CN104674362A - 一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,该方法包括以下步骤:将氧化石墨烯溶液与丝素蛋白溶液混合,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜,然后将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于溶剂中,搅拌至完全溶解,超声得到纺丝液,将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,高压电纺得到复合纤维,蒸汽处理后得到丝素/石墨烯导电纤维。该方法制备的丝素/石墨烯导电纤维中丝素和石墨烯的浓度高,因此纤维除了具备优良的服用性能外,导电性能佳。

Description

一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法
技术领域:
本发明属于蚕丝复合纤维技术领域,特别涉及一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法。
背景技术:
石墨烯是目前已知的最薄的二维材料,而且因其电子可以在石墨烯晶体内自由移动速度远超过一般导体,所以导电性能出色。蚕丝因具有诸多优异的性能在各个领域中被广泛使用,目前人造动物纤维一般是采用来源丰富、成本较低的丝素蛋白进行仿生纺丝,制备出力学性能优异的再生丝素蛋白纤维。
导电纤维的制备方法有两种,一种是在常规纤维表面涂覆导电成分,另一种是将导电材料与纤维原料混合纺丝制成。涂覆法制备的导电纤维的导电性能突出,但是耐水洗和耐久性不佳,共纺法制备的导线纤维中导电粒子容易团聚,影响纤维的导线效果。
目前已经报道将石墨烯与蚕丝结合制备纤维材料,中国专利CN103173882A(公开日2013.06.26)公开了制备石墨烯/蚕丝复合纤维的方法,将石墨烯溶液与脱胶冻干后的丝素蛋白、甲酸混合后,静电纺丝制备成石墨烯/蚕丝复合纤维。中国专利CN103572395A(公开日2014.02.12)公开了一种增强增韧再生蚕丝纤维及其制备方法,是将蚕丝脱胶溶解后的蚕丝蛋白水溶液与氧化石墨烯溶液混合后,加入氯化钙溶液,经浓缩纺丝和后处理后得到增强增韧再生丝素纤维。中国专利CN103966844A(公开日2014.08.06)公开了一种石墨烯导电复合纤维的制备方法,是纤维表面改性后浸入石墨烯分散体系中,取出烘干得到石墨烯导电复合纤维。如何让石墨烯稳定的均匀地分散在丝素蛋白溶液中,是制备石墨烯与丝素蛋白复合纤维关键之一。
发明内容:
本发明的目的是提供一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,该方法是先将氧化石墨烯溶液和丝素蛋白水溶液混合成膜,将膜用溶剂溶解制成纺丝液,经纺丝制备出丝素/石墨烯导电纤维,该方法制备的纺丝液中石墨烯不易团聚,能形成很好的分散体系,制备的丝素/石墨烯导电纤维的导电性能和机械性能佳。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,包括以下步骤:
(1)将氧化石墨烯溶液与丝素蛋白溶液混合,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜;
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于溶剂中,搅拌至完全溶解,超声得到纺丝液;
(3)将步骤(2)得到的纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,高压电纺得到复合纤维,经蒸汽处理后得到丝素/石墨烯导电纤维。
作为上述技术方案的优选,步骤(1)所述的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的还原度为99%,氧化石墨烯的浓度为15-30mg/ml。
作为上述技术方案的优选,步骤(1)所述的丝素蛋白的溶液中丝素蛋白的质量分数为30%-45%。
作为上述技术方案的优选,步骤(1)所述的氧化石墨烯溶液与丝素蛋白溶液的质量比为1:50。
作为上述技术方案的优选,步骤(2)所述的溶剂为NMMO溶液。
作为上述技术方案的优选,步骤(2)所述的超声的时间为30-45min。
作为上述技术方案的优选,步骤(2)所述的纺丝液的粘度为2-5Pa*s。
作为上述技术方案的优选,步骤(3)所述的高压的电场强度为10-15kv/cm。
作为上述技术方案的优选,步骤(3)所述的蒸汽为乙醇与水的混合物,蒸汽处理时间为5-10min。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)传统的石墨烯纺丝技术中,较难解决的就是石墨烯的团聚问题,本方法中采用先使石墨烯与丝素均匀分布成膜后再溶解,使石墨烯小分子被丝素大分子包围,因此石墨烯分子间不易团聚,有利于制备高浓度的石墨烯溶液。
(2)本方法制备的丝素/石墨烯导电纤维中,丝素与石墨烯均匀分布在纤维中,因此纤维的导电性均匀,且耐水性和耐持久性好。并采用静电纺丝技术结合蒸汽后处理技术,使导电纤维的直径小,且使丝素有轻微溶胀,纤维间的结合力好,不易脱落。
(3)本制备方法简便,易于操作,制备的制备的丝素/石墨烯导电纤维具有良好的吸湿透气性,穿着舒适性,较高的机械强度,并具备导电性和抗菌性能。
具体实施方式:
为了加深对本发明的理解,下面结合实施例对本发明作进一步详述,该实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1:
将还原度为99%的氧化石墨烯配成浓度为30mg/ml的石墨烯溶液,与质量分数为45%的丝素蛋白溶液按重量比1:50混合均匀,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜。
将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于NMMO溶液中,搅拌至完全溶解,超声45min,得到粘度为5Pa*s的纺丝液。将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,在15kv/cm高压下,电纺得到复合纤维,经乙醇与水的混合蒸汽处理10min后得到丝素/石墨烯导电纤维。
实施例2:
将还原度为99%的氧化石墨烯配成浓度为15mg/ml的石墨烯溶液,与质量分数为30%的丝素蛋白溶液按重量比1:50混合均匀,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜。
将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于NMMO溶液中,搅拌至完全溶解,超声30min,得到粘度为2Pa*s的纺丝液。将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,在10kv/cm高压下,电纺得到复合纤维,经乙醇与水的混合蒸汽处理5min后得到丝素/石墨烯导电纤维。
实施例3:
将还原度为99%的氧化石墨烯配成浓度为30mg/ml的石墨烯溶液,与质量分数为30%的丝素蛋白溶液按重量比1:50混合均匀,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜。
将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于NMMO溶液中,搅拌至完全溶解,超声35min,得到粘度为4Pa*s的纺丝液。将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,在12kv/cm高压下,电纺得到复合纤维,经乙醇与水的混合蒸汽处理8min后得到丝素/石墨烯导电纤维。
实施例4:
将还原度为99%的氧化石墨烯配成浓度为25mg/ml的石墨烯溶液,与质量分数为40%的丝素蛋白溶液按重量比1:50混合均匀,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜。
将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于NMMO溶液中,搅拌至完全溶解,超声40min,得到粘度为3Pa*s的纺丝液。将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,在13kv/cm高压下,电纺得到复合纤维,经乙醇与水的混合蒸汽处理7min后得到丝素/石墨烯导电纤维。
实施例5:
将还原度为99%的氧化石墨烯配成浓度为25mg/ml的石墨烯溶液,与质量分数为45%的丝素蛋白溶液按重量比1:50混合均匀,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜。
将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于NMMO溶液中,搅拌至完全溶解,超声45min,得到粘度为5Pa*s的纺丝液。将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,在10kv/cm高压下,电纺得到复合纤维,经乙醇与水的混合蒸汽处理10min后得到丝素/石墨烯导电纤维。
实施例6:
将还原度为99%的氧化石墨烯配成浓度为30mg/ml的石墨烯溶液,与质量分数为40%的丝素蛋白溶液按重量比1:50混合均匀,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜。
将氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于NMMO溶液中,搅拌至完全溶解,超声30min,得到粘度为3Pa*s的纺丝液。将纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,在12kv/cm高压下,电纺得到复合纤维,经乙醇与水的混合蒸汽处理7min后得到丝素/石墨烯导电纤维。
直接混纺的丝素/石墨烯纤维的制备方法:将蚕丝脱胶溶解后的蚕丝蛋白水溶液与氧化石墨烯溶液混合后,经浓缩纺丝和后处理后得到丝素/石墨纤维。
直接混纺的丝素/石墨烯纤维的制备方法:将蚕丝脱胶溶解后的蚕丝蛋白水溶液与氧化石墨烯溶液混合后,经浓缩纺丝和后处理后得到丝素/石墨纤维。
经测定发现,实施例1-6制备的丝素/石墨烯导电纤维与直接混纺的丝素/石墨烯纤维相比,纤维的断裂强度、断裂伸长率、导电性和抗菌性结果如下表所示:
由上述数据可知,本方法制备的丝素/石墨烯导电纤维比直接混纺制备丝素/石墨烯纤维在机械性能、导电性和抗菌性方面均较优。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)将氧化石墨烯溶液与丝素蛋白溶液混合,倒入聚四氟乙烯的模具中,干燥得到氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜;
(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯与丝素蛋白复合膜置于溶剂中,搅拌至完全溶解,超声得到纺丝液;
(3)将步骤(2)得到的纺丝液置于静电纺丝设备的容器中,高压电纺得到复合纤维,经蒸汽处理后得到丝素/石墨烯导电纤维。
2.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的还原度为99%,氧化石墨烯的浓度为15-30mg/ml。
3.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的丝素蛋白的溶液中丝素蛋白的质量分数为30%-45%。
4.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的氧化石墨烯溶液与丝素蛋白溶液的质量比为1:50。
5.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的溶剂为NMMO溶液。
6.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的超声的时间为30-45min。
7.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的纺丝液的粘度为2-5Pa*s。
8.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述的高压的电场强度为10-15kv/cm。
9.如权利要求1所述的一种丝素/石墨烯导电纤维的制备方法,其特征在于:步骤(3)所述的蒸汽为乙醇与水的混合物,蒸汽处理时间为5-10min。
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