[发明专利]石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、石墨烯弹力纱及其制备方法、石墨烯分散到聚合物中的方法

说明书

本申请涉及一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、包含这种复合纤维的石墨烯弹力纱及其制备方法。所述超细旦复合纤维通过静电纺丝制备，其表面含有分散均匀的石墨烯；通过采用静电纺丝与干法纺丝相结合的工艺，在干法纺丝的甬道中使石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维包覆在聚氨酯纤维外层，或者采用包芯纱的工艺，形成石墨烯弹力纱。本申请还涉及一种将石墨烯分散到聚合物中的方法。

技术领域

本发明涉及功能性氨纶弹力纱领域，具体涉及一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维、石墨烯弹力纱及其制备方法，以及将石墨烯分散到聚合物中的方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子构成，具有二维蜂窝状结构的碳素物质，是石墨材料的基本单元，具有优异的力学、热学、光电学等多种性能。静电纺丝法可以制备直径几十纳米到几微米的纤维，其纳米纤维具有高比表面积、高孔隙率和结构可调等特点。

石墨烯虽然具有许多优异的性能，但是在纤维上的应用才刚刚开展起来。目前的应用技术路线主要分为三个方面，第一采用原位聚合的方法，利用石墨烯表面的活性基团进行反应；第二采用物理共混的方法，使石墨烯分散在聚合物中；第三采用镀层的方法，通过外力将石墨烯镀在聚合物表层。

专利CN105019052把至少部分表面含有氨基基团的纳米石墨烯、扩链胺溶液、预聚物在扩链器内混合。此专利技术希望通过原位聚合的方法来解决石墨烯的分散难题，没有任何新意，而且在扩链反应器处极易造成阻塞，影响生产稳定性。专利CN104674541A、CN106087161A采用物理共混的方法将石墨烯分散在聚合物中，染后涂抹在织物表面，这跟在纤维上的运用还是有很大差距的，尤其影响织物的穿着舒适性。专利CN105964522A在石墨烯分散液中加入天然植物长纤维或聚合物长纤维进行超声处理，得到纤维石墨烯混合分散液。最后将纤维石墨烯混合分散液设置在基底上，烘干后得到的膜在500～900℃温度下处理15～30min。此专利技术采用镀层的方法，然后在高温下碳化，还达到固化石墨烯的效果，但是在氨纶上却无法使用。专利CN102121192A涉及一种导电复合纤维及其制备方法，也是采用镀层的方法，但石墨烯在纤维表层的稳定性较差，不耐磨。

因此，需要开发一种满足服装面料使用的石墨烯弹力纱新技术，以满足这一领域的要求。

发明内容

本申请实施方案提供一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维以及包含该复合纤维的石墨烯弹力纱。本申请实施方案还提供一种将石墨烯分散到聚合物中的方法。

第一方面，本申请实施方案提供了一种石墨烯聚氨酯超细旦复合纤维，其由石墨烯聚氨酯纺丝原液通过静电纺丝而得，所述石墨烯聚氨酯纺丝原液的制备可以包括如下步骤：

1)将原料高分子量多元醇和二异氰酸酯混合，反应得到预聚物a，所述高分子量多元醇的数均分子量可以为800至2100；

2)向预聚物a的酰胺类极性溶液中加入包含具有活性氢原子的封端剂和低分子量二醇扩链剂的酰胺类极性溶液并搅拌反应，得到聚氨酯溶液b；

3)将经等离子体处理的石墨烯通过传送装置(A)送入通道(B)，在石墨烯下落过程中通过电荷发生器(C)发射电荷而使石墨烯带电；带电石墨烯通过通道(B)后均匀分布在传送装置(D)所输送的聚氨酯溶液b所形成的液膜上；

4)将步骤3)得到的覆有石墨烯的液膜送入烘箱以固定石墨烯，出箱得到石墨烯-聚氨酯复合膜c；和

5)将石墨烯-聚氨酯复合膜c溶解于酰胺类极性溶液，得到所述石墨烯聚氨酯纺丝原液d。

在一个实施方案中，所述超细旦复合纤维中石墨烯的质量含量可以为0.5％至5.0％。