[发明专利]一种皮芯型石墨烯/海藻酸导电复合纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种皮芯型石墨烯/海藻酸导电复合纤维及其制备方法。所述的皮芯型石墨烯/海藻酸导电复合纤维，其特征在于，包括海藻酸芯层以及包覆于海藻酸芯层外的石墨烯/聚离子液体皮层，其中，所述的聚离子液体结构式如下，其中n为10‑50；本发明所制备的皮芯型石墨烯/海藻酸导电复合纤维中，芯层海藻酸纤维的化学结构并未破坏，导电性能却大大增强，同时力学性能未明显降低，有效地拓展了海藻酸纤维的应用领域。

技术领域

本发明属于海藻酸复合材料及其制备领域，具体地说，涉及的是一种海藻酸 /聚离子液体/石墨烯复合纤维及其制备方法。

背景技术

海藻是一种可降解可再生资源，我国的海藻储量十分丰富，海藻酸盐产量始终位于世界前列。海藻酸的钠盐是海藻纤维的主原料，海藻酸钠由β-D-甘露糖醛酸(M单元)与α-L-古洛糖醛酸(G单元)依靠β-1，4-糖苷键连接并由不同比例的GM、MM和GG片段组成的共聚物，分子式为(C₆H₇NaO₆)_x。海藻酸的钠盐可溶于水，在海藻酸钠水溶液中加入Cu²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺等二价阳离子后，海藻酸钠会与这些二价金属离子络合，形成不溶于水的离子交联水凝胶。因此，把海藻酸钠溶于水中制备纺丝液后，采用二价金属离子的水溶液作为凝固液，可以很容易地通过湿法纺丝制备海藻酸纤维。以海藻酸钠(SA)为主要原料，通过氯化钙凝固浴制备而成的海藻酸纤维，具有良好的生物相容性、生物降解性。为进一步拓展其应用范围，需要对海藻酸纤维进行化学改性。聚离子液体是在重复单元上具有阴、阳离子电解质基团的聚合物。聚离子液体具有离子液体低熔点、低蒸气压、导电性好、稳定性好、可回收、无毒无污染的优良特性和聚合物主链力学稳定性好、成型性能好、化学相容性好、耐久性好、空间可操纵性强的优异性能。不止于此，聚离子液体更具有十分优异的离子可交换性，通过简单的离子交换，能够制备得到一大批新型的功能化聚离子液体。鉴于聚离子液体结构和性能的特殊性，同时由于它的可设计型，研究人员开发了各种形式及用途的聚离子液体，并且将其应用于材料科学，电化学，吸附剂和分离等领域。

经过对现有技术的文献检索发现，传统海藻酸纤维的改性大多从纺丝原液入手，通过在纺丝原液中加入氧化石墨烯，明胶等赋予成品更优异的吸附性能，力学性能，或阻燃性能。这些方法形成的纤维成分均匀，类似于用共混的方法获得各向同性材料。王永昊等人在《青岛大学学报》2013年第2卷第51页至56页发表了“氧化石墨烯/海藻酸钙复合纤维对水溶液中亚甲基蓝的吸附研究”，该文作者采用湿法纺丝法制得氧化石墨烯/海藻酸钙复合纤维。研究了接触时间、溶液PH值和温度对复合材料吸附亚甲基蓝性能的影响。在室温下，初始质量浓度为80mg/l氧化石墨烯/海藻酸钙复合纤维对亚甲基蓝的吸附量可达114.9mg/g。Yongqiang He等人在《Carbohydrate Polymers》2012年第88卷1100页至1108 页发表了“Alginate/graphene oxide fibers with enhanced mechanical strength prepared bywet spinning”(用湿法纺丝增强机械强度的海藻酸/氧化石墨烯纤维)，该文作者在纺丝原液中加入氧化石墨烯，通过湿法纺丝制得了海藻酸/氧化石墨烯纤维，当氧化石墨烯的比重为4％时，最大拉伸强度和杨氏模量分别从0.32和 1.9增加到0.62GPa和4.3Gpa。这种复合纤维被牵伸后具有更高的强度。拉伸强度比未牵伸纤维提高了43％，杨氏模量提高也到了9.39GPa。本研究则在凝固浴方面入手，增加了聚离子液体和石墨烯作为二次凝固浴，目前在二次凝固浴中加入聚离子液体和石墨烯以形成皮芯型石墨烯/海藻酸纤维的相关研究还并未见报道。

发明内容

本发明的目的在于开拓海藻酸纤维的应用范围，通过湿法纺丝和二次凝固，得到了一种导电性能优良的皮芯型石墨烯/海藻酸导电复合纤维。