權(quán)利要求
1.聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)先將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機中剝離處理，然后在超聲發(fā)生器中分散于水中，得GO水溶液，備用；
(2)將清洗后廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于溶脹劑和表面活性劑的混合溶液中處理一段時間，之后烘干，并重復(fù)上述步驟多次，得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；
(3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中浸潤，之后烘干并重復(fù)浸潤、烘干步驟多次，得到聚，丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
(4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于還原劑中處理后清洗、烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中氧化石墨烯(GO)由石墨通過改進Hummers法氧化制得，所述石墨為鱗片石墨、天然石墨或膨脹石墨，石墨片徑為50nm到3μm；所述高壓均質(zhì)機的壓力為120托，分散時間為30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中GO水溶液的濃度為0.1mg/ml至10mg/ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)是將回收的W-NPFs置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述溶脹劑為體積比1:1的乙酸乙酯和水的混合液，所述處理的時間為36h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述表面活性劑為曲拉通，所述表面活性劑的用量為溶脹劑溶液的0.5wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述重復(fù)浸潤、烘干步驟的次數(shù)為1-16次。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述還原劑為二氧化硫脲溶液或硼氫化鈉溶液，所述還原劑的質(zhì)量濃度為0.5％。
9.一種由權(quán)利要求1-8任一項所述制備方法制備得到的聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002]非織造聚丙烯織物(NPF)作為個人防護設(shè)備(PPE)的空氣過濾器，由于最近的全球CoVid-19大流行而引起了公眾的關(guān)注，這導(dǎo)致了其大量生產(chǎn)以應(yīng)對需求。然而，廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)的良好特性和PPE使用后的白色污染仍然引起了不可否認的困境和擔憂。W-NPFs的一些特性在使用后仍然存在，其中柔軟和極高的比表面積展示了開發(fā)可穿戴設(shè)備的驚人可能性，如柔性儲能材料、納米發(fā)電機、電磁干擾屏蔽、應(yīng)變傳感器和生物傳感器。所有這些應(yīng)用都需要良好的導(dǎo)電性，而這與聚丙烯(PP)的原始特性不一致。因此，石墨烯及其衍生物因其巨大的表面積體積比、導(dǎo)電性和化學(xué)活性的兩選型而被引入PP復(fù)合材料體系中。特別是還原氧化石墨烯(rGO)，由于其前體氧化石墨烯(GO)豐富的含氧官能團及其還原后自身可控的電導(dǎo)率，在合成中起著重要作用。
[0003]許多先驅(qū)者通過了各自的方法來實現(xiàn)導(dǎo)電性，其中主要分為原位共聚、熔融共混和成型后涂層三大類。原位共聚確實提高了機械強度和結(jié)晶行為，但是需要低效率的rGO摻雜才能達到目標電導(dǎo)率的滲透閾值。熔融共混類似于原位共聚，它是基于PP作為熱塑性材料在熔融狀態(tài)下的流動性以及外部設(shè)備對熔體的剪切應(yīng)力以分散填料，這依賴于分散劑的精細選擇和混合設(shè)施的復(fù)雜設(shè)計。上述兩種方法都需要rGO的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)完全分散在聚合物鏈之間或沿晶體顆粒接觸表面局部聚集。成型后涂層是通過有意設(shè)計的外表面相互作用來實現(xiàn)的，更能保持PP的性能，而部分的相互作用會導(dǎo)致PP的劣化或在幾個小時內(nèi)消失。這種方法可以相反地分為三明治和同軸包覆結(jié)構(gòu)。三明治結(jié)構(gòu)使用NPFs作為模板在上下兩側(cè)涂覆rGO的薄膜，實現(xiàn)了超高的導(dǎo)電性，但遺憾地被迫放棄了作為織物的孔隙率。然而，同軸包覆結(jié)構(gòu)意圖將rGO涂覆到每根纖維的表面，從而保持原始結(jié)構(gòu)，但由于rGO網(wǎng)絡(luò)缺乏連續(xù)性而限制了導(dǎo)電性，這需要對應(yīng)的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維及其制備方法，通過本發(fā)明方法可以回收W-NPFs進行再利用，保持W-NPFs的疏松纖維網(wǎng)絡(luò)特性，同時賦予NPFs一層由rGO同軸包覆的功能層，提供其較高的導(dǎo)電性，同時可以調(diào)控其導(dǎo)電性和官能團數(shù)量，為可能的化學(xué)改性提供位點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006]一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0007](1)先將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機中剝離處理，然后在超聲發(fā)生器中分散于水中，得GO水溶液，備用；
[0008](2)將清洗后廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于溶脹劑和表面活性劑的混合溶液中處理一段時間，之后烘干，并重復(fù)上述步驟多次，得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；
[0009](3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中浸潤，之后烘干并重復(fù)浸潤、烘干步驟多次，得到聚，丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
[0010](4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于還原劑中處理后清洗、烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
[0011]優(yōu)選的，步驟(1)中氧化石墨烯(GO)由石墨通過改進Hummers法氧化制得，所述石墨為鱗片石墨、天然石墨或膨脹石墨，石墨片徑為50nm到3μm；所述高壓均質(zhì)機的壓力為120托，分散時間為30min。
[0012]優(yōu)選的，步驟(1)中GO水溶液的濃度為0.1mg/ml至10mg/ml。
[0013]優(yōu)選的，步驟(2)中所述清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)是將回收的W-NPFs置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到。
[0014]優(yōu)選的，步驟(2)中所述溶脹劑為體積比1:1的乙酸乙酯和水的混合液，所述處理的時間為36h。
[0015]優(yōu)選的，步驟(2)中所述表面活性劑為曲拉通，所述表面活性劑的用量為溶脹劑溶液的0.5wt％。
[0016]優(yōu)選的，步驟(4)中所述重復(fù)浸潤、烘干步驟的次數(shù)為1-16次。
[0017]優(yōu)選的，步驟(4)中所述還原劑為二氧化硫脲溶液或硼氫化鈉溶液，所述還原劑的質(zhì)量濃度為0.5％。
[0018]優(yōu)選的，所述改進hummers法氧化石墨烯的制備方法，包括以下步驟：
[0019](1)稱取10g石墨烯倒入燒杯中，量取200ml濃硫酸倒入燒杯中，放入磁子用磁力攪拌器攪拌2h，其間加入30g高錳酸鉀，1h加完；(2)將燒杯放入超聲清洗機中超聲8h；(3)將燒杯置于磁力攪拌器上，邊攪拌邊緩慢加450ml去離子水攪拌1h；(4)加1400ml去離子水，再加150ml過氧化氫，取下燒杯靜置；(5)將上清液倒掉取底液，用離心機離心至pH值為6；(6)倒入表面皿，放入烘箱中烘干，制得氧化石墨烯。
[0020]另外，本發(fā)明還要求保護由所述制備方法制備得到的聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0022]1、本發(fā)明對已經(jīng)成型的商業(yè)產(chǎn)品進行同軸包覆改性，極大的降低了其成本與難度；
[0023]2、本發(fā)明曲拉通X-100被涂覆到材料成型后，故而不會對聚丙烯產(chǎn)生理化性質(zhì)的影響；
[0024]3、本發(fā)明小尺寸的石墨烯不似既有技術(shù)在材料整體表面成膜，而是對熔噴布中每一根纖維進行了同軸包覆，這極大的保留了熔噴布的微納結(jié)構(gòu)及其特性；
[0025]4、本發(fā)明選用化學(xué)試劑均為安全無毒產(chǎn)品，符合環(huán)保理念。
附圖說明
[0026]圖1為本發(fā)明實施例1制備的rGO-NPFs樣品實物圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例1制備的rGO-NPFs表面掃描電鏡圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例1制備的rGO-NPFs包覆細部掃描電鏡圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實施例1-5得到的樣品的電導(dǎo)率。
具體實施方式
[0030]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0031]在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應(yīng)當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數(shù)值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數(shù)值范圍，這些數(shù)值范圍應(yīng)被視為在本文中具體公開。
[0032]以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
[0033]實施例1
[0034]一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0035](1)先將等效片徑小于1.13μm的鱗片石墨經(jīng)過10000目篩網(wǎng)篩選，然后將篩選的鱗片石墨經(jīng)過改進的Hummers法處理得到氧化石墨烯(GO)，然后將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機120托壓力下反復(fù)剝離處理，之后在超聲發(fā)生器中分散于水中30min，得濃度為1mg/ml的GO水溶液，備用；
[0036](2)將回收的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)，然后將清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于曲拉通X-100的乙酸乙酯-水的混合溶液中處理24h，之后置于60℃環(huán)境下烘干得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；其中，乙酸乙酯-水的體積比為1:1，拉通X-100占乙酸乙酯-水的混合溶液的質(zhì)量百分比為0.5％；
[0037](3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中微流動下浸潤處理30min，之后取出烘干，并重復(fù)上述浸潤、烘干步驟1次即得到聚丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
[0038](4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于溫度為60℃，濃度為0.5mol/L的二氧化硫脲水溶液中還原30s，之后在流動水下揉洗并在75℃下烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
[0039]實施例2
[0040]一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0041](1)先將等效片徑小于1.13μm的鱗片石墨經(jīng)過10000目篩網(wǎng)篩選，然后將篩選的鱗片石墨經(jīng)過改進的Hummers法處理得到氧化石墨烯(GO)，然后將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機120托壓力下反復(fù)剝離處理，之后在超聲發(fā)生器中分散于水中30min，得濃度為1mg/ml的GO水溶液，備用；
[0042](2)將回收的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)，然后將清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于曲拉通X-100的乙酸乙酯-水的混合溶液中處理24h，之后置于60℃環(huán)境下烘干得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；其中，乙酸乙酯-水的體積比為1:1，拉通X-100占乙酸乙酯-水的混合溶液的質(zhì)量百分比為0.5％；
[0043](3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中微流動下浸潤處理30min，之后取出烘干，并重復(fù)上述浸潤、烘干步驟3次即得到聚丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
[0044](4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于溫度為60℃，濃度為0.5mol/L的二氧化硫脲水溶液中還原30s，之后在流動水下揉洗并在75℃下烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
[0045]實施例3
[0046]一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0047](1)先將等效片徑小于1.13μm的鱗片石墨經(jīng)過10000目篩網(wǎng)篩選，然后將篩選的鱗片石墨經(jīng)過改進的Hummers法處理得到氧化石墨烯(GO)，然后將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機120托壓力下反復(fù)剝離處理，之后在超聲發(fā)生器中分散于水中30min，得濃度為1mg/ml的GO水溶液，備用；
[0048](2)將回收的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)，然后將清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于曲拉通X-100的乙酸乙酯-水的混合溶液中處理24h，之后置于60℃環(huán)境下烘干得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；其中，乙酸乙酯-水的體積比為1:1，拉通X-100占乙酸乙酯-水的混合溶液的質(zhì)量百分比為0.5％；
[0049](3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中微流動下浸潤處理30min，之后取出烘干，并重復(fù)上述浸潤、烘干步驟7次即得到聚丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
[0050](4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于溫度為60℃，濃度為0.5mol/L的二氧化硫脲水溶液中還原30s，之后在流動水下揉洗并在75℃下烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
[0051]實施例4
[0052]一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0053](1)先將等效片徑小于1.13μm的鱗片石墨經(jīng)過10000目篩網(wǎng)篩選，然后將篩選的鱗片石墨經(jīng)過改進的Hummers法處理得到氧化石墨烯(GO)，然后將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機120托壓力下反復(fù)剝離處理，之后在超聲發(fā)生器中分散于水中30min，得濃度為1mg/ml的GO水溶液，備用；
[0054](2)將回收的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)，然后將清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于曲拉通X-100的乙酸乙酯-水的混合溶液中處理24h，之后置于60℃環(huán)境下烘干得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；其中，乙酸乙酯-水的體積比為1:1，拉通X-100占乙酸乙酯-水的混合溶液的質(zhì)量百分比為0.5％；
[0055](3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中微流動下浸潤處理30min，之后取出烘干，并重復(fù)上述浸潤、烘干步驟11次即得到聚丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
[0056](4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于溫度為60℃，濃度為0.5mol/L的二氧化硫脲水溶液中還原30s，之后在流動水下揉洗并在75℃下烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
[0057]實施例5
[0058]一種聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟：
[0059](1)先將等效片徑小于1.13μm的鱗片石墨經(jīng)過10000目篩網(wǎng)篩選，然后將篩選的鱗片石墨經(jīng)過改進的Hummers法處理得到氧化石墨烯(GO)，然后將氧化石墨烯(GO)在高壓均質(zhì)機120托壓力下反復(fù)剝離處理，之后在超聲發(fā)生器中分散于水中30min，得濃度為1mg/ml的GO水溶液，備用；
[0060](2)將回收的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于75％的乙醇水溶液中進行消毒、清洗和烘干后得到清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)，然后將清洗后的廢棄的非織造聚丙烯織物(W-NPFs)置于曲拉通X-100的乙酸乙酯-水的混合溶液中處理24h，之后置于60℃環(huán)境下烘干得到改性非織造聚丙烯織物(T-NPFs)；其中，乙酸乙酯-水的體積比為1:1，拉通X-100占乙酸乙酯-水的混合溶液的質(zhì)量百分比為0.5％；
[0061](3)將步驟(2)制得的T-NPFs置于步驟(1)所述GO水溶液中微流動下浸潤處理30min，之后取出烘干，并重復(fù)上述浸潤、烘干步驟15次即得到聚丙烴/氧化石墨烯同軸包覆纖維(GO-NPFs)；
[0062](4)將步驟(3)制得的GO-NPFs置于溫度為60℃，濃度為0.5mol/L的二氧化硫脲水溶液中還原30s，之后在流動水下揉洗并在75℃下烘干即得到所述聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維(rGO-NPFs)。
[0063]對實施例1-5所制備的聚丙烴/還氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維進行性能測試：
[0064]電導(dǎo)率檢測方法：采用四探針電阻測試儀進行測試，首先取材料裁剪出直徑5cm的原片，其次測量核對并記錄樣品厚度，并保證不超過400微米；隨后將四探針置于距離材料邊緣大于1cm處的多個點進行測量；最后統(tǒng)計結(jié)果并計算誤差棒，具體結(jié)果見圖4。
[0065]以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于此。在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，包括各個技術(shù)特征以任何其它的合適方式進行組合，這些簡單變型和組合同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
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聲明：
“聚丙烴/還原氧化石墨烯同軸包覆高導(dǎo)電纖維及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：武漢理工大學(xué)
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2024年12月27日 ~ 29日 
