CN109162088A - 石墨烯改性导电合成纤维及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备石墨烯改性导电合成纤维的方法，其包括在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与合成纤维结合以获得氧化石墨烯改性合成纤维；以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性合成纤维，以获得石墨烯改性导电合成纤维。所获得的石墨烯改性导电合成纤维的电阻为1×101Ω至1×105Ω，在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值为5％至70％，因此具有优异的耐水洗和导电性能。本发明还提供了通过所述方法获得的石墨烯改性导电合成纤维。此外,本发明还提供了所述石墨烯改性导电合成纤维在智能传感器、电磁屏蔽、电热医疗用品、导电纺织品或抗静电纺织品中的用途。
Description
技术领域
本发明涉及改性导电纤维、其制备方法和用途，具体地，涉及石墨烯改性导电合成纤维、其制备方法和用途。
背景技术
石墨烯是由sp2杂化的碳原子以蜂窝状六角结构紧密排列而形成的二维单原子层片状晶体材料。特殊的纳米结构使其具有优异的强度、导电、导热等特性，因此在复合材料、智能材料、电子器件、能量储存和药物载体等领域表现出巨大的应用潜能。同时由于石墨烯具有超薄柔性结构和优异的性能特性，其在纺织纤维材料领域中的应用也日益广泛，例如纯石墨烯纤维、石墨烯复合纤维、石墨烯涂层纤维及纺织品等。
目前，将石墨烯应用于导电纤维的方法主要有以下两种：一种为常规纤维表面涂覆石墨烯导电材料；另一种为将石墨烯与纤维原料共混纺丝制成导电纤维。涂覆法制备的纤维导电性能优异，但耐水洗性及耐久性不够理想，而共混纺丝法则存在纺丝过程中团聚、纺丝不顺利等问题。
近年来，通过还原氧化石墨烯改性纤维来制备导电纤维也日益获得了人们的关注。氧化石墨烯的还原方法主要有化学还原法、热还原法和电化学还原法，其中化学还原法成本低、产量大，备受研究人员青睐。目前，较为有效的还原剂有肼类、NaBH4和HI等，利用这些还原剂制得的还原氧化石墨烯(rGO)C/O能达到10左右、甚至12以上。然而，这些试剂往往具有较强的毒性或腐蚀性，对工作人员的健康和周围环境存在严重威胁。为此，人们曾尝试利用抗坏血酸、壳聚糖作为还原剂对氧化石墨烯进行还原，但发现这些还原剂在较长的反应时间下也难以获得较好的还原效果。
因此，本领域迫切需要一种无毒、高效、节能的还原方法，以便获得耐水洗性和导电性能良好的石墨烯改性导电纤维。
发明内容
本发明旨在提供一种制备无毒、高效和节能的石墨烯改性导电合成纤维的方法以获得导电性能高且耐水洗性良好的石墨烯改性导电合成纤维，从而克服现有技术中存在的上述不足。
根据本发明的一个方面，提供了制备石墨烯改性导电合成纤维的方法，所述方法包括：在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与合成纤维结合以获得氧化石墨烯改性合成纤维；以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性合成纤维，以获得石墨烯改性导电合成纤维。
在一个实施方案中，所述氧化石墨烯的粒径为选自以下组成的组中的任一项：0.1μm至7.0μm、0.2μm至6.5μm、0.3μm至6.0μm、0.4μm至5.5μm、0.5μm至5.0μm、0.6μm至4.5μm、0.8μm至4.0μm、1.0μm至3.5μm、1.2μm至3.0μm、1.5μm至2.5μm、1.8μm至2.0μm。
在一个实施方案中，所述合成纤维为选自以下组成的组中的一种或多种：聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚氨酯纤维、聚氯乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚四氟乙烯纤维、聚芳纤维纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维或其组合。
在一个实施方案中，所述亚磺酸化合物为选自以下组成的组中的一种或多种：烷基亚磺酸，例如羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、2-羟基-2-亚磺酸基乙酸、三氟甲基亚磺酸、1-羟乙基亚磺酸、1-羟丙基亚磺酸、1-羟丁基亚磺酸、1-羟基-1-甲基乙基亚磺酸、1-羟基-1-乙基丙基亚磺酸、1-羟基-1-甲基丙基亚磺酸或1-羟基-1-甲基戊基亚磺酸，或其盐；芳基亚磺酸，例如，3-硝基苯亚磺酸、4-氯苯亚磺酸、4-氰基苯亚磺酸、4-乙氧基羰基苯亚磺酸、4-三氟甲基苯亚磺酸、3-三氟甲基苯亚磺酸、1-蒽醌亚磺酸、1-萘亚磺酸、2-萘亚磺酸、苯基亚磺酸、对甲氧基苯基亚磺酸、对甲基苯基亚磺酸、对氯苯基亚磺酸、对溴苯基亚磺酸、对碘苯基亚磺酸、对硝基苯基亚磺酸、邻氯苯基亚磺酸、邻硝基苯基亚磺酸或萘基亚磺酸，或其盐；或其组合，其中所述亚磺酸化合物优选为羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸或其盐，更优选为羟甲基亚磺酸钠或3-甲基亚磺酸铵。
在一个实施方案中，所述氧化石墨烯溶液中的所述氧化石墨烯与所述合成纤维的重量比为1.0:10至3.0:10、1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。
在一个实施方案中，所述亚磺酸化合物水溶液中的所述亚磺酸化合物与所述氧化石墨烯改性合成纤维的重量比为1.0:10至3.0:10、1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。
根据本发明的另一方面，提供了通过上文所述方法制备的石墨烯改性导电合成纤维，其中所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值为5％至70％。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值为10％至65％、15％至60％、20％至55％、25％至50％、30％至45或35％至40％。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维的电阻为1.0×101Ω至1.0×105Ω、或2.0×101Ω至5.0×104Ω、或4.0×101Ω至2.0×104Ω、或8.0×101Ω至1.0×104Ω、或1.0×102Ω至5×103Ω、或2×102Ω至2×103Ω、或4.0×102Ω至1.0×103Ω。
本发明的方法具有操作简单、工艺流程短、易于规模化生产、能耗低、废水易处理且所获得的石墨烯改性合成纤维导电性能高和耐水洗性良好等优点。此外，所述方法具有无毒、无刺激性、成本低等优点。
根据本发明的另一方面，提供了通过所述方法制备的石墨烯改性导电合成纤维在智能传感器、电磁屏蔽、电热医疗用品、导电纺织品或抗静电纺织品中的用途。
附图说明
图1示出(a)聚酯纤维改性前的电镜图片；(b)氧化石墨烯改性聚酯纤维的电镜图片；(c)石墨烯改性聚酯纤维的电镜图片；以及(d)(c)中方框内的石墨烯改性聚酯纤维的局部放大图。
图2示出(a)石墨烯改性导电合成纤维的电子照片；以及(b)石墨烯改性导电合成纤维用于导电的性能。
具体实施方式
为了以下详细描述的目的，应理解，本发明提供的实施方案可以采取各种替代变体和步骤顺序，除了这些替代变体和步骤顺序明显不适用于本文的实施方案之外。此外，除了在具体的操作实例以外，或者在另外指明的情况下，所有表示说明书和权利要求书中所用成分数量的数字应理解为通过术语“约”修饰，“约”是指其所修饰的各个具体值的±10％、±5％或±3％的变量。因此，除非另外指明，在说明书和所附权利要求书中陈述的数值参数为近似值，其可以根据本发明所期望获得的性能而变化。各数值参数应至少根据所报道的有效数位的数量并且通过应用常用的舍入技术进行解释。
此外，应理解，本文所述的任何数值范围旨在包括在其中包含的所有子范围。例如，“1至10”旨在包括所述最小值1与所述最大值10之间的所有子范围(并且包括1和10这两个端值)，例如1至5、2至8或4至6等。
本文所用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在进行限制。“或”意指“和/或”。如本文所用，术语“和/或”包括相关的列出项中的一个或多个项的任一组合和所有组合。
本发明提供了制备石墨烯改性导电合成纤维的方法，所述方法包括：使用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯；将所述氧化石墨烯配置成溶液，然后在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方法使氧化石墨烯与合成纤维结合，以获得氧化石墨烯改性合成纤维；以及在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性合成纤维，以获得石墨烯改性导电合成纤维。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维还可以包含添加剂，例如耐磨剂、着色剂、颜料、消光剂、阻燃剂、润湿剂、柔软剂、匀染剂、整理剂、固色剂、平滑剂等，以便对该导电合成纤维赋予所期望的额外的性能。
在一个实施方案中，氧化石墨烯也可以通过brodie方法和Staudenmaier方法，以及本领域已知的其他方法获得。
在另一实施方案中，所述氧化石墨烯的粒径可以为选自以下组成的组中的任一项：0.1μm至7.0μm、0.2μm至6.5μm、0.3μm至6.0μm、0.4μm至5.5μm、0.5μm至5.0μm、0.6μm至4.5μm、0.8μm至4.0μm、1.0μm至3.5μm、1.2μm至3.0μm、1.5μm至2.5μm、1.8μm至2.0μm。优选地，在特定实施方案中，所述氧化石墨烯的粒径可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1.0μm。在进一步的特定实施方案中，所述氧化石墨烯的粒径可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm或0.5μm，以便氧化石墨烯颗粒均匀地分散在溶液中。
在一个实施方案中，所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与合成纤维的重量比为1:10至3:10。在特定实施方案中，所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与合成纤维的重量比为1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。在另一特定实施方案中，所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与合成纤维的重量比可以为1.2:10、1.4:10、1.6:10、1.8:10、2.0:10、2.2:10、2.6:10或2.8:10。
在一个实施方案中，所述合成纤维可以为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚氨酯纤维、聚氯乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚四氟乙烯纤维、聚芳纤维纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维或其组合。在特定实施方案中，所述合成纤维可以为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚氨酯纤维、聚酰亚胺纤维或其组合。
在一个实施方案中，所述亚磺酸化合物水溶液中的亚磺酸化合物与氧化石墨烯改性合成纤维的重量比为1:10至3:10。在特定实施方案中，所述亚磺酸化合物水溶液中的亚磺酸化合物与氧化石墨烯改性合成纤维的重量比为1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。在另一特定实施方案中，所述亚磺酸化合物水溶液中的亚磺酸化合物与氧化石墨烯改性合成纤维的重量比为1.2:10、1.4:10、1.6:10、1.8:10、2.0:10、2.2:10、2.6:10或2.8:10。
在一个实施方案中，所述氧化石墨烯改性合成纤维的还原时间可以为选自以下组成的组中的任一项：0.15小时至3.0小时、0.2小时至2.8小时、0.3小时至2.5小时、0.4小时至2.2小时、0.5小时至2.0小时、0.6小时至1.8小时、0.8小时至1.5小时、1.0小时至1.2小时。优选地，在特定实施方案中，所述氧化石墨烯改性合成纤维的还原时间可以为0.15小时、0.2小时、0.3小时、0.4小时、0.5小时、0.6小时、0.7小时、0.8小时、0.9小时或1.0小时。在进一步的特定实施方案中，所述氧化石墨烯改性合成纤维的还原时间可以为0.15小时、0.2小时、0.3小时、0.4小时或0.5小时。
在一个实施方案中，所述氧化石墨烯改性合成纤维的还原温度为选自以下组成的组中的任一项：50℃至100℃、55℃至95℃、60℃至90℃、65℃至85℃、70℃至80℃、75℃至78℃。优选地，在特定实施方案中，所述氧化石墨烯改性合成纤维的还原温度为60℃、70℃、80℃、90℃或100℃。在进一步的特定实施方案中，所述氧化石墨烯改性合成纤维的还原温度为80℃、90℃或100℃，以便促进亚磺酸化合物对氧化石墨烯改性合成纤维的还原。
在一个实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为烷基亚磺酸、芳基亚磺酸或其盐；或其组合，其中烷基或芳基可以是取代或未取代的。在另一特定实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为烷基亚磺酸或芳基亚磺酸的钾盐、钠盐或铵盐等。
具体地，在一个实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为烷基亚磺酸，例如羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、2-羟基-2-亚磺酸基乙酸、三氟甲基亚磺酸、1-羟乙基亚磺酸、1-羟丙基亚磺酸、1-羟丁基亚磺酸、1-羟基-1-甲基乙基亚磺酸、1-羟基-1-乙基丙基亚磺酸、1-羟基-1-甲基丙基亚磺酸或1-羟基-1-甲基戊基亚磺酸，或其盐。在另一实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为芳基亚磺酸，例如，3-硝基苯亚磺酸、4-氯苯亚磺酸、4-氰基苯亚磺酸、4-乙氧基羰基苯亚磺酸、4-三氟甲基苯亚磺酸、3-三氟甲基苯亚磺酸、1-蒽醌亚磺酸、1-萘亚磺酸、2-萘亚磺酸、苯基亚磺酸、对甲氧基苯基亚磺酸、对甲基苯基亚磺酸、对氯苯基亚磺酸、对溴苯基亚磺酸、对碘苯基亚磺酸、对硝基苯基亚磺酸、邻氯苯基亚磺酸、邻硝基苯基亚磺酸或萘基亚磺酸，或其盐。
优选地，在特定实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、三氟甲基亚磺酸、1-羟乙基亚磺酸、对甲基苯基亚磺酸、苯基亚磺酸或其盐，或其组合。更优选地，在特定实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、苯基亚磺酸或其盐，或其组合。最优选地，在特定实施方案中，所述亚磺酸化合物可以为羟甲基亚磺酸、羟甲基亚磺酸钠、3-甲基亚磺酸铵或其组合。
本发明还提供了通过上文所述方法制备的石墨烯改性导电合成纤维，这样的石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后电阻的变化率的绝对值可以为5％至70％。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值可以为10％至65％、15％至60％、20％至55％、25％至50％、30％至45或35％至40％。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值可以为8％、16％、18％、22％、28％、32％、38％、42％、48％、52％、58％、62％或68％。在特定实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值可以为5％、10％、15％、18％、25％或30％。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维的电阻可以为1.0×101Ω至1.0×105Ω、2.0×101Ω至5.0×104Ω、4.0×101Ω至2.0×104Ω、8.0×101Ω至1.0×104Ω、1.0×102Ω至5×103Ω、或2×102Ω至2×103Ω、或4.0×102Ω至1.0×103Ω。
在一个实施方案中，所述石墨烯改性导电合成纤维的电阻可以为1.5×101Ω、3.0×101Ω、6.0×101Ω、1.5×102Ω、3.0×102Ω、6.0×102Ω、1.5×103Ω、3.0×103Ω、6.0×103Ω、1.5×104Ω、3.0×104Ω或6.0×104Ω。
本发明还提供了所述石墨烯改性导电合成纤维在智能传感器、电磁屏蔽、电热医疗用品、导电纺织品或抗静电纺织品中的用途。
在一个实施方案中，所述智能传感器可以为PH汗液传感器、血压脉搏传感器、呼吸速率传感器、关节弯曲传感器、人体运动检测传感器、电子皮肤等。
在另一实施方案中，所述导电纺织品可以为可穿戴设备、调温纺织品、电致变色纺织品、形状记忆纺织品或发光纺织品等。
在又一实施方案中，所述电热医疗用品可以为电热医疗垫、脉冲电热医疗带、手术加温毯、医疗加热片或电热磁治疗仪等。
通过本发明的方法获得的石墨烯改性导电合成纤维具有较低的电阻和良好的耐水洗性，因此石墨烯改性导电合成纤维的制备方法明显在工业上是有价值的。
实施例
以下参考实施例更详细地描述本发明。然而，本发明不限于以下实施例。
实施例1
石墨烯改性导电聚酰胺纤维的制备
使用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，获得粒径为1μm的氧化石墨烯的溶液，将所得的氧化石墨烯的溶液用水稀释，以获得2mg/ml的氧化石墨烯溶液。然后将聚酰胺纤维以氧化石墨烯与聚酰胺纤维的重量比为1:10浸泡在所述氧化石墨烯溶液中，使得氧化石墨烯对聚酰胺纤维进行表面改性，持续2小时，以获得氧化石墨烯改性聚酰胺纤维。
将所获得的氧化石墨烯改性聚酰胺纤维以羟甲基亚磺酸钠与氧化石墨烯改性聚酰胺纤维的重量比为1:10置于羟甲基亚磺酸钠水溶液中，并且将混合物在80℃加热1.5小时，使得氧化石墨烯改性聚酰胺纤维进行还原反应，以获得石墨烯改性导电聚酰胺纤维。
所获得的石墨烯改性导电聚酰胺纤维的电阻为7.0×104Ω，经耐水洗实验后，电阻为9.0×104Ω。
实施例2
石墨烯改性导电聚丙烯腈纤维的制备
使用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，获得粒径为1μm的氧化石墨烯的溶液。将所得的氧化石墨烯的溶液用水稀释，以获得2mg/ml的氧化石墨烯溶液。然后将聚丙烯腈纤维以氧化石墨烯与聚丙烯腈纤维的重量比为3:10浸泡在所述氧化石墨烯溶液中，使得氧化石墨烯对聚丙烯腈纤维进行表面改性，持续2小时，以获得氧化石墨烯改性聚丙烯腈纤维。
将所获得的氧化石墨烯改性聚丙烯腈纤维以羟甲基亚磺酸与氧化石墨烯改性聚丙烯腈纤维的重量比为3:10置于羟甲基亚磺酸水溶液中，并且将混合物在100℃加热1小时，使得氧化石墨烯改性聚丙烯腈纤维进行还原反应，以获得石墨烯改性导电聚丙烯腈纤维。
所获得的石墨烯改性导电聚丙烯腈纤维的电阻为3.0×104Ω，经耐水洗实验后，电阻为5.0×104Ω。
实施例3
石墨烯改性导电聚酯纤维的制备
使用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，获得粒径为5μm的氧化石墨烯的溶液。将所得的氧化石墨烯的溶液用水稀释，以获得5mg/ml的氧化石墨烯溶液。然后将聚酯纤维以氧化石墨烯与聚酯纤维的重量比为2:10浸泡在所述氧化石墨烯溶液中，使得氧化石墨烯对聚酯纤维进行表面改性，持续2小时，以获得氧化石墨烯改性聚酯纤维。
将所获得的氧化石墨烯改性聚酯纤维以3-甲基亚磺酸铵与氧化石墨烯改性聚酯纤维的重量比为2:10置于3-甲基亚磺酸铵水溶液中，并且将混合物在85℃加热0.5小时，使得氧化石墨烯改性聚酯纤维进行还原反应，以获得石墨烯改性导电聚酯纤维。
所获得的石墨烯改性导电聚酯纤维的电阻为6.0×103Ω，经水洗实验后，电阻为8.0×103Ω。
实施例4
石墨烯改性导电聚乙烯醇缩甲醛纤维的制备
使用改进的Hummer’s方法制备氧化石墨烯，获得粒径为3μm的氧化石墨烯的溶液。将所得的氧化石墨烯的溶液用水稀释以获得2mg/ml的氧化石墨烯溶液。然后将聚乙烯醇缩甲醛纤维以氧化石墨烯与聚乙烯醇缩甲醛纤维的重量比为2:10浸泡在所述氧化石墨烯溶液中，使得氧化石墨烯对聚乙烯醇缩甲醛纤维进行表面改性，持续2小时，以获得氧化石墨烯改性聚乙烯醇缩甲醛纤维。
将所获得的氧化石墨烯改性聚乙烯醇缩甲醛纤维以3-甲基亚磺酸铵与氧化石墨烯改性聚乙烯醇缩甲醛纤维的重量比为2:10置于3-甲基亚磺酸铵水溶液中，并且将混合物在85℃加热0.5小时，使得氧化石墨烯改性聚乙烯醇缩甲醛纤维进行还原反应，以获得石墨烯改性导电聚乙烯醇缩甲醛纤维。
所获得的石墨烯改性导电聚乙烯醇缩甲醛纤维的电阻为6.0×104Ω，经水洗实验后，电阻为8.0×104Ω。
对比例1
石墨烯改性导电聚酰胺纤维的制备
以与实施例1相同的方法制备对比样品石墨烯改性导电聚酰胺纤维，但是所用还原剂为水合肼，加热时间为2小时。
所获得的石墨烯改性导电聚酰胺纤维的电阻为8.0×104Ω，耐水洗实验后，电阻升高至5.0×105Ω。
对比例2
石墨烯改性导电聚丙烯腈纤维的制备
以与实施例2相同的方法制备对比样品石墨烯改性导电聚丙烯腈纤维，但是所用还原剂为水合肼，加热时间为1.5小时。
所获得的石墨烯改性导电聚丙烯腈纤维的电阻为5.0×105Ω·m，耐洗实验后，电阻升高至4.0×106Ω·m。
对比例3
石墨烯改性导电聚酯纤维的制备
以与实施例3相同的方法制备对比样品石墨烯改性导电聚酯纤维，但是所用还原剂为水合肼，加热时间为1小时。
所获得的石墨烯改性导电聚酯纤维的电阻为1.0×104Ω，耐洗实验后，电阻升高至1.0×105Ω。
对比例4
石墨烯改性导电聚乙烯醇缩甲醛纤维的制备
以与实施例4相同的方法制备对比样品石墨烯改性导电聚乙烯醇缩甲醛纤维，但是所用还原剂为水合肼，加热时间为1小时。
所获得的石墨烯改性导电聚乙烯醇缩甲醛纤维的电阻为6.0×104Ω，水洗实验后，电阻升高至6.0×105Ω。
将实施例1至实施例4以及对比例1至对比例4中所获得的石墨烯改性导电合成纤维进行导电性能测试并且进行比较，结果示于表1。从表1可以看出，在水洗前和水洗后，用亚磺酸化合物作为还原剂制备的石墨烯改性导电合成纤维的导电性和耐水洗性都优于用水合肼还原制备的石墨烯改性导电合成纤维的导电性和耐水洗性。
表1
耐水洗性的测试
根据GB/T 3921-2008，以每升溶液中含有5克肥皂粉和2克碳酸钠来制备测试溶液。然后将制备的石墨烯改性导电合成纤维以1:50的重量比置于所述测试溶液中，并且在60℃下搅拌30分钟，再经清洗和干燥。测试石墨烯改性导电合成纤维水洗前和水洗后的电阻，以导电纤维电阻的变化率的绝对值表示耐水洗性。
上述实施方案及实施例仅例示出本公开的具体实施方案，但是本公开的实施方案并不受上述内容的限制。在未实质性背离本公开的发明构思的主旨和原理的情况下所做出的任何改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，并包含在由权利要求所确定的保护范围之内。
Claims (10)
1.制备石墨烯改性导电合成纤维的方法，包括：
在氧化石墨烯溶液中通过表面改性方式使氧化石墨烯与合成纤维结合以获得氧化石墨烯改性合成纤维；以及
在亚磺酸化合物水溶液中、于50℃至100℃的温度下还原所述氧化石墨烯改性合成纤维，以获得石墨烯改性导电合成纤维。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化石墨烯的粒径为选自以下组成的组中的任一项：0.1μm至7.0μm、0.2μm至6.5μm、0.3μm至6.0μm、0.4μm至5.5μm、0.5μm至5.0μm、0.6μm至4.5μm、0.8μm至4.0μm、1.0μm至3.5μm、1.2μm至3.0μm、1.5μm至2.5μm、1.8μm至2.0μm。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述合成纤维为选自以下组成的组中的一种或多种：聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚氨酯纤维、聚氯乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚四氟乙烯纤维、聚芳纤维纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维或其组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述亚磺酸化合物为选自以下组成的组中的一种或多种：烷基亚磺酸，例如羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸、2-羟基-2-亚磺酸基乙酸、三氟甲基亚磺酸、1-羟乙基亚磺酸、1-羟丙基亚磺酸、1-羟丁基亚磺酸、1-羟基-1-甲基乙基亚磺酸、1-羟基-1-乙基丙基亚磺酸、1-羟基-1-甲基丙基亚磺酸或1-羟基-1-甲基戊基亚磺酸，或其盐；芳基亚磺酸，例如，3-硝基苯亚磺酸、4-氯苯亚磺酸、4-氰基苯亚磺酸、4-乙氧基羰基苯亚磺酸、4-三氟甲基苯亚磺酸、3-三氟甲基苯亚磺酸、1-蒽醌亚磺酸、1-萘亚磺酸、2-萘亚磺酸、苯基亚磺酸、对甲氧基苯基亚磺酸、对甲基苯基亚磺酸、对氯苯基亚磺酸、对溴苯基亚磺酸、对碘苯基亚磺酸、对硝基苯基亚磺酸、邻氯苯基亚磺酸、邻硝基苯基亚磺酸或萘基亚磺酸，或其盐；或其组合，
其中所述亚磺酸化合物优选为羟甲基亚磺酸、3-甲基亚磺酸或其盐，更优选为羟甲基亚磺酸钠或3-甲基亚磺酸铵。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化石墨烯溶液中的所述氧化石墨烯与所述合成纤维的重量比为1.0:10至3.0:10、1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述亚磺酸化合物水溶液中的所述亚磺酸化合物与所述氧化石墨烯改性合成纤维的重量比为1.0:10至3.0:10、1.5:10至2.5:10或1.8:10至2.0:10。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法制备的石墨烯改性导电合成纤维，其中所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值为5％至70％。
8.如权利要求7所述的石墨烯改性导电合成纤维，其中所述石墨烯改性导电合成纤维在耐水洗实验后，电阻的变化率的绝对值为10％至65％、15％至60％、20％至55％、25％至50％、30％至45或35％至40％。
9.如权利要求7或8所述的石墨烯改性导电合成纤维，其中所述石墨烯改性导电合成纤维的电阻为1.0×101Ω至1.0×105Ω、或2.0×101Ω至5.0×104Ω、或4.0×101Ω至2.0×104Ω、或8.0×101Ω至1.0×104Ω、或1.0×102Ω至5×103Ω、或2×102Ω至2×103Ω、或4.0×102Ω至1.0×103Ω。
10.通过权利要求1至6中任一项所述的方法获得的石墨烯改性导电合成纤维或者权利要求7至9中任一项所述的石墨烯改性导电合成纤维在智能传感器、电磁屏蔽、电热医疗用品、导电纺织品或抗静电纺织品中的用途。
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