CN116949631A - 一种基于石墨烯复合材料的导电纱线 - Google Patents
一种基于石墨烯复合材料的导电纱线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116949631A CN116949631A CN202310930137.6A CN202310930137A CN116949631A CN 116949631 A CN116949631 A CN 116949631A CN 202310930137 A CN202310930137 A CN 202310930137A CN 116949631 A CN116949631 A CN 116949631A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stirring
- conductive yarn
- graphene oxide
- yarn
- graphene
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 78
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 44
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 10
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims abstract description 9
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 5
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 claims description 23
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M potassium iodide Chemical compound [K+].[I-] NLKNQRATVPKPDG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- DYHSDKLCOJIUFX-UHFFFAOYSA-N tert-butoxycarbonyl anhydride Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)OC(=O)OC(C)(C)C DYHSDKLCOJIUFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 16
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- VHNQIURBCCNWDN-UHFFFAOYSA-N pyridine-2,6-diamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=N1 VHNQIURBCCNWDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- YAYNEUUHHLGGAH-UHFFFAOYSA-N 1-chlorododecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCl YAYNEUUHHLGGAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- STMDPCBYJCIZOD-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-dinitroanilino)-4-methylpentanoic acid Chemical compound CC(C)CC(C(O)=O)NC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O STMDPCBYJCIZOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- INQOMBQAUSQDDS-UHFFFAOYSA-N iodomethane Chemical compound IC INQOMBQAUSQDDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical class Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 claims description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 5
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 abstract description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 9
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 8
- 238000004440 column chromatography Methods 0.000 description 6
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 description 6
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Substances CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000007112 amidation reaction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 1
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000010534 nucleophilic substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 125000006239 protecting group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- -1 tert-butyl (Boc) Chemical class 0.000 description 1
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/88—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
- D01F6/94—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of other polycondensation products
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
- D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/09—Addition of substances to the spinning solution or to the melt for making electroconductive or anti-static filaments
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
- D01F1/103—Agents inhibiting growth of microorganisms
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/02—Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/44—Yarns or threads characterised by the purpose for which they are designed
- D02G3/441—Yarns or threads with antistatic, conductive or radiation-shielding properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2331/00—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products
- D10B2331/10—Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products polyurethanes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，属于导电纱线技术领域，通过如下步骤制备：将改性氧化石墨烯加入N,N‑二甲基甲酰胺中，超声分散1h，然后向分散液中加入聚氨酯粉末，加热，并在磁力搅拌器上搅拌，获得纺丝液，将纺丝液进行湿法静电纺丝、加捻后得到纱线，最后将纱线在水合肼蒸汽环境下进行还原，得到导电纱线。本发明通过对氧化石墨烯进行改性，在表面接枝有机分子链，不仅能改善氧化石墨烯与聚合物基体的界面相容性，促进分散，而且能引入长的脂肪碳链对纱线进行增韧，引入季铵盐对纱线进行抗菌性提升，获得的导电纱线具备均匀稳定的导电性能以及一定的抗菌性能，且力学性能高，具备重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于导电纱线技术领域，具体地，涉及一种基于石墨烯复合材料的导电纱线。
背景技术
导电纱线是具有导电性的纱线，起初主要用于武器高精度加工及核辐射防护等军事用途。冷战结束后，逐渐转向触摸屏手套以及发热针织服装等民用领域。石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在导电纤维/导电纱线等领域具备十分重要的应用价值。
现有技术CN115467035A公开了一种导电纱线及其制备方法。所述导电纱线包括皮层与芯层；所述皮层包括纺丝聚合物和导电材料；所述纺丝聚合物包括聚氨酯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚乙烯醇等高聚物中的至少一种；所述导电材料包括碳黑、碳纤维、碳纳米管、石墨颗粒、石墨烯、金属粉末中的至少一种。该技术存在如下缺陷：导电材料属于纳米填料，与高聚物的相容性差，难以分散均匀，不仅影响导电性能，也会对纱线的力学性能产生负面影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于石墨烯复合材料的导电纱线。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，通过如下步骤制备：
将改性氧化石墨烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散1h，然后向分散液中加入聚氨酯粉末，加热，并在磁力搅拌器上搅拌8-10h，获得纺丝液，将纺丝液进行湿法静电纺丝、加捻后得到纱线，最后将纱线在水合肼蒸汽环境下进行还原，得到导电纱线。
进一步地，加热温度控制为80-90℃。
进一步地，纺丝液的质量分数为20％；改性氧化石墨烯与聚氨酯粉末的质量之比为2-3:10。
进一步地，水合肼蒸汽环境温度为70-80℃，水合肼蒸汽质量分数为30％。
进一步地，所述改性氧化石墨烯通过如下步骤制备：
S1、在三颈瓶中，加入2,6-二氨基吡啶、三乙胺和吡啶，再将二碳酸二叔丁酯溶于四氢呋喃中，由恒压漏斗逐滴滴入三颈瓶中，在3℃恒温条件下搅拌反应10h，反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，最后用四氯化碳和甲醇的混合液(四氯化碳和甲醇的体积比1:1)进行重结晶提纯，得到中间产物1；2,6-二氨基吡啶、三乙胺和二碳酸二叔丁酯的用量之比为0.11mol:10.1g:0.1mol；
二碳酸二叔丁酯与2,6-二氨基吡啶分子上的-NH2反应，且控制二者的摩尔比接近1:1(2,6-二氨基吡啶略过量)，使2,6-二氨基吡啶分子上的单个-NH2通过叔丁基(Boc)进行保护，得到中间产物1，过程如下所示：
S2、将1-氯代十二烷、乙醇和苯加入三口烧瓶中，搅拌混合均匀，加入碳酸钾、碘化钾和中间产物1，在80℃、黑暗条件以及氮气保护下，回流反应24h，反应结束后旋蒸除去大部分溶剂，再通过柱层析法提纯(洗脱液为苯/乙酸乙酯，二者的体积比为1:1)，旋干洗脱液，得到中间产物2；1-氯代十二烷、碳酸钾、碘化钾、中间产物1的用量之比为0.1mol:13.8g:1.2g:20.9g；
中间产物1分子上的-NH2与1-氯代十二烷的端-Cl发生亲核取代反应，通过控制二者的摩尔比为1:1，发生一取代反应，得到中间产物2，过程如下所示：
S3、将中间产物2、三乙胺、苯和四氢呋喃加入带有搅拌装置的三口烧瓶中，加热并开启搅拌，待温度升至60℃，向其中缓慢滴入烯丙基缩水甘油醚，滴加完成后，在此温度下继续反应2h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液为苯/丙酮，二者的体积比为1:1)，旋干洗脱液，得到中间产物3；中间产物2、三乙胺、烯丙基缩水甘油醚的用量之比为37.8g:10.1g:0.1mol；
中间产物2分子上的仲胺(-NH-)与烯丙基缩水甘油醚分子上的环氧基发生反应，得到中间产物3，过程如下所示：
S4、将中间产物3与THF(四氢呋喃)的氯化氢饱和液按照固液比1g:10mL混合，40℃下搅拌5h，过滤，滤饼用乙醚淋洗，真空干燥，得到改性剂；
中间产物3在酸性条件下脱去Boc保护基团，形成-NH2，得到改性剂；
S5、将氧化石墨烯与DMF(N,N-二甲基甲酰胺)加入至带有搅拌装置的三口烧瓶中，在室温下机械搅拌1h后，将改性剂加入到体系中继续搅拌30min，然后再加入EDC-HCl(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，偶联剂)，将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应4h，反应结束后，离心分离，并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤3-4次，最后，将产物在60℃真空烘箱中充分干燥，得到接枝石墨烯；氧化石墨烯、改性剂和EDC-HCl的用量之比为1g:30g:50mg；
氧化石墨烯表面含有较多含氧基团，在EDC-HCl作用下，其表面的-COOH与改性剂分子上的-NH2发生酰胺化反应，使改性剂分子通过化学键合作用接枝于氧化石墨烯表面，得到接枝石墨烯；
S6、将接枝石墨烯与乙腈混合后，超声10min，加入碘甲烷，于室温下搅拌反应16h，反应结束后，离心分离、并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤3-4次，最后将产物放入真空烘箱中烘干，研磨，得到改性氧化石墨烯；接枝石墨烯和碘甲烷的用量之比为10g:5.6g；通过碘甲烷对改性剂分子上的叔胺进行季铵化，得到改性氧化石墨烯；
改性氧化石墨烯表面接枝的分子链如下所示：
氧化石墨烯经过改性处理后，在表面接枝有机分子链，能够有效改善氧化石墨烯与聚合物基体的界面相容性，促进氧化石墨烯在纱线中的均匀分散；从改性剂的分子结构来看，含有长的脂肪碳链、醇羟基和季铵盐基团；长的脂肪碳链具备较高的柔性，能够灵活穿插入聚合物基体(聚氨酯)分子链之间，起到增韧效果；醇羟基的存在使得改性氧化石墨烯能够与聚氨酯分子链(其上未反应完全的-NCO)产生化学键合作用，进一步提高氧化石墨烯与基体的相互作用力，不仅进一步促进分散，而且能够提高纤维的力学强度；此外，季铵盐基团属于安全高效的有机抗菌活性成分，与氧化石墨烯本身起到协同作用，赋予纱线一定的抗菌功能。
本发明的有益效果：
本发明通过对氧化石墨烯进行改性，在表面接枝有机分子链，不仅能改善氧化石墨烯与聚合物基体的界面相容性，促进分散，而且能引入长的脂肪碳链对纱线进行增韧，引入季铵盐对纱线进行抗菌性提升，获得的导电纱线具备均匀稳定的导电性能以及一定的抗菌性能，且力学性能高，具备重要的应用价值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备改性氧化石墨烯：
S1、在三颈瓶中，加入12g的2,6-二氨基吡啶、10.1g三乙胺和50mL吡啶，再将21.8g二碳酸二叔丁酯溶于50mL四氢呋喃中，由恒压漏斗逐滴滴入三颈瓶中，在3℃恒温条件下搅拌反应10h，反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，最后用四氯化碳和甲醇的混合液(四氯化碳和甲醇的体积比1:1)进行重结晶提纯，得到中间产物1；
S2、将20.5g的1-氯代十二烷、60mL乙醇和80mL苯加入三口烧瓶中，搅拌混合均匀，加入13.8g碳酸钾、1.2g碘化钾和20.9g中间产物1，在80℃、黑暗条件以及氮气保护下，回流反应24h，反应结束后旋蒸除去大部分溶剂，再通过柱层析法提纯(洗脱液为苯/乙酸乙酯，二者的体积比为1:1)，旋干洗脱液，得到中间产物2；
S3、将37.8g中间产物2、10.1g三乙胺、80mL苯和50mL四氢呋喃加入带有搅拌装置的三口烧瓶中，加热并开启搅拌，待温度升至60℃，向其中缓慢滴入11.4g烯丙基缩水甘油醚，滴加完成后，在此温度下继续反应2h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液为苯/丙酮，二者的体积比为1:1)，旋干洗脱液，得到中间产物3；
S4、将49g中间产物3与490mL的THF的氯化氢饱和液混合，40℃下搅拌5h，过滤，滤饼用乙醚淋洗，真空干燥，得到改性剂；
S5、将1g氧化石墨烯与150mL的DMF加入至带有搅拌装置的三口烧瓶中，在室温下机械搅拌1h后，将30g改性剂加入到体系中继续搅拌30min，然后再加入50mg的EDC-HCl，将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应4h，反应结束后，离心分离，并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤3次，最后，将产物在60℃真空烘箱中充分干燥，得到接枝石墨烯；
S6、将10g接枝石墨烯与80mL乙腈混合后，超声10min，加入5.6g碘甲烷，于室温下搅拌反应16h，反应结束后，离心分离、并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤3次，最后将产物放入真空烘箱中烘干，研磨，得到改性氧化石墨烯。
实施例2
制备改性氧化石墨烯：
S1、在三颈瓶中，加入24g的2,6-二氨基吡啶、20.2g三乙胺和80mL吡啶，再将43.6g二碳酸二叔丁酯溶于90mL四氢呋喃中，由恒压漏斗逐滴滴入三颈瓶中，在3℃恒温条件下搅拌反应10h，反应结束后，旋转蒸发除去溶剂，最后用四氯化碳和甲醇的混合液(四氯化碳和甲醇的体积比1:1)进行重结晶提纯，得到中间产物1；
S2、将41g的1-氯代十二烷、100mL乙醇和200mL苯加入三口烧瓶中，搅拌混合均匀，加入27.6g碳酸钾、2.4g碘化钾和41.8g中间产物1，在80℃、黑暗条件以及氮气保护下，回流反应24h，反应结束后旋蒸除去大部分溶剂，再通过柱层析法提纯(洗脱液为苯/乙酸乙酯，二者的体积比为1:1)，旋干洗脱液，得到中间产物2；
S3、将75.6g中间产物2、20.2g三乙胺、150mL苯和80mL四氢呋喃加入带有搅拌装置的三口烧瓶中，加热并开启搅拌，待温度升至60℃，向其中缓慢滴入22.8g烯丙基缩水甘油醚，滴加完成后，在此温度下继续反应2h，反应结束后，旋蒸除去大部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液为苯/丙酮，二者的体积比为1:1)，旋干洗脱液，得到中间产物3；
S4、将98g中间产物3与980mL的THF的氯化氢饱和液混合，40℃下搅拌5h，过滤，滤饼用乙醚淋洗，真空干燥，得到改性剂；
S5、将2g氧化石墨烯与300mL的DMF加入至带有搅拌装置的三口烧瓶中，在室温下机械搅拌1h后，将60g改性剂加入到体系中继续搅拌30min，然后再加入100mg的EDC-HCl，将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应4h，反应结束后，离心分离，并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤4次，最后，将产物在60℃真空烘箱中充分干燥，得到接枝石墨烯；
S6、将20g接枝石墨烯与150mL乙腈混合后，超声10min，加入11.2g碘甲烷，于室温下搅拌反应16h，反应结束后，离心分离、并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤4次，最后将产物放入真空烘箱中烘干，研磨，得到改性氧化石墨烯。
实施例3
制备导电纱线：
将20g实施例1制得的改性氧化石墨烯加入600g的N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散1h，然后向分散液中加入100g聚氨酯粉末，加热，加热温度控制为80℃，并在磁力搅拌器上搅拌8h，获得纺丝液，将纺丝液进行湿法静电纺丝、加捻后得到纱线，最后将纱线在水合肼蒸汽环境下(温度70℃，质量分数30％)进行还原，得到导电纱线。
实施例4
制备导电纱线：
将30g实施例2制得的改性氧化石墨烯加入650g的N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散1h，然后向分散液中加入100g聚氨酯粉末，加热，加热温度控制为90℃，并在磁力搅拌器上搅拌10h，获得纺丝液，将纺丝液进行湿法静电纺丝、加捻后得到纱线，最后将纱线在水合肼蒸汽环境下(温度80℃，质量分数30％)进行还原，得到导电纱线。
对比例
将实施例3中的改性氧化石墨烯换成同等质量的氧化石墨烯，其余原料及制备过程不变所获得的导电纱线。
对实施例3-4和对比例获得的导电纱线进行性能测试：
测得的结果如下表所示：
由上表数据可知，本发明获得的导电纱线具备优良的导电性能和抑菌性能，以及符合要求的力学强度；结合对比例的数据可知，氧化石墨烯经过改性后，不仅能促进分散，提升导电性能和力学强度，也能引入季铵盐有机基团，提升纱线的抗菌性能。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，通过如下步骤制备：
将改性氧化石墨烯加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散1h，然后向分散液中加入聚氨酯粉末，加热，并在磁力搅拌器上搅拌8-10h，获得纺丝液，将纺丝液进行湿法静电纺丝、加捻后得到纱线，最后将纱线在水合肼蒸汽环境下进行还原，得到导电纱线。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，加热温度控制为80-90℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，纺丝液的质量分数为20％；改性氧化石墨烯与聚氨酯粉末的质量之比为2-3:10。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，水合肼蒸汽环境温度为70-80℃，水合肼蒸汽质量分数为30％。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，所述改性氧化石墨烯通过如下步骤制备：
S1、在三颈瓶中，加入2,6-二氨基吡啶、三乙胺和吡啶，再将二碳酸二叔丁酯溶于四氢呋喃中，由恒压漏斗逐滴滴入三颈瓶中，在3℃恒温条件下搅拌反应10h，得到中间产物1；
S2、将1-氯代十二烷、乙醇和苯加入三口烧瓶中，搅拌混合均匀，加入碳酸钾、碘化钾和中间产物1，在80℃、黑暗条件以及氮气保护下，回流反应24h，得到中间产物2；
S3、将中间产物2、三乙胺、苯和四氢呋喃加入三口烧瓶中，加热并开启搅拌，待温度升至60℃，向其中缓慢滴入烯丙基缩水甘油醚，滴加完成后，在此温度下继续反应2h，得到中间产物3；
S4、将中间产物3与THF的氯化氢饱和液按照固液比1g:10mL混合，40℃下搅拌5h，过滤，滤饼用乙醚淋洗，真空干燥，得到改性剂；
S5、将氧化石墨烯与DMF加入至带有搅拌装置的三口烧瓶中，在室温下机械搅拌1h后，将改性剂加入到体系中继续搅拌30min，然后再加入EDC-HCl，将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应4h，得到接枝石墨烯；
S6、将接枝石墨烯与乙腈混合后，超声10min，加入碘甲烷，于室温下搅拌反应16h，得到改性氧化石墨烯。
6.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，步骤S1中2,6-二氨基吡啶、三乙胺和二碳酸二叔丁酯的用量之比为0.11mol:10.1g:0.1mol。
7.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，步骤S2中1-氯代十二烷、碳酸钾、碘化钾、中间产物1的用量之比为0.1mol:13.8g:1.2g:20.9g。
8.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，步骤S3中中间产物2、三乙胺、烯丙基缩水甘油醚的用量之比为37.8g:10.1g:0.1mol。
9.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，步骤S5中氧化石墨烯、改性剂和EDC-HCl的用量之比为1g:30g:50mg。
10.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯复合材料的导电纱线，其特征在于，步骤S6中接枝石墨烯和碘甲烷的用量之比为10g:5.6g。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310930137.6A CN116949631A (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 一种基于石墨烯复合材料的导电纱线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310930137.6A CN116949631A (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 一种基于石墨烯复合材料的导电纱线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116949631A true CN116949631A (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=88457943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310930137.6A Withdrawn CN116949631A (zh) | 2023-07-27 | 2023-07-27 | 一种基于石墨烯复合材料的导电纱线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116949631A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118344768A (zh) * | 2024-04-11 | 2024-07-16 | 广东彩格科技有限公司 | 一种丝网印刷柔软底浆及其制备方法 |
| CN118422373A (zh) * | 2024-05-21 | 2024-08-02 | 云创设计(深圳)集团有限公司 | 一种改性复合纤维及其制造的保暖吸湿面料 |
| CN118685912A (zh) * | 2024-08-27 | 2024-09-24 | 浙江酷趣智能科技有限公司 | 一种基于石墨烯的抗静电保暖面料、制备方法及应用 |
-
2023
- 2023-07-27 CN CN202310930137.6A patent/CN116949631A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118344768A (zh) * | 2024-04-11 | 2024-07-16 | 广东彩格科技有限公司 | 一种丝网印刷柔软底浆及其制备方法 |
| CN118422373A (zh) * | 2024-05-21 | 2024-08-02 | 云创设计(深圳)集团有限公司 | 一种改性复合纤维及其制造的保暖吸湿面料 |
| CN118685912A (zh) * | 2024-08-27 | 2024-09-24 | 浙江酷趣智能科技有限公司 | 一种基于石墨烯的抗静电保暖面料、制备方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108301201B (zh) | 石墨烯复合无纺布的制备方法 | |
| CN103214629B (zh) | 一种用于涤纶织物的抗静电剂及其制备方法 | |
| CN112921647B (zh) | 一种对涤纶的抗熔滴整理方法 | |
| CN108545717A (zh) | 一种碳纳米管表面改性的方法和改性碳纳米管 | |
| CN116949631A (zh) | 一种基于石墨烯复合材料的导电纱线 | |
| CN107190515A (zh) | 环氧基poss/聚磷酸铵复合阻燃剂的制备方法及应用 | |
| CN114855298A (zh) | 一种阻燃抑烟聚乳酸纤维及其制备方法 | |
| CN113605094A (zh) | 一种抑菌可降解的复合纤维及其制备方法 | |
| CN110698597B (zh) | 一种gn@纤维素基固-固相变材料及其制备方法和应用 | |
| CN113718424B (zh) | 改性聚丙烯腈-尼龙66复合纤维膜及其制备方法和用途 | |
| CN112281234B (zh) | 一种抗菌、抗病毒uhmwpe功能纤维及其制备方法 | |
| CN113215676A (zh) | 一种石墨烯腈纶纤维及其制备方法 | |
| CN117050523B (zh) | 一种耐磨型聚苯硫醚材料及其制备方法 | |
| CN109438742B (zh) | 一种交联改性海藻酸钠薄膜的制备方法 | |
| CN116180296B (zh) | 一种抗菌面料及其制备方法 | |
| CN117143435A (zh) | 基于改性氧化石墨烯的环氧树脂浆料及其制备方法和应用 | |
| CN113817299B (zh) | 一种具有离子和化学双重交联结构的pla基共混复合材料及其制备方法 | |
| CN116536791A (zh) | 改性石墨烯聚乳酸抗菌纤维及其制备方法与应用 | |
| CN111962176B (zh) | 复合导电面料的制造方法 | |
| CN109943895B (zh) | 一种聚乙烯醇纳米纤维制备方法 | |
| CN110272538B (zh) | 一种硅烷化聚碳酸亚丙酯及其制备方法 | |
| CN107663672A (zh) | 一种石墨烯复合pan纤维及制备方法 | |
| CN114108185A (zh) | 一种阻燃无纺布的制备方法及其产品 | |
| CN117702299B (zh) | 高强氧化石墨烯复合纤维及其制备方法和应用 | |
| CN113802212A (zh) | 一种阻燃纤维及其制备方法以及阻燃面料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20231027 |