方法。
技术介绍
高吸水纤维是一种吸水速率快、吸水率高、保水能力强的纤维状高吸水材料，它克服了常规高吸水树脂难以使用纺织生产工艺进行加工的缺点，扩展了高吸水材料的应用范围，是一种新型的功能性高分子材料。高吸水纤维通常可吸收自身质量几十甚至几百倍的水分，且常温常压下失水速率低，因此其既可作为吸水材料用于医用敷料、尿片、卫生巾等医疗卫生用品，也可用作食品、服装、纸制品等的干燥剂，还可作为保湿材料用于农林园艺、水土保持、食品保鲜等领域。高吸水纤维可单独也可与天然纤维、其他化学纤维等混配后经非织造工艺加工成不同规格的非织造材料，或与其他功能材料结合制备具有特殊用途的复合材料。作为一种新型的功能性纺织材料，高吸水纤维用途广、市场潜力大，其拓宽了吸水聚合物的应用范围，并已在许多领域替代了传统高吸水树脂。高吸水纤维的发展对于纺织、医疗、农林等领域有重要意义。目前，高吸水纤维的原料主要有聚丙烯酸类、纤维素类、聚丙烯腈类、聚乙烯醇类、海藻酸类等，制备方法主要有湿法纺丝、干法纺丝、干-湿法纺丝、静电纺丝和常规纤维亲水改性等。聚乙烯醇是一种有大量亲水基团的聚合物，它具有水溶性，不能吸收大量的水分，向聚乙烯醇分子内引入羧基后，可以制得吸水能力为100倍左右的高吸水纤维。采用这些方法及常规的纺丝工艺制备出的聚乙烯醇纤维的强度模量不高，吸水能力也有待进一步加强。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种石墨烯改性高吸水纤维及其制备方法。本专利技术采用石墨烯和丁二酸共同改性聚乙烯醇，使得聚乙烯醇纤维的强度模量和吸水能力都有所提高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了一种石墨烯改性高吸水纤维，包括以下步骤：制备聚乙烯醇溶液，将石墨烯有机分散液在超声条件下加入所述聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和石墨烯的共混液；然后再将所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液加热，将丁二酸加入所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液中反应，得到纺丝液；脱泡处理，进行湿法纺丝，得到的改性聚乙烯醇初纤维依次经过凝固浴、冷拉伸和热拉伸处理，冷却后制得的改性聚乙烯醇初纤维经皂化处理，制得改性高吸水聚乙烯醇纤维。本专利技术采用石墨烯有机分散液而非石墨烯水分散液，可以避免纺丝体系中引入水分；同时石墨烯自身残留的羟基等含氧基团与聚乙烯醇产生较强的界面作用，一方面对应力起到传递和转移作用，另一方面对聚乙烯醇分子链运动起到限制作用，宏观表现在，聚乙烯醇的抗拉伸性能得以提高，而断裂伸长率则降低。另外丁二酸的存在是为了减少石墨烯在聚乙烯醇基体中发生团聚，增加其分散性，同时与聚乙烯醇进一步反应，提高其吸水能力以及实现石墨烯、聚乙烯醇，丁二酸三者静电相互作用的平衡，优化聚乙烯醇内的高分子网络结构。作为上述方案的进一步改进：优选的，所述聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇有机溶液，所述聚乙烯醇有机溶液与石墨烯有机分散液采用的溶剂相同或不同，选自甲苯或二氧六环；本专利技术选择甲苯或二氧六环的目的是其沸点适合聚乙烯醇和丁二酸进行交联酯化时温度。优选的，所述石墨烯为接枝石墨烯。接枝在石墨烯上的化合物如图1所示，接枝石墨烯更有利于获得实现石墨烯有机溶液；石墨烯有机溶液为现有技术中制备石墨烯有机溶液的方法，接枝石墨烯也更有利于优化聚乙烯醇内的高分子网络结构。优选的，所述石墨烯：聚乙烯醇：丁二酸的摩尔比为0.3～0.4:5:0.15～0.25。优选的，所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液的加热温度为80～90度。优选的，所述改性聚乙烯醇初纤维经过凝固浴的时间为2-3分钟，冷拉伸倍数为1.35～1.5倍。优选的，所述脱泡处理的时间为2～3小时。去除纺丝液中的气泡，防止纤维粗细不匀。优选的，所述热拉伸的温度为192～202℃，拉伸倍数为3.2～3.6倍；所述热拉伸处理前对初纤维进行的溶剂萃取，萃取溶剂为甲醇或乙醇，萃取温度为15～18℃，萃取时间为12h。石墨烯的加入使聚乙烯醇的抗拉伸性能得以提高，因此本专利技术仅热拉伸一次。优选的，所述皂化处理指采用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液处理；所述聚乙烯醇的醇解度为98～99％，聚合度为1900～2500。本专利技术还提供了一种石墨烯改性高吸水纤维，所述石墨烯改性高吸水纤维包括聚乙烯醇、石墨烯和丁二酸。有益效果1、本专利技术采用石墨烯有机分散液而非石墨烯水分散液，可以避免纺丝体系中引入水分。2、本专利技术采用的石墨烯自身残留的羟基等含氧基团与聚乙烯醇产生较强的界面作用，一方面对应力起到传递和转移作用，另一方面对聚乙烯醇分子链运动起到限制作用，宏观表现在，聚乙烯醇的抗拉伸性能得以提高，而断裂伸长率则降低。3、本专利技术丁二酸的存在是为了减少石墨烯在聚乙烯醇基体中发生团聚，增加其分散性，同时与聚乙烯醇进一步反应，提高其吸水能力以及实现石墨烯、聚乙烯醇，丁二酸三者静电相互作用的平衡，优化聚乙烯醇内的高分子网络结构。4、本专利技术采用皂化处理，有两个作用∶其一把不易电离的羧酸-COOH变为易电离的钠盐-COONa，赋予高吸水纤维更大的亲水性，这样就可以大大提高高吸水纤维的吸水速度；其二获得对时间及温度的稳定性。因为未经过碱处理的聚乙烯醇高吸水纤维在存放时尤其遇到高温时，交联度会继续提高而使吸水倍率降低。附图说明图1为接枝在石墨烯上的化合物的结构示意图；图2为现有技术中的含氟聚酯示意图；图3为聚乙烯醇纤维的化学式。具体实施方式实施例1一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，包括以下步骤：制备聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的醇解度为98％，聚合度为2000，将石墨烯有机分散液在超声条件下加入聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和石墨烯的共混液，聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇有机溶液，聚乙烯醇有机溶液与石墨烯有机分散液采用的溶剂相同为甲苯；然后再将聚乙烯醇和石墨烯的共混液加热，加热温度为85度，将丁二酸加入聚乙烯醇和石墨烯的共混液中反应，得到纺丝液；脱泡处理，脱泡处理的时间为2小时，进行湿法纺丝，其中，湿法纺丝工艺为：喷丝孔挤出速率为3.9mL/min，纺丝温度为90℃，喷丝孔孔径为0.30mm；得到的改性聚乙烯醇初纤维依次经过凝固浴，经过凝固浴的时间为3分钟、冷拉伸，冷拉伸倍数为1.5倍；热拉伸处理，热拉伸处理前对初纤维进行的溶剂萃取，萃取溶剂为甲醇或乙醇，萃取温度为15℃，萃取时间为12h，热拉伸的温度为202℃，拉伸倍数为3.2倍，冷却后制得的改性聚乙烯醇初纤维采用氢氧化钠或氢氧化钾水溶液皂化处理，氢氧化钠或氢氧化钾水溶液质量浓度为4%，皂化时间为4分钟，制得改性高吸水聚乙烯醇纤维。实施例2一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，包括以下步骤：制备聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的醇解度为99％，聚合度为2400，将石墨烯有机分散液在超声条件下加入聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和石墨烯的共混液，聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇有机溶液，聚乙烯醇有机溶液与石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：制备聚乙烯醇溶液，将石墨烯有机分散液在超声条件下加入所述聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和石墨烯的共混液；然后再将所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液加热，将丁二酸加入所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液中反应，得到纺丝液；脱泡处理，进行湿法纺丝，得到的改性聚乙烯醇初纤维依次经过凝固浴、冷拉伸和热拉伸处理，然后冷却，制得的改性聚乙烯醇初纤维，再经皂化处理，制得改性高吸水聚乙烯醇纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：制备聚乙烯醇溶液，将石墨烯有机分散液在超声条件下加入所述聚乙烯醇溶液中，形成聚乙烯醇和石墨烯的共混液；然后再将所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液加热，将丁二酸加入所述聚乙烯醇和石墨烯的共混液中反应，得到纺丝液；脱泡处理，进行湿法纺丝，得到的改性聚乙烯醇初纤维依次经过凝固浴、冷拉伸和热拉伸处理，然后冷却，制得的改性聚乙烯醇初纤维，再经皂化处理，制得改性高吸水聚乙烯醇纤维。


2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，其特征是，所述聚乙烯醇溶液为聚乙烯醇有机溶液，所述聚乙烯醇有机溶液与石墨烯有机分散液采用的溶剂相同或不同，选自甲苯或二氧六环。


3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，其特征是，所述石墨烯为接枝石墨烯。


4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，其特征是，所述石墨烯：聚乙烯醇：丁二酸的摩尔比为0.3～0.4:5:0.15～0.25。


5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性高吸水纤维的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：许玉华，
申请(专利权)人：许玉华，
类型：发明
国别省市：广西;45