一種改性石墨烯遠(yuǎn)紅外纖維的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于纖維材料領(lǐng)域，特別涉及一種改性石墨烯遠(yuǎn)紅外纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 遠(yuǎn)紅外保健織物是近年來新興的一種功能紡織品，它具有保暖升溫、保健等功能。 遠(yuǎn)紅外保健整理織物可用來開發(fā)保健蓄熱產(chǎn)品、醫(yī)療用品等，如內(nèi)衣、貼身保暖服，床罩、床 單、毛毯等床上用品，坐墊、護(hù)膝、腰帶、抗菌防臭保健鞋襪和電熱制品等。
[0003] 石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種只有一個(gè)碳原子厚 度的二維材料。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁 ?諾沃肖洛 夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，而證實(shí)它可以單獨(dú)存在。石墨烯是為世上電阻 率最小的材料。因其電阻率極低，電子迀移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電 速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合 用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。
[0004] 自從石墨烯2004年被發(fā)現(xiàn)以來，其作為一種新型碳材料立即引起了科學(xué)界的極大 關(guān)注。石墨烯的二維層狀結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的阻燃效應(yīng)，如片層阻隔效應(yīng)等，能夠延緩熱量 的傳遞、熱解產(chǎn)物的擴(kuò)散、逸出。此外，石墨烯是已知的機(jī)械強(qiáng)度最高的物質(zhì)且具備化學(xué)性 能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在聚合物中添加少量的石墨烯便可將聚合物的力學(xué)性能提高許多。
[0005] 如中國專利公開號(hào)CN 103469328 A，公開日：2013.12.25,發(fā)明創(chuàng)造名稱:遠(yuǎn)紅外 纖維的生產(chǎn)方法，該申請公開了一種遠(yuǎn)紅外纖維的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：1)遠(yuǎn)紅外母粒 制備:將遠(yuǎn)紅外超細(xì)微粉與纖維基料摻混、干燥，加入聚合物助紡劑，進(jìn)入螺旋擠出機(jī)熔融 共混擠出，造粒，得到遠(yuǎn)紅外母粒;2)遠(yuǎn)紅外纖維生產(chǎn):將遠(yuǎn)紅外母粒和纖維切片共混后，經(jīng) 紡絲、卷繞、拉伸后形成遠(yuǎn)紅外纖維;然而，由于與母料為簡單混溶，導(dǎo)致結(jié)合度不夠，耐久 性差。
[0006] 重樓屬植物是一類極具藥用價(jià)值的植物，全世界共有24種，我國擁有19種，其中西 南各省區(qū)種類和資源極為豐富?，F(xiàn)有技術(shù)中將重樓廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域，然而重樓提取物 改性石墨烯，以徹底解決再生聚酯纖維力學(xué)性能差的問題，鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改性石墨烯增強(qiáng)阻燃再生 聚酯短纖維的制備方法，以進(jìn)一步提高現(xiàn)有的再生聚酯纖維力學(xué)性。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0009] -種改性石墨烯增強(qiáng)阻燃再生聚酯短纖維的制備方法，其特征在于:包括如下步 驟：
[0010] (1)重樓提取物的制備
[0011]將重樓的干燥根莖粉碎，用75~85%乙醇熱回流提取，合并提取液，濃縮至無醇 味，依次用石油醚、乙酸乙酯和水飽和的正丁醇萃取，分別得到石油醚萃取物、乙酸乙酯萃 取物和正丁醇萃取物；（b)步驟(a)中乙酸乙酯萃取物用大孔樹脂除雜，先用50%乙醇洗脫5 個(gè)柱體積，再用無水乙醇洗脫6個(gè)柱體積，收集無水乙醇洗脫液，減壓濃縮得無水乙醇洗脫 物浸膏；（c)步驟(b)中無水乙醇洗脫浸膏用正相硅膠分離，依次用體積比為80:1、45:1、25: 1、10:1和1:1的二氯甲烷-甲醇梯度洗脫得到5個(gè)組分；（d)步驟(c)中的組分4用正相硅膠進(jìn) 一步分離，依次用體積比為15:1、10:1和5:1的二氯甲烷-甲醇梯度洗脫得到3個(gè)組分；（e)步 驟(d)中的組分2用十八烷基硅烷鍵合的反相硅膠分離，用體積百分濃度為75 %的甲醇水溶 液等度洗脫，收集8-12個(gè)柱體積洗脫液，洗脫液減壓濃縮得到重樓提取物。
[0012] (2)重樓提取物改性的石墨烯制備
[0013]超聲作用下，將步驟(1)獲得的重樓提取物乙醇溶液滴加石墨烯溶液中，重樓提取 物與石墨烯的質(zhì)量比為1:1-10,溫度：15-80°c，時(shí)間：30min-120min，超聲結(jié)束后，將重樓提 取物和石墨烯的混合物與表面活性劑按照1-5:1的質(zhì)量混合，超聲分散、機(jī)械攪拌、減壓除 乙醇溶劑，得到重樓提取物改性的石墨烯。
[0014] (3)稱取重樓提取物改性的石墨烯和纖維母粒原料進(jìn)行混合干燥;干燥在真空轉(zhuǎn) 鼓干燥機(jī)中進(jìn)行，借助真空系統(tǒng)將水分隨空氣一起抽除，干燥溫度為90-140°C ;
[0015] (4)干燥后的原料在螺桿擠出機(jī)作用下熔融后的熔體經(jīng)熔體栗送至均質(zhì)除雜攪拌 器中進(jìn)行均一化除雜處理，熔體在均質(zhì)除雜攪拌器的停留時(shí)間為l〇min-25min;
[0016] (5)均質(zhì)除雜后的纖維熔體經(jīng)熔體栗送至二級(jí)過濾器，過濾后的熔體經(jīng)設(shè)置在管 道上的混合熔體后進(jìn)入紡絲箱體，紡絲箱溫度控制在275-278Γ ;
[0017] (6)將紡絲后的纖維進(jìn)行牽伸加工，即得改性石墨遠(yuǎn)紅外纖維；
[0018] (7)絲束切斷，包裝。
[0019] 所述步驟⑵中的表面活性劑為鹿糖單月桂酸酯、鹿糖單油酸酯、十八醇聚氧乙烯 (2)醚、N，N_二甲基硬脂酰胺、羊毛脂醇聚氧乙烯(5)醚中一種。
[0020] 所述步驟(2)中石墨稀為羧基化石墨稀，微粒尺寸為100nm-500nm。
[0021] 所述步驟(3)中，重樓提取物改性的石墨與纖維母粒原料的重量份配比為:石墨烯 母粒1-2份、海藻碳纖維120-240份、氧化鋁I -10份、氧化鈰16-30份、玻璃微珠2-5份;所述纖 維母粒為藻碳纖維。
[0022] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的制備的切片紡絲成型好，遠(yuǎn)紅外纖維品質(zhì)優(yōu)良；重樓 提取物協(xié)同石墨烯的使用，可大大增強(qiáng)物料間的結(jié)合度，有效提高遠(yuǎn)紅外纖維力學(xué)性能，較 大幅度提高纖維強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了 解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] -種改性石墨烯增強(qiáng)阻燃再生聚酯短纖維的制備方法，包括如下步驟：（1)重樓提 取物的制備
[0026] (1)將重樓的干燥根莖(8kg)粉碎，用75~85%乙醇熱回流提?。?5LX3次），合并 提取液，濃縮至無醇味(3L)，依次用石油醚(3LX3次）、乙酸乙酯（3LX3次)和水飽和的正丁 醇(3LX3次)萃取，分別得到石油醚萃取物、乙酸乙酯萃取物(984g)和正丁醇萃取物；（b)步 驟(a)中乙酸乙酯萃取物用大孔樹脂除雜，先用50%乙醇洗脫5個(gè)柱體積，再用無水乙醇洗 脫6個(gè)柱體積，收集無水乙醇洗脫液，減壓濃縮得無水乙醇洗脫物浸膏（578g); (c)步驟(b) 中無水乙醇洗脫浸膏用正相硅膠分離，依次用體積比為80:1、45:1、25:1、10:1和1:1的二氯 甲烷-甲醇梯度洗脫得到5個(gè)組分；（d)步驟(c)中的組分4用正相硅膠進(jìn)一步分離，依次用體 積比為15:1、10:1和5:1的二氯甲烷-甲醇梯度洗脫得到3個(gè)組分；（e)步驟(d)中的組分1用 十八烷基硅烷鍵合的反相硅膠分離，用體積百分濃度為75 %的甲醇水溶液等度洗脫，收集 10個(gè)柱體積洗脫液，洗脫液減壓濃縮得到重樓提取物(l〇8g)。
[0027] (2)重樓提取物改性的石墨烯制備
[0028]超聲作用下，將步驟(1)獲得的重樓提取物乙醇溶液滴加石墨烯溶液中，重樓提取 物與石墨烯的質(zhì)量比為1:1，溫度：15°c，時(shí)間：120min，超聲結(jié)束后，將重樓提取物和石墨烯 的混合物與表面活性劑按照1:1的質(zhì)量混合，超聲分散、機(jī)械攪拌、減壓除乙醇溶劑，得到重 樓提取物改性的石墨烯。
[0029] (3)稱取重樓提取物改性的石墨烯與纖維母粒原料進(jìn)行混合干燥;干燥在真空轉(zhuǎn) 鼓干燥機(jī)中進(jìn)行，借助真空系統(tǒng)將水分隨空氣一起抽除，干燥溫度為90°C ;
[0030] (4)干燥后的原料在螺桿擠出機(jī)作用下熔融后的熔體經(jīng)熔體栗送至均質(zhì)除雜攪拌 器中進(jìn)行均一化除雜處理，熔體在均質(zhì)除雜攪拌器的停留時(shí)間為IOmin;
[0031] (5)均質(zhì)除雜后的纖維熔體經(jīng)熔體栗送至二級(jí)過濾器，過濾后的熔體經(jīng)設(shè)置在管 道上的混合熔體后進(jìn)入紡絲箱體，紡絲箱溫度控制在275°C ;
[0032] (6)將紡絲后的纖維進(jìn)行牽伸加工，即得增強(qiáng)阻燃再生聚酯纖維；
[0033] (7)絲束切斷，包裝。
[0034]所述步驟(2)中的表面活性劑為蔗糖單月桂酸酯。
[0035]所述步驟(2)中石墨烯為羧基化石墨烯，微粒尺寸為100nm。
[0036]所述步驟(3)中，重樓提取物改性的石墨與纖維母粒原料的重量份配比為:石墨烯 母粒1份、海藻碳纖維120份、氧化鋁1份、氧化鈰16份、玻璃微珠2份;所述纖維母粒為藻碳纖 維。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] -種改性石墨烯增強(qiáng)阻燃再生聚酯短纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0039] (1)重樓提取物的制備
[0040]將重樓的干燥根莖(8.5kg)粉碎，用85%乙醇熱回流提?。?5LX3次），合并提取 液，濃縮至無醇味（3L)，依次用石油醚、（3L X 3次）、乙酸乙酯（3L X 3次)和水飽和的正丁醇 (3LX 3次)萃取，分別得到石油醚萃取物、乙酸乙酯萃取物（1028g)和正丁醇萃取物；（b)步 驟(a)中乙酸乙酯萃取物用大孔樹脂除雜，先用50%乙醇洗脫5個(gè)柱體積，再用無水乙醇洗 脫6個(gè)柱體積，收集無水乙醇洗脫液，減壓濃縮得無水乙醇洗脫物浸膏(698g); (c)步驟(b) 中無水乙醇洗脫浸膏用正相硅膠分離，依次用體積比為80:1、45:1、25:1、10:1和1:1的二氯 甲烷-甲醇梯度洗脫得到5個(gè)組分；（d)步驟(c)中的組分4用正相硅膠進(jìn)一步分離，依次用體 積比為15:1、10:1和5:1的二氯甲烷-甲醇梯度洗脫得到3個(gè)組分；（e)步驟(d)中的組分2用 十八烷基硅烷鍵合的反相硅膠分離，用體積百分濃度為75 %的甲醇水溶液等度洗脫，收集 12個(gè)柱體積洗脫液，洗脫液減壓濃縮得到重樓提取物(182g)。
[0041] (2)重樓提取物改性的石墨烯制備
[0042] 超聲作用下，將步驟(1)獲得的重樓提取物乙醇溶液滴加石墨烯溶液中，重樓提取 物與石墨烯的質(zhì)量比為1:10，溫度:80°C，時(shí)間：30min，超聲結(jié)束后，將重樓提取物和石墨烯 的混合物與表面活性劑按照5:1的質(zhì)量混合，超聲分散、機(jī)械攪拌、減壓除乙醇溶劑，得到重 樓提取物改性的石墨烯。
[0043] (3)稱取重樓提取物改性的石墨烯母粒與纖維母粒原料進(jìn)行混合干燥;干燥在真 空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)中進(jìn)行，借助真空系統(tǒng)將水分隨空氣一起抽除，干燥溫度為140°C ;
[0044] (4)干燥后的原料在螺桿擠出機(jī)作