一种石墨烯改性色浆、制备方法及其用图
【技术领域】
[0001 ]本发明属于染料技术领域，涉及一种色浆，具体涉及一种石墨烯改性色浆、制备方 法及其用途。
【背景技术】
[0002] 石墨烯是碳原子之间SP2杂化成键，排列成二维蜂窝状晶格的单原子层平面晶体， 其具有大比表面积，优异的电学、热学和力学性能。目前，石墨烯最吸引研究者的特性是其 优异的力学性能。石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的 钢铁还要高上100倍。使用石墨烯与基体聚合物复合制备复合材料或纤维，能够明显改善材 料的性能，如提高物理机械性质，改善电学和耐热性能等。
[0003] 关于石墨烯混杂聚合物复合材料的制备技术已有报道，目前制备石墨烯/聚合物 复合材料的方法主要有:溶液共混法、机械共混法和原位聚合法。CN101462889A以石墨烯和 碳纤维材料为原料，通过涂覆的方法在碳纤维材料表面涂覆石墨烯涂层制备而成。 CN101474897A以石墨烯材料和有机材料为原料，通过旋涂、喷涂、浸渍-提拉等薄膜制备方 法层层叠加成膜。陈丹等利用溶液共混法制备了力学性能优异的石墨烯/聚酰亚胺复合薄 膜（D.Chen，H.Zhu and T.X.Liu，Acs Appl Mater Inter，2. (2010)·) Jang等通过原位聚 合制备出了低介电常数，力学性能优异的氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜（.J.Y. Wang， S.Y.Yang,Y.L.Huang,H.ff.Tien,ff.K.Chin and C.C.M.Ma,J Mater Chem,21.(2011))〇 Luong，N. D.等通过原位聚合，制备了石墨稀/聚酰亚胺复合薄膜，提高了聚酰亚胺薄膜的力 学性能，改善了其导电性能，改善后的力学性能达到2 · 3GPa(N · D · Luong，U · Hippi， J.T.Korhonen?A.J.Soininen?J.Ruokolainen?L.S.Johansson ?J.D.Nam?L.H.Sinh and J.Seppala?Polymer?52.(2011).) 〇
[0004] 原液染色是指在聚合物加工过程中或过程后，在纺丝前加入着色剂制得有色纤维 的生产方法。与普通的染色方式相比，原液染色基色牢度高，后处理也更简单，受到市场的 欢迎。原液着色纤维是在纺丝原液中加入颜料浆进行纺丝制得的纤维。粘胶长短纤维生产 厂家的纺丝工艺过程一般是将色浆按一定比例利用纺前静态混合注射机加入到纺丝原液 中，通过喷丝头的孔道以一定的速度喷出，有色原液细流在凝固浴中与凝固浴发生凝固、分 解、再生反应而生成初生纤维，通过牵伸和后处理，完成有色纤维的纺丝。而颜料颗粒大小 直接影响颜色的色调，颜料的加工粒度应在1. 〇微米以下。颜料粒度越细，粒径分布范围越 窄，颜色的亮度和纯度越高；而颜料的粒度越大，色光散射越明显，颜色均匀性和着色的牢 度也越差。按颜料1.5~3.0 %的加入量，颜料粒度大于纤维直径的1/50时，就会出现色光散 射。另外，如果颜料浆的颜料在粘胶中的分散均匀性差，颜料会被原液包裹团聚（吸附颜料 浆中的水分，降低互溶性），造成实际稳定状态下颜料的粒度增大且分布不匀，对纤维色泽 均匀性的影响比颜料本身还重要。因此，颜料浆体应当及时施以强力剪切塑化。已有技术的 研究证明，必须尽可能地稳定工艺过程，保证工艺参数在较小范围内波动，才能提高纤维染 色均勾性。
[0005] 已有的石墨烯用于纺丝制备纺织品主要是通过将其加入纺丝液，然后纺丝得到石 墨烯改性的纺织品。但是，在该方法中，石墨烯在纺丝液中分散不均匀，导致得到的纺织品 中石墨烯分散不均匀，无法很好地发挥石墨烯的功效。此外，在着色纺织品制备的过程中， 颜料极易包覆石墨烯，导致得到的纺织品中石墨烯完全的被颜料包覆，而无法发挥其功效。
【发明内容】
[0006] 针对已有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种石墨烯改性色浆。 通过将石墨烯加入色浆，然后再将色浆与纺丝液混合进行纺丝，可以实现石墨烯在纺织品 中的均匀分散，得到各方面性能优异的纺织品。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0008] -种石墨烯改性色浆，其按各组分占的重量百分比包括以下组分： 石墨烯 0.1~5% 炭黑 15~55%
[0009] 功能助剂 2~25% 分散剂 2~20%
[0010] 余量为溶剂。
[0011] 在本发明中，所述色浆除"石墨烯、炭黑、功能助剂以及分散剂"以外，还可以包括 "其他组分"，所述"其他组分"可以赋予所述色浆不同的特性。所述"余量为溶剂"即指，除上 述"石墨烯、炭黑、功能助剂以及分散剂"以及上述"其他组分"以外的组分为溶剂。
[0012] 本发明所述的石墨烯指常规现有工艺制备得到的石墨烯，常规工艺制备得到的石 墨烯为一种含有石墨烯的碳的混合体，可能含有碳的其他同素异形体，也可能含有其他的 矿质元素。例如，利用石墨矿为原料制备得到的石墨烯中，可能含有石墨矿中自身存在的某 些矿质元素。所指的生物质石墨烯是利用生物质资源为原料制备得到的石墨烯，可能也会 存在植物因自身需要从土壤中吸收得到的矿质元素和碳的其他同素异形体。因此，本发明 中所指的石墨稀具体为一种含有石墨稀的混合体。
[0013] 本发明通过将特定量的石墨稀添加到含有特定炭黑量的色楽;中，使炭黑附着在石 墨烯的表面，两者之间的结合力能够有助于石墨烯的分散，避免了石墨烯添加到纺丝液中 分散不均的缺陷。此外，特定量的石墨烯和炭黑之间的结合力在纺丝过程中消失，使得到的 纺织品中石墨烯的功效得以发挥，使纺织品具有石墨烯的特性，如优异的远红外性能、抗菌 抑菌性能以及防紫外线性能。
[0014] 本发明通过石墨烯与分散剂以及功能助剂的搭配使用，进一步改善了石墨烯的分 散能力，达到了色浆与纺丝液混合后石墨烯分散性提高的目的，并使得到的纺丝品中石墨 烯分布更加均匀。
[0015] 而且，本发明通过将石墨烯引入色浆，再将色浆与纺织液混合后纺丝，更易于工业 化生产，能够适应后续纺丝过程中的各项物理和化学变化。
[0016] 所述石墨烯的含量为 0.1 ~5%，如0.3%、0.5%、0.8%、1.1%、1.4%、1.7%、 2·0%、2·3%、2·6%、2·9%、3·2%、3·5%、3·8%、4·1%、4·4%、4·7%或4.9%，优选为0.1 ~3%，可以实现低成本的情况下，得到性能优异的石墨烯改性色浆。
[0017] 优选地，所述石墨烯制备原料为生物质。本发明通过选择生物质为原料制备的石 墨烯，可以使石墨烯带有生物活性成分。
[0018] 所述炭黑的含量为 15 ~55%，例如 17%、18%、19%、20%、21%、22%、23%、25%、 27%、29%、31%、33%、35%、37%、39%、41%、43%、45%、47%、49%、51%或53%，优选为 20~35 %。还可以再少一点，突出一点就是石墨稀的加入，减少了炭黑的引入;例如原来炭 黑用量是40%，加入1%石墨烯，炭黑只用30%就能达到原来的效果。
[0019] 优选地，所述炭黑的粒径为< 5μπι，优选小于2μπι。
[0020] 所述功能助剂的含量为2~25%，例如3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、 19%、21 %或23%，优选为5-15%，进一步优选为10~15%。
[0021] 优选地，所述功能助剂为丙二醇甲醚、乙二醇甲醚、二甲基亚砜(其在纺织过程中 可以促进色浆与纺丝液的混溶）、二甲基丙二醇、丙三醇、丙二醇、乙二醇、聚丙二醇、聚乙二 醇、十二烷基二甲基苄基氯化铵、纤维素醚、异噻唑啉酮、波尔波多、咔松类防霉杀菌剂或消 泡剂中的任意一种或者至少两种的组合，优选丙二醇甲醚、乙二醇甲醚、二甲基亚砜、二甲 基丙二醇、丙三醇、丙二醇、乙二醇、聚丙二醇或聚乙二醇中的任意一种或者至少两种的组 合，其可以起到缓解色浆沉降和絮凝的作用。
[0022] 优选地，所述消泡剂为矿物油消泡剂、磷酸酯消泡剂、脂肪烃类消泡剂或硅油类消 泡剂中的任意一种或者至少两种的组合。
[0023] 所述分散剂的含量为 2 ~20%，例如 3%、4