技术领域
[0001] 本
发明属于纺织材料领域，具体涉及一种
石墨烯涂层导电纤维及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着人们生活
水平的提高，传统纤维的应用已经无法
覆盖日新月异的时代需求。纤维的多功能化改性显得日趋重要，如：抗静电、导电、抗菌、阻燃、防水等。其中，导电纤维可应用于电热织物、防
电磁屏蔽织物、柔性
电极等领域，一直是功能性纤维的重要研究和应用方向。
[0003] 导电纤维是指在纤维中添加
炭黑、石墨、金属粉、
金属化合物和导电
聚合物等导
电介质，常采用混溶、蒸
镀、
电镀、
化学镀和复合纺丝等方法制备而成。其中蒸镀、电镀、化学镀和复合纺丝大多涉及
银、
铜等贵金属粉或其化合物，该类纤维具有优良的导电导热性，但其成本高、污染环境；若用于服饰，可能会造成人体重金属中毒。此外，常采用炭黑、石墨等传统
碳材料与合成纤维混溶纺丝，但炭黑和石墨粒径较大，很难良好分散于纤维中，
导电性能较差，限制了其应用。
[0004] 自2004年石墨烯作为一种新型碳材料被发现以来，其优异的导电导热性、高径厚比和大
比表面积赋予它极好的应用潜
力，也成为导电纤维领域的“宠儿”。CN 105484016 A中将
碱洗后的纤维浸轧
氧化石墨烯溶液来制备导电纤维，
电阻率约30～105Ω·cm，具有较好的导电性，但纤维与石墨烯层间相互作用力小，存在石墨烯附着不牢固的问题。
发明内容
[0005] 为此，需要提供一种
附着力强和良好导电性的石墨烯涂层导电纤维及其制备方法。
[0006] 为实现上述目的，
发明人提供了一种石墨烯涂层导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]
蛋白质吸附：将纤维用酸性蛋白进行涂布后进行干燥处理，使纤维吸附酸性蛋白，所述酸性蛋白溶液的浓度为0.1-10g/L，pH值为8-14，所述酸性蛋白包括干酪素、花生蛋白或其混合物；
[0008] 氧化石墨烯吸附：将吸附蛋白质的纤维用氧化石墨烯溶液进行涂布，再干燥处理，使纤维吸附氧化石墨烯；所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.001-10g/L；所述氧化石墨烯溶液的pH值为1-5；所述氧化石墨烯的片径为400nm-100000nm；
[0009] 还原处理：将吸附氧化石墨烯后的纤维进行还原处理，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0010] 进一步地，所述蛋白吸附步骤和氧化石墨烯吸附步骤中，所述涂布包括浸渍、刷涂、
喷涂或辊涂。
[0011] 进一步地，所述浸渍过程中配合超声或振荡，浸渍时间为1-60分钟，浸渍
温度为10-55℃。
[0012] 进一步地，所述干燥采用
风干或烘干的方式，所述烘干温度为30-100℃。
[0013] 进一步地，所述酸性蛋白溶液的pH值采用氢氧化钠、氢氧化
钾、氢
氧化钙、氢氧化镁或其混合物进行调节。
[0014] 进一步地，所述氧化石墨烯溶液的pH值采用
甲酸、乙酸、
盐酸、
硫酸、
硝酸中或其混合物进行调节。
[0015] 进一步地，所述氧化石墨烯溶液的pH值采用甲酸、乙酸或其混合物进行调节。
[0016] 进一步地，所述还原处理步骤中，还原处理方法包括化学还原、紫外辐照还原、热还原和电化学还原。
[0017] 进一步地，所述化学还原采用的化学还原剂包括维生素C、亚硫酸钠、
硫代硫酸钠、甲脒亚磺酸、
柠檬酸钠、
氢碘酸、水合肼或其混合物。
[0018] 发明人还提供了一种石墨烯涂层导电纤维，所述石墨烯涂层导电纤维由上述任一所述制备方法得到。
[0019] 区别于
现有技术，上述技术方案：以与纤维相容性好的干酪素、花生蛋白等酸性蛋白质为胶黏剂，让其附着在纤维表面。然后在酸性条件下，Zeta电位为负的氧化石墨烯与Zeta电位为正的酸性蛋白质产生静电吸附，使氧化石墨烯均匀自组装在纤维表面；同时纤维在酸性溶液中表现出微溶胀，有利于氧化石墨烯溶液对纤维的渗透。本方案提高了石墨烯在纤维表面的附着力，石墨烯不易脱落，且本方案原料成本低廉、工艺简单、绿色环保，电阻率可控，具有广泛的应用前景。
附图说明
[0020] 图1为
实施例2中石墨烯涂层导电纤维的SEM图；
[0021] 图2为a空白锦纶纤维、b实施例7石墨烯涂层导电纤维、c实施例4石墨烯涂层导电纤维和d实施例2石墨烯涂层导电纤维的直观图片。
具体实施方式
[0022] 为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
[0023] 本实施方式中，所述纤维包括
棉纤维、麻纤维、
氨纶、涤纶、锦纶、丙纶、氯纶、腈纶、维纶、丝绸。
[0024] 本实施方式中，所述氧化石墨烯溶液中还可以含有浓度为0-10g/L的中性盐类强
电解质，所述中性盐类强
电解质包括硫酸钠、硝酸钠、
硫酸钾、硝酸钾。
[0025] 本实施方式中，所述蛋白质吸附步骤可重复1-3次，可使蛋白质充分附着在纤维表面。
[0026] 本实施方式中，所述氧化石墨烯吸附步骤进行1-10次，可制备不同电阻率的复合纤维。
[0027] 实施例1石墨烯涂层导电纤维
[0028] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为11，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再将纤维于65℃烘干；
[0029] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再于65℃烘干；
[0030] (3)将步骤(2)所制备纤维浸渍于2g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为2，pH调节剂甲酸浓度为0.4mol/L，再于65℃烘干；
[0031] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于95℃的6g/L甲脒亚磺酸中还原12h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0032] 实施例2：石墨烯涂层导电纤维
[0033] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中振荡浸渍30分钟，其中干酪素溶液的pH为12，pH调节剂KOH的浓度为0.1mol/L，再将纤维自然风干；
[0034] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再自然风干；
[0035] (3)将步骤(2)所制备纤维振荡浸渍于2g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中30分钟，氧化石墨烯溶液的pH为3，pH调节剂甲酸浓度为0.4mol/L，于65℃烘干；此步骤重复操作
5次；
[0036] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于70℃的50g/L的维生素C溶液中还原15h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0037] 图1为实施例2中石墨烯涂层导电纤维的SEM图，由图可见石墨烯
片层均匀的附着在纤维表面，附着效果较好。
[0038] 实施例3：石墨烯涂层导电纤维
[0039] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中超声浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为14，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再于65℃烘干；
[0040] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再于65℃烘干；
[0041] (3)将步骤(2)所制备纤维振荡浸渍于2g/L的片径10μm氧化石墨烯溶液中30分钟，氧化石墨烯溶液的pH为1，pH调节剂甲酸浓度为0.4mol/L，于65℃烘干；此步骤重复操作5次；
[0042] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于10g/L的维生素C溶液中120℃水热还原10h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0043] 实施例4：石墨烯涂层导电纤维
[0044] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中超声浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为8，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再于65℃烘干；
[0045] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤1秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再于65℃烘干；
[0046] (3)用0.1g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液向步骤(2)所制备纤维表面喷涂2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为5，pH调节剂甲酸浓度为0.01mol/L，于65℃烘干；
[0047] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于6g/L的甲脒亚磺
酸溶液中95℃水热还原18h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0048] 实施例5：石墨烯涂层导电纤维
[0049] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中超声浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为11，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再于65℃烘干；
[0050] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再于65℃烘干；
[0051] (3)将步骤(2)所制备纤维振荡浸渍于1g/L的片径1.6μm的氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为2，pH调节剂乙酸浓度为0.4mol/L，硫酸钠为0.5g/L，再于100℃烘干；
[0052] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于6g/L的甲脒亚磺酸溶液中95℃水热还原18h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0053] 实施例6：石墨烯涂层导电纤维
[0054] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中超声浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为12，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再于65℃烘干；此步骤重复操作3次；
[0055] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再于65℃烘干；
[0056] (3)将步骤(2)所制备纤维振荡浸渍于2g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为2，pH调节剂甲酸浓度为0.4mol/L，于100℃烘干；此步骤重复操作5次；
[0057] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于70℃的50g/L的维生素C溶液中还原36h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0058] 实施例7：石墨烯涂层导电纤维
[0059] (1)将锦纶纤维在1g/L干酪素溶液中超声浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为11，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再于100℃烘干；
[0060] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的干酪素，再于100℃烘干；
[0061] (3)将步骤(2)所制备纤维振荡浸渍于0.005g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为5，pH调节剂盐酸浓度为0.0005mol/L，再于65℃烘干；
[0062] (4)将步骤(3)所制备的纤维置于6g/L的甲脒亚磺酸溶液中95℃水热还原20h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0063] 实施例8：石墨烯涂层导电纤维
[0064] (1)将涤纶纤维在1g/L花生蛋白溶液中超声浸渍10分钟，其中干酪素溶液的pH为8，pH调节剂NaOH的浓度为0.1mol/L，再于65℃烘干；
[0065] (2)将步骤(1)所制备纤维置于蒸馏水中轻轻洗涤5秒以洗掉纤维表面过量的花生蛋白，再于65℃烘干；
[0066] (3)将步骤(2)所制备纤维振荡浸渍于2g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为1，pH调节剂甲酸浓度为0.8mol/L于65℃烘干；
[0067] (4)将步骤(3)所制备的纤维悬挂于27.5％的HI和50％乙酸混合水溶液中50℃水热还原20h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0068] 对比例1：石墨烯涂层导电纤维(无蛋白吸附步骤)
[0069] (1)将锦纶纤维浸渍于2g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为2，pH调节剂甲酸浓度为0.4mol/L，再于65℃烘干；
[0070] (2)将步骤(1)所制备的纤维置于95℃的6g/L甲脒亚磺酸中还原12h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0071] 对比例1在浸染后纤维表面的氧化石墨烯上染不均匀；在洗涤过程中石墨烯脱落，导致其
颜色不均匀、导电性较差。
[0072] 对比例2：石墨烯涂层导电纤维(无蛋白吸附步骤，氧化石墨烯吸附步骤中未进行pH值调节)
[0073] (1)将锦纶纤维浸渍于2g/L的片径400nm氧化石墨烯溶液中2分钟，氧化石墨烯溶液的pH为6，无pH调节剂，再于65℃烘干；
[0074] (2)将步骤(1)所制备的纤维置于95℃的6g/L甲脒亚磺酸中还原12h，用蒸馏水将复合纤维洗涤干净，得到石墨烯涂层导电纤维。
[0075] 对比例2中石墨烯上染效果差、脱落严重，导致其颜色不均匀、导电性差。
[0076] 图2为a空白锦纶纤维、b实施例7石墨烯涂层导电纤维、c实施例4石墨烯涂层导电纤维和d实施例2石墨烯涂层导电纤维的直观图片。
[0077] 实施例1-8和对比例1-2中所制备的石墨烯涂层导电纤维的导电性能如表1所示。由表1可见，实施例1-8的电阻率可知，石墨烯涂层导电纤维的电阻率(Ω·cm)分布范围宽。
[0078] 表1石墨烯涂层导电纤维的导电性能
[0079]
[0080] 同时由上述表1知：实施例1的电阻率小于对比例1，对比例1的电阻率又明显小于对比例2，证明本技术方案的蛋白吸附步骤可以促进石墨烯在纤维上的结合；而酸性环境有利于氧化石墨烯溶液对纤维的渗透。
[0081] 因此，本发明工艺简单，制备的石墨烯涂层纤维的电阻率分布范围宽。同时，随着导电性的增加，复合纤维的表观颜色由浅银灰色到亮黑色，复合纤维表面色泽均匀、石墨烯结合牢固不易脱落。
[0082] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
[0083] 需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的
专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和
修改，或利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
