[发明专利]一种碳点掺杂聚乙烯醇纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳点掺杂聚乙烯醇纤维的制备方法，该制备方法采用微流体湿法纺丝工艺，以水和二甲基亚砜为溶剂，乙醇或甲醇为凝固浴。制备碳点/聚乙烯醇共混的初生纤维，初生纤维再经过热拉伸、退火等工序，即可得到具有高强度和高韧性特点的碳点掺杂聚乙烯醇纤维。所得的纤维尺寸均一本发明方法操作工艺简单，原材料易得且环境友好。

技术领域

本发明属于碳点改性纤维制备领域，涉及一种兼具高强度和高韧性的碳点掺杂聚乙烯醇纤维的制备方法，

背景技术

高性能聚合物材料在现代应用的几乎所有方面都起着至关重要的作用。同时，废塑料引起的“白色污染”对生态环境和人类健康构成了巨大威胁。开发可生物降解的聚合物是应对“白色污染”威胁的有效方法。但是，由于可生物降解的聚合物无法兼顾强度和韧性的平衡。使得它们的大规模广泛应用面临巨大的障碍。由于不同的机械机理，通常提高强度和韧性是互相矛盾的。追求兼具高刚度和高延展性的高性能聚合物材料一直是长期的挑战。

近年来，研究高性能的聚乙烯醇(PVA)材料引起了人们的兴趣，这主要是由于其良好的生物降解性和大量可形成牢固的分子内和分子间氢键的羟基单元。通过引入各种纳米填料，例如石墨烯和氧化石墨烯，碳纳米管，和纳米金刚石，制造了具有高强度PVA纳米复合材料。但是其韧性和可延展性显着降低。

碳点是一种无毒，无污染的纳米材料，具有良好的亲水性，可以作为一种和聚乙烯醇有较好亲和性的纳米填料。其表面富含丰富的羧基，羟基和氨基基团，易与聚乙烯醇上的羟基单元相互作用，从而增强聚乙烯醇的机械性能。碳量作为纳米填料来增强聚乙烯醇纤维尚未有报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具高强度和高韧性的碳点掺杂聚乙烯醇纤维的制备方法，该制备方法采用微流控湿法纺丝工艺，以二甲基亚砜和水为溶剂，乙醇为凝固浴，制备了碳点掺杂的聚乙烯醇纤维，制成的碳点掺杂聚乙烯醇纤维具有高强度和高韧性的特点。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：一种碳点掺杂聚乙烯醇纤维的制备方法，其具体步骤如下：

(1)制备碳点分散液：将碳点粉体加入到纯水中超声分散，得到质量浓度为20-50％的分散液；

(2)将聚乙烯醇在60-80℃下，经磁力搅拌溶于溶剂中形成质量浓度为8％-20％的聚乙烯醇溶液；

(3)按聚乙烯醇与碳点的质量比为9-20:1，将聚乙烯醇溶液和碳点分散液混合均匀，得到纺丝液；

(4)将纺丝液在20-40℃下以流速1-5mL/h进行纺丝，进入凝固浴，得到初生纤维；

(5)将初生纤维经过牵引，热拉伸，并保持张力下退火工序，即得到高强度和高韧性的碳点掺杂聚乙烯醇纤维。

优选步骤(1)中所述碳点粉体的制备方法如下：取1-5重量份柠檬酸、1-5重量份尿素分别放入10-20重量份甲苯溶液中；将配制好的溶液转移到衬有聚四氟乙烯水热釜中，180-240℃加热10-15h，自然冷却至；取棕色溶液，离心，除去大颗粒，收集上清；通过溶剂蒸发得到。

优选上述的离心转速为10000-14000rpm，离心时间为15-25min。

优选步骤(1)中所述的超声分散时间为10-20分钟。

优选步骤(2)中所述的溶剂为二甲基亚砜或水。

优选步骤(4)中所述的凝固浴为乙醇或甲醇。

优选步骤(5)中的所述的热拉伸的温度为60-100℃，热拉伸的长度为初生纤维长度的5-10倍，拉伸时间为0.5-2小时。

优选步骤(5)中所述的退火工序为在40-60℃下保持2-6小时，然后再降温至室温。