一种氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料、面料及其制备方法与流程

本发明属于复合材料及高分子面料制备，具体涉及一种氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料、面料及其制备方法。

背景技术：

1、聚酰胺纤维，又称尼龙，是世界上出现的第一种合成纤维，在纺织品行业中被广泛使用，尼龙纤维具有手感柔软、吸湿排汗、易着色不褪色等特性，但是也具有容易老化、易起静电、阻燃性差等缺点。如今尼龙行业的发展已经从常规生产逐步转向功能化改性的研发，先后出现了一批功能化复合尼龙纤维，比如在尼龙中加入二氧化钛提高尼龙抗紫外性能，加入纳米金属粒子增加尼龙杀菌性能，加入纳米石墨生产免染黑色尼龙纤维等。

2、石墨烯作为一种新型的二维纳米材料，是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体，石墨烯是由sp2杂化的碳原子蜂窝状六角结构紧密排列而成的二维单原子层片状晶体材料，具有大π共轭体系和最薄单层原子厚度的结构，这使得其拥有独特的光、电、磁、机械等物理性能和化学性质，自2004年发现以来，石墨烯不仅在理论科学上受到了极大关注，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域具体实际应用中也有很高的开发潜力和应用价值。

3、把石墨烯颗粒添加到尼龙纤维中可以使尼龙纤维具有抗菌抑菌、防静电等性能，石墨烯复合尼龙纤维的制备一般是先把石墨烯粉末做成母粒，和聚酰胺颗粒按照一定的比例混合后进行熔融纺丝，由于石墨烯的片层结构使得石墨烯极易团聚，因此熔体中会出现较大粒径的石墨烯颗粒，这些大颗粒一方面会堵塞喷丝组件从而增加生产成本，另一方面，纤维中的石墨烯大颗粒会形成应力集中点，拉伸时容易断裂，使产品质量降低。此外，在日常生活和工业生产中，由于疏忽而引发纺织品燃烧的火灾甚至爆炸事故也时有发生。过去，含卤聚合物或与含卤阻燃剂组合而成的阻燃材料被广泛应用，因其具有良好的阻燃性能。然而，在火灾发生时，这类含卤阻燃材料会产生大量烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，对人体和环境造成二次危害。

4、为了克服这些问题，无卤阻燃材料开始得到广泛应用。无卤阻燃材料是将无卤阻燃剂添加到材料中，这种材料在燃烧时不会挥发或产生腐蚀性气体。无卤阻燃剂主要包括磷系化合物、金属氢氧化物以及硅系和氮系阻燃剂等。近年来国内外在防静电和阻燃织物研究中采取的主要技术路线：对织物进行防静电剂和阻燃剂的后整理，然而，由于有机防静电剂和有机阻燃剂之间的相互作用，常常会导致织物的防静电和阻燃性能下降，同时使织物的强度大幅降低，手感变得粗糙且发硬，此外，这种织物的耐洗涤性能也非常差，难以达到实际使用的要求。因此，有必要发明一种新型氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料、面料及其制备方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料、面料及其制备方法。

2、为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明涉及的新型氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

4、s1：取苯基磷酰二氯加入到溶剂中，然后在氮气或氩气保护下加入二胺和有机碱，回流反应，反应结束后得到中间产物1；将得到的中间产物1和酸酐加热反应，得到聚合产物2；

5、s2：取氧化石墨烯分散液1，然后将步骤s1中所述的聚合产物2加入到上述氧化石墨烯分散液1中，得到分散液2；

6、s3：取硅烷偶联剂加到步骤s2所述的分散液2中，加热反应，反应结束后得到氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺复合材料。

7、进一步的，所述的二胺包括丁二胺、戊二胺、己二胺、对苯二胺中的一种或多种；

8、进一步的，所述的有机碱包括三甲胺、三乙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶中的一种或多种；

9、进一步的，所述溶剂包括1,2-二氯乙烷、氯仿、氯苯、四氢呋喃中的一种或多种；

10、进一步的，所述的酸酐包括丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐中的一种或多种。

11、进一步的，所述苯基磷酰二氯与所述二胺的摩尔比为1:2-2.2；

12、进一步的，所述苯基磷酰二氯与所述有机碱的摩尔比为1:2-2.2；

13、进一步的，所述步骤s1中：所述回流反应的条件为：在85-95℃条件下，回流反应1.5-2.5h；

14、进一步的，所述步骤s1中，所述中间产物1与所述酸酐的摩尔比为1:2-2.2；

15、进一步的，所述将得到的中间产物1和酸酐加热反应的反应条件为：在65-75℃中，搅拌反应7-9h，得到聚合产物1；

16、进一步的，所述步骤s2中：所述氧化石墨烯分散液1中的溶剂由去离子水和乙醇组成，其中，所述去离子水和所述乙醇的体积比为1:1，所述氧化石墨烯的尺寸为10-15um、碳氧比为3-5；

17、进一步的，所述步骤s3中，所述的硅烷偶联剂包括kh550、kh560、kh570、kh792、dl602中一种或多种；

18、进一步的，所述取硅烷偶联剂加到步骤s2所述的分散液2之前还包括：将硅烷偶联剂先加入到无水乙醇中，再将其加到步骤s2所述的分散液2；

19、进一步的，所述取硅烷偶联剂加到步骤s2所述的分散液2的中加入方式为滴加，且滴加过程中保持匀速搅拌，并将温度控制在45-55℃，滴加结束后，将温度调至65-75℃继续反应2-4h，得到氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺复合材料。

20、本发明还提供一种氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料，所述氧化石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料由上述所述制备方法制备得到。

21、此外，本技术还提供一种氧化石墨烯接枝改性聚酰胺面料的制备方法，其由上述制备方法制备得到的石墨烯接枝改性聚酰胺复合材料经真空干燥后，置于双螺杆熔体机中，进行熔融纺丝，选择熔体纺丝温度250-300℃，连续纺丝速度为3000米/分钟，牵伸倍数为3倍，得石墨烯接枝改性聚酰胺纤维；将所得石墨烯接枝改性聚酰胺纤维进行编织，得氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺面料；

22、进一步的，所述熔体经喷丝头出来后，先经油嘴上油，再经过温度为100-140℃的热辊进行热牵伸后制得石墨烯-氧化石墨烯接枝改性聚酰胺纤维，然后将所得石墨烯-氧化石墨烯接枝改性聚酰胺纤维进行编织，得石墨烯-氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺面料；

23、其中，油剂箱中油剂为质量分数10-20％的白油水溶液，油剂中添加有还原剂，还原剂在油剂中的质量分数为8-12％；所述还原剂包括硼氢化钠、柠檬酸钠、抗坏血酸中的一种或多种。

24、本发明还提供一种氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺纤维，和/或氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺面料，和/或石墨烯-氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺纤维，和/或石墨烯-氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺面料。

25、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

26、1、本发明制备过程较简单，且原料来源广泛，所需生产设备也比较简单，可以用于大规模生产。

27、2、本发明所述的氧化石墨烯接枝改性的聚酰胺复合材料中含有苯磷酰胺阻燃结构，与氧化石墨烯共同形成膨胀阻燃体系，在燃烧时可以协同抑制燃烧链式反应进程，起到优异的阻燃效果。此外，本发明所述的聚酰胺与氧化石墨烯通过硅烷偶联剂连接在一起，不仅可以有效防止氧化石墨烯聚集形成较大粒径的颗粒，而且可以是氧化石墨烯牢固的固定在聚酰胺表面，增强复合材料的抗静电能力，提高其阻燃性能。

28、3、将改性后的聚酰胺进行高速连续化纺丝，编制混纺后的制品成炭率高、阻燃性好、防静电性能优，并且具有较高的断裂强度；同时具有较好的形态结构和力学性能，经反复洗涤、暴晒、揉搓后仍可保持高性能，耐久性好。此外，对纺丝进行还原处理，在其其他性能不出现明显下降的同时，还可以进一步提高面料的抗静电能力。