一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于结构色纤维技术领域，本发明专利技术提供了一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维及其制备方法，制备方法包含如下步骤：将硫氰酸钠和水混合，得到硫氰酸钠水溶液；将部分硫氰酸钠水溶液、聚丙烯腈和水混合后搅拌，得到含聚丙烯腈的溶胀液；将剩余硫氰酸钠水溶液和溶胀液混合，得到混合液，混合液再和氧化石墨烯混合，得到纺丝液；将纺丝液进行湿法纺丝，得到含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维。本发明专利技术制备得到的纤维为长程无序短程有序的三维网状结构，具有鲜艳明亮的绿色且具有光泽，颜色稳定，纤维粗细均匀，直径为15～20μm，可进行后续加捻成纱等加工，具有大规模工业化生产的潜能。产的潜能。产的潜能。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及结构色纤维
,尤其涉及一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]“腈纶”是聚丙烯腈纤维的商品名称，腈纶作为三大合成纤维之一，是一种应用广泛的民用化学纤维。腈纶纤维有人造羊毛之称，具有柔软、膨松、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，根据不同用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰、产业等领域，我国是世界上最大的腈纶工业生产中心之一。但腈纶由于疏水性和绝缘性，其静电现象严重，石墨烯的添加有助于改善腈纶的抗静电性能。
[0003]石墨烯的碳原子和石墨碳原子排布方式相同，以sp2杂化轨道成键，并且有以下结构特点：每个碳原子的4个电子中有3个电子形成sp2键，余下一个电子在pz轨道上，π键形成于pz轨道与平面成垂直方向，而且π键为半填满状态。石墨烯的碳原子配位数是3，每两个碳原子之间的共价键键长约为0.142nm，键角为120
°
，形成六元环平面结构。氧化石墨烯(GO)是从氧化石墨上剥离出来的。氧化石墨烯仍然可以是单原子层，粒径尺寸上可达10μm左右。氧化处理的石墨烯具有羧基、羟基、醛酮等官能团，相比单一的石墨烯结构更加复杂。
[0004]氧化石墨烯片上含有任意位置的羟基和环氧基等含氧基团，在氧化石墨烯边缘则为羧基和羰基。氧化石墨烯上的含氧官能团使得它的表面具有活性，相比于石墨烯，氧化石墨烯的片层间距和比表面积都更大，含氧官能团使GO具有了亲水性和吸附能力。GO良好的亲水性使其在水中的分散性良好，因此其可以和水基PAN溶液均匀混合。
[0005]GO和石墨烯的结构差异在于附着在碳平面上的许多含氧官能团使得它相比于石墨烯具有较多的结构缺陷，没有石墨烯的完整结构性，导致其性能受到影响。因而将GO还原为石墨烯就显得非常有价值，GO的还原旨在实现两个目标：去除含氧官能团和恢复结构缺陷。还原氧化石墨烯的方法有很多：热还原法、化学还原法、微波和光还原法、光催化剂还原法等。
[0006]光子晶体在光学上遵循布拉格衍射定律nλ＝2dsinθ，根据定律可知，衍射波长与晶格间距d、材料折射指数n以及光的入射角θ有关。从材料结构上看，光子晶体具有类似于晶体的周期性结构，一定频率的光在这种周期性介电结构中发生强散射并经过多次干涉后形成一个光子带隙。光子晶体最根本的特征就是具有光子带隙，落在禁带中的电磁波，其任何传播方向都是禁止的，其电介质折射率与空间周期结构的变化都会导致光子禁带的改变。自然界中存在许多光子晶体纤维结构，例如雪绒花花瓣的绒毛，撒哈拉沙漠银蚂蚁的毛发，呈现亮丽的蓝绿色的水果表皮细胞以及具有亮丽的光子晶体结构色的动物羽毛，如孔雀羽毛、绿头鸭羽毛、黑嘴喜鹊羽毛等鸟类的羽毛，蝴蝶的翅膀和蛋白石等，在阳光下会反射出各种绚丽的色彩，这些颜色并非由于添加染料得到，而是由材料表面的纳米结构周期性排列产生的，因此被称为光子晶体。光子晶体最早是在光学领域提出，其独特的结构对光产生反射、折射等作用，从而使自身带有炫彩亮丽的颜色，无需染色且永不褪色，对水和热
量的需求很小，环境友好，有利于可持续发展。
[0007]目前，生产结构色纤维的工业化方法比较少，有多层膜干涉法、自组装法、电泳沉积法、热压印法、微型挤压法。多层膜干涉法：如日本帝人公司的Morphotex的结构色纤维，采用多层中空结构，将31层的尼龙6和30层的聚酯交错层压，每一层聚合物的厚度为70～90nm，通过精确控制聚合物厚度，得到结构色纤维。但由于生产成本较高，制备工艺复杂，大规模工业化生产较困难，颜色也不如预期的那样艳丽，市场较小。自组装法也是制备结构色纤维的方法之一，但需要在纤维表面组装排列如聚苯乙烯(PS)等微球使其产生结构色，这种方法的制备时间过长，而且不能实现大量的制备。自组装法产生的结构色依赖于表面的微球，微球的尺寸与依附的均匀程度直接影响着纤维的成色。胶体粒子沉积在基质材料上的过程称之为电泳沉积，与传统的自组装方式相比，电泳沉积能够大幅度缩减试验时间，电泳法制备结构色纤维时间短，但是要求纤维必须导电，并不适用于普通天然或聚合物纤维。除此之外还有热压印法和微型挤压法，它们的主要问题有显色效果不够明显和制得的纤维太粗，不利于后续的织造过程。
[0008]因此，研究一种引入石墨烯形成由光子晶体结构组成纤维的制备方法，使纤维具有永不褪色、饱和度高、亮度高的结构和色彩特点，无需化学染色，绿色环保，同时有效的改善纤维的染色问题和静电问题，对于纺织业的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维及其制备方法。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0011]本专利技术提供了一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维的制备方法，包含如下步骤：
[0012]1)将硫氰酸钠和水混合，得到硫氰酸钠水溶液；
[0013]2)将部分硫氰酸钠水溶液、聚丙烯腈和水混合后搅拌，得到含聚丙烯腈的溶胀液；
[0014]3)将剩余硫氰酸钠水溶液和溶胀液混合，得到混合液，混合液再和氧化石墨烯混合，得到纺丝液；
[0015]4)将纺丝液进行湿法纺丝，得到含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维。
[0016]作为优选，步骤1)所述硫氰酸钠水溶液中，硫氰酸钠的质量浓度为56～60％。
[0017]作为优选，步骤2)所述部分硫氰酸钠水溶液与步骤1)所述硫氰酸钠水溶液的质量比为28～30：67～71；部分硫氰酸钠水溶液、聚丙烯腈和水的质量比为28～30：10～12：18～20。
[0018]作为优选，步骤2)所述搅拌的时间为17～25min；所述混合为部分硫氰酸钠水溶液和水混合后，再与聚丙烯腈混合。
[0019]作为优选，步骤3)所述剩余硫氰酸钠水溶液和溶胀液混合的温度为55～75℃，时间为0.5～1.5h。
[0020]作为优选，步骤3)所述氧化石墨烯和步骤2)所述聚丙烯腈的质量比为0.6～1.5：8～14。
[0021]作为优选，步骤4)所述湿法纺丝的过程中，预牵伸水浴温度为45～60℃，预热槽温
度为80～95℃，热牵伸温度为85～100℃，干燥温度为110～130℃，计量泵转速为15～25r/min，主动辊线速为0.5～1.5m/min，预牵伸辊线速V1为0.6～1.5m/min，V2为1.5～2.5m/min，热牵伸辊线速V1为1.5～2.5m/min，V2为2.5～3.5m/min，收丝辊线速为2.5～3.5m/min。
[0022]作为优选，步骤4)所述湿法纺丝的装置包含凝固浴I、凝固浴II、预牵伸槽、预热槽、热牵伸槽、烘干箱、收丝机。
[0023]本专利技术还提供了一种所述的制备方法制备得到的含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维。
[0024]本专利技术的有益效果包括：
[0025]本专利技术制备得到的纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：1)将硫氰酸钠和水混合，得到硫氰酸钠水溶液；2)将部分硫氰酸钠水溶液、聚丙烯腈和水混合后搅拌，得到含聚丙烯腈的溶胀液；3)将剩余硫氰酸钠水溶液和溶胀液混合，得到混合液，混合液再和氧化石墨烯混合，得到纺丝液；4)将纺丝液进行湿法纺丝，得到含石墨烯和聚丙烯腈的绿色结构色纤维。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述硫氰酸钠水溶液中，硫氰酸钠的质量浓度为56～60％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述部分硫氰酸钠水溶液与步骤1)所述硫氰酸钠水溶液的质量比为28～30：67～71；部分硫氰酸钠水溶液、聚丙烯腈和水的质量比为28～30：10～12：18～20。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述搅拌的时间为17～25min；所述混合为部分硫氰酸钠水溶液和水混合后，再与聚丙烯腈混合。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述剩余硫氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，蒋鸣桃，庞雅莉，周一帆，关芳兰，龚，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：