[发明专利]一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法。制备方法包括步骤：将石墨烯分散于硅烷稀溶液中，经搅拌反应得石墨烯悬浊液；将石墨烯悬浊液与多官能硅烷单体混合均匀，加入催化剂，经水解预缩聚反应、减压脱除小分子，制得预聚物；将预聚物溶于有机溶剂中制得聚合物纺丝溶液；经静电纺丝即得。本发明通过调控纺丝用聚硅氧烷预聚物的缩聚程度、交联程度和结构，精准控制静电喷丝短时间内的聚硅氧烷溶胶‑凝胶化学过程，辅以石墨烯支撑、增强纤维性能，制得了石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜，解决了聚硅氧烷纺丝纤维固化成型的技术难点。本发明制备的纤维膜在电化学、催化、传感器、吸附与分离、柔性电子元件和医学工程领域有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

高分子聚合物通过纺丝制成具有良好力学性能的纤维要求聚合物是线型高分子，具备适宜相对分子质量，高聚物的分子链间须有足够的次价力和良好的结晶能力，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚已内酰胺、聚己二酰己二胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙烯腈和聚吡咯烷酮等。聚硅氧烷是以Si-O-Si为主链结构，硅原子上含有一个或两个有机基团的一类聚合物，具有耐高低温、耐候、水解稳定性和生物相容性等特点。中国专利文献CN104805598A公开了一种乙烯基聚硅氧烷纳米纤维膜的制备方法。该发明的制备过程：首先将乙烯基聚硅氧烷溶解配制纺丝溶液，加入电解质氯化钠，利用静电纺丝机进行静电纺丝，然后将所得乙烯基聚硅氧烷纳米纤维膜在去离子水中浸泡，最终干燥得到乙烯基聚硅氧烷超细纤维膜。该发明未明确乙烯基聚硅氧烷材料的分子结构，如果所述聚合物是线型聚硅氧烷，重均分子量在5000-180000g/mol范围，则该聚合物是流体或高粘滞性流体，静电纺丝得不到成型的纤维膜结构；如果是交联的乙烯基聚硅氧烷，该发明方法无法制成良好的纺丝溶液，因此无法获得形态等性能良好的纤维膜。

线型聚硅氧烷通常是粘滞性流体，高分子链间次价力小，结晶度不高，不易通过传统方法制备具有良好力学性能的纤维；而交联聚硅氧烷通常无法获得良好的纺丝溶液，因此无法通过静电纺丝方法获得形态等性能良好的纤维膜。鉴于聚硅氧烷具有的优良性能，如果制成微纳米结构的聚硅氧烷纤维膜，可以作为高、低温环境下使用的分离膜、空气过滤膜、催化载体以及吸音等材料，也可以用作组织工程支架等生物材料，因此研究如何将聚硅氧烷制成具有无纺布结构的纺丝纤维膜具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法。本发明以多官能硅烷单体和氧化型石墨烯为原料，经水解预缩聚反应制得特定交联程度、结构和缩聚程度的预聚物，采用静电纺丝方法，通过精准控制静电喷丝短时间内的聚硅氧烷溶胶-凝胶化学过程，辅以石墨烯增强纤维功能，制得了石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜，解决了聚硅氧烷纺丝纤维固化成型的技术难点。本发明制备的纤维膜在电化学、催化、传感器、吸附与分离、柔性电子元件和医学工程领域有重要应用前景。

术语说明：

石墨烯：本发明石墨烯是指氧化型石墨烯。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜，所述纤维膜由石墨烯/聚硅氧烷微米或纳米纤维组成；石墨烯/聚硅氧烷纳米纤维的直径为0.5～10μm。

根据本发明优选的，所述纤维膜包括石墨烯和聚硅氧烷；聚硅氧烷为交联结构的聚合物，由多官能硅烷单体聚合而成；所述多官能硅烷单体的结构式为R_nSiY_m，其中，R为甲基、乙基、丙基、苯基、乙烯基、氨丙基、缩水甘油醚氧丙基、巯丙基或氯丙基，Y为甲氧基、乙氧基或氯原子，n＝1或2，m＝4-n；纤维膜中石墨烯含量为0.5～20.0wt％；石墨烯为厚度为1.0～5.0nm的纳米片。

上述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法，包括步骤：

(1)将石墨烯充分分散于硅烷稀溶液中，然后经搅拌反应得到稳定的石墨烯悬浊液；