一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合纤维技术领域，具体涉及一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维及其制备方法。本申请的复合纤维是通过向聚酰胺6中加入氯化改性石墨烯，复合并成型而得；氯化改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：在氧化石墨烯上包覆二氧化硅；对包覆二氧化硅的氧化石墨烯进行酰氯化处理，然后接枝L

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合纤维
，具体涉及一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚酰胺6纤维是由己内酰胺开环聚合再经纺丝后制成的纤维，其性能优异，强度高、耐磨性好、耐化学药品腐蚀性好，同时具有较好的耐洗可穿性；但是由于聚酰胺6自身并不具备杀死细菌的能力，因此很容易在纤维表面滋生细菌，使人类遭受疾病的侵扰。因此，制备具有抗菌和抗紫外线性能等多种功能性的聚酰胺6复合纤维具有重要的意义。
[0003]石墨烯具有极其优异的力学性能和结构刚性，具有优异的拉伸强度，石墨烯还是一种非常好的抗菌材料，可以通过石墨烯改性聚酰胺6制得具有抗菌、良好拉伸强度的复合纤维。申请号为CN2019102145385的专利中介绍了一种着色聚酰胺6纤维及其生产方法，其采用石墨烯聚酰胺6替代部分或者全部聚酰胺6，利用分子链中石墨烯的吸附性解决着色聚酰胺6色牢度差的问题，虽然采用双螺杆共混挤出的方法使复合材料均一性稍有改善，但由于石墨烯极大的比表面积和片层间π
‑
π作用，使其在聚酰胺6基体中难以均匀分散。

技术实现思路

[0004]为了提高石墨烯在聚酰胺6中的分散性，并且提高复合材料的抑菌性能，本专利技术提供一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维及其制备方法。
[0005]为解决上述问题，本申请采用如下的技术方案：
[0006]一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维的制备方法，包括以下步骤：向聚酰胺6中加入氯化改性石墨烯，进行复合并成型，制得石墨烯改性聚酰胺6复合纤维；
[0007]所述氯化改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1:在氧化石墨烯上包覆二氧化硅，得到包覆二氧化硅的氧化石墨烯；
[0009]S2:对包覆二氧化硅的氧化石墨烯进行酰氯化处理，然后接枝L
‑
谷氨酸，得到接枝处理的石墨烯；
[0010]S3:利用5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲改性接枝处理的石墨烯，得到改性石墨烯，对改性石墨烯进行氯化处理，得到氯化改性石墨烯。
[0011]进一步地，所述聚酰胺6和所述氯化改性石墨烯的质量比为100：(0.05～0.2)。
[0012]进一步地，S1的具体步骤如下：将硅烷偶联剂、乙醇混合均匀，滴加稀盐酸，调节pH值为3.8～4.2，静置，加入氧化石墨烯，超声分散后，置于70～80℃下反应；干燥后加入正硅酸乙酯、氨水、乙醇、去离子水，在20～26℃下反应18～20h，得到包覆二氧化硅的石墨烯，所述硅烷偶联剂、氧化石墨烯和正硅酸乙酯的质量比为(4～6)：0.1：(1.5～3)。
[0013]进一步地，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂。
[0014]进一步地，S2的具体步骤如下：
[0015]S2
‑
1：加入包覆二氧化硅的石墨烯、氯化亚砜、吡啶，在60～70℃下加热进行反应，
反应结束后进行常压蒸馏，洗涤和过滤处理后，经干燥得酰氯化的石墨烯；
[0016]S2
‑
2：加入酰氯化的石墨烯，N,N
‑
二甲基乙酰胺，加入L
‑
谷氨酸，吡啶进行反应，洗涤和过滤处理后，经干燥得接枝处理的石墨烯，所述酰氯化的石墨烯和所述L
‑
谷氨酸之间的用量比为1：(1～2.5)。
[0017]进一步地，S3的具体步骤如下：
[0018]S3
‑
1：加入接枝处理的石墨烯，5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲，水，乙醇，超声使其分散，然后在70～80℃下反应6～8h，将固体洗涤干燥，得到改性石墨烯；
[0019]S3
‑
2：加入次氯酸钠水溶液，改性石墨烯，室温使其反应，将固体洗涤干燥，得到氯化改性石墨烯。
[0020]进一步地，所述5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲的制备方法包括以下步骤：
[0021]加入5,5
‑
二甲基海因、氢氧化钠、乙醇，制成海因钠盐；在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中与3
‑
氯丙基三乙氧基硅烷发生取代反应得到5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲单体；向5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲单体内加入水、乙醇，调节pH值为4.5～5.5，在70～80℃下，反应4～5h，蒸发，得到5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲。
[0022]进一步地，所述复合并成型，具体包括：剪切混合，造粒，熔融挤出制得母粒，干燥10～16h，熔融纺丝。
[0023]一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维，采用前述方法制备而成。
[0024]与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
[0025]1、采用乙烯基硅烷偶联剂改性氧化石墨烯，并在其表面均匀包覆二氧化硅微球，制备了二氧化硅包覆改性的石墨烯，使得石墨烯在聚酰胺6中不易团聚，提高了界面作用力，利于获得分散性好的石墨烯改性聚酰胺6复合纤维，并且提高了复合纤维的断裂强度。
[0026]2、对包覆二氧化硅的氧化石墨烯进行酰氯化处理，通过接枝L
‑
谷氨酸，使得一元酸变成二元酸，增加石墨烯反应活性位点，使得其有更多位点能与5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲发生反应，增强抗菌性能，使得改性石墨烯在聚酰胺6中分散地更好，与聚酰胺6结合地更紧密，提高了复合纤维的断裂强度。
[0027]3、加入5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲改性石墨烯，保持了氧化石墨烯的片层结构，且使得改性石墨烯比表面积变大，吸附能力增强，能束缚细菌的自由活动；并且改性石墨烯表面带有电负性，在电场力下，使细胞膜因电荷分布不均而破裂，使细菌细胞内物质溢出而死亡；改性石墨烯的片层结构会对细菌造成损伤，同时对改性石墨烯进行氯化处理，同时释放出氧化态的氯离子进入到细胞内，氧化菌体中的活性基团，抑制细菌的新陈代谢，造成细菌的死亡，增强复合纤维的抑菌效果。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例对本申请进一步进行描述。
[0029]本申请实施例1
‑
3中氧化石墨烯选自常州第六元素材料科技股份有限公司，型号为SE2430W
‑
N；本申请实施例4和实施例5中选用自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向聚酰胺6中加入氯化改性石墨烯，进行复合并成型，制得石墨烯改性聚酰胺6复合纤维；所述氯化改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：S1:在氧化石墨烯上包覆二氧化硅，得到包覆二氧化硅的氧化石墨烯；S2:对包覆二氧化硅的氧化石墨烯进行酰氯化处理，然后接枝L
‑
谷氨酸，得到接枝处理的石墨烯；S3:利用5,5
‑
二甲基
‑3‑
(3
’‑
三乙氧基硅丙基)乙内酰脲改性接枝处理的石墨烯，得到改性石墨烯，对改性石墨烯进行氯化处理，得到氯化改性石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺6和所述氯化改性石墨烯的质量比为100：(0.05～0.2)。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维的制备方法，其特征在于，S1的具体步骤如下：将硅烷偶联剂、乙醇混合均匀，滴加稀盐酸，调节pH值为3.8～4.2，静置，加入氧化石墨烯，超声分散后，置于70～80℃下反应；干燥后加入正硅酸乙酯、氨水、乙醇、去离子水，在20～26℃下反应18～20h，得到包覆二氧化硅的氧化石墨烯，所述硅烷偶联剂、氧化石墨烯和正硅酸乙酯的质量比为(4～6)：0.1：(1.5～3)。4.根据权利要求3所述的一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚酰胺6复合纤维的制备方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：S2
‑
1：加入包覆二氧化硅的石墨烯、氯化亚砜、吡啶，在60～70℃下加热进行反应，反应结束后进行常压蒸馏，洗涤和过滤处理后，经干燥得酰氯化的石墨烯；S2
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2：加入酰氯化的石墨烯，N,N
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二甲基乙酰胺，加入L
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谷氨酸，吡啶进行反应，洗涤和过滤处理后，经干燥得接枝处理的石墨烯，所述酰氯化的石墨烯和所述L

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建鹏，黄荣庆，倪张根，
申请(专利权)人：江苏江山红化纤有限责任公司，
类型：发明
国别省市：