[发明专利]离子液体为溶剂湿法纺丝制备远红外碳纳米导电纤维的方法

说明书

本发明涉及一种离子液体为溶剂湿法纺丝制备碳纳米导电纤维的方法。以天然高分子材料棉、毛、丝、麻以及木材为底物，碳纳米管和石墨烯为导电填料，咪唑型离子液体为溶剂，经溶解、分散、湿法纺丝、水洗再生及后处理，制备了一系列碳纳米导电纤维。该方法使用离子液体作为溶剂不仅可以解决有机溶剂对环境造成的污染问题，还可有效分散碳纳米导电填料，且所得的纺丝液具有高纺性。以漆酶和酚类化合物对碳纳米导电纤维进行后处理，可有效提高导电纤维的强度，大幅提高了导电纤维的应用性能。该导电纤维接通电源后可激发其自身发射波长范围为人体及植物细胞生长所需的远红外线，属于新型环保且具有保健功能的碳纳米导电纤维的制备方法。

技术领域：

本发明属于远红外碳纳米导电纤维的材料领域，具体涉及一种以离子液体为溶剂，同时溶解天然高分子材料和分散碳纳米导电填料制备共混纺丝液、湿法纺丝制备导电纤维、及导电纤维后处理的方法。

背景技术：

目前，常用的导电纤维主要包括金属丝(合金)材料型和无机非金属碳纤维材料型，因金属丝质重，通电过程中产生大量的电磁辐射，并存在一定的安全使用隐患，近年来，在作为电热体使用中逐渐被非金属碳材料型电热体所代替。碳纤维优良的导电、导热性、耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等使其在作为电热体方面具有良好的应用前景，但碳纤维制备过程复杂，难度高，且制备过程中产生的废水较难处理，目前国内制备碳纤维的水平较国际上还有一定的差距，故碳纤维市场基本由国外公司控制，相应价格也居高不下。因此开发新型制备简单，价格低廉，导电/导热性能优良的碳材料电热体迫在眉睫。

碳纳米管、石墨烯质轻导电材料具有优异的机械强度，良好的电学、力学和热学等性能，极有希望取代现有的金属导体成为新一代导电材料，并在轻量化要求的高端领域如航空航天，微反应器，电子/医疗器械，高储能电池等展现出广泛的应用前景。但目前基于碳纳米管/石墨烯导电材料的制备仍面临许多挑战：(1)碳纳米管和石墨烯在水或有机溶剂中易团聚，极难分散；(2)碳纳米管和石墨烯与金属或纤维材料复合的界面结合较差，在应用过程中易出现不可控影响；(3)单纯的碳纳米管纤维化或导线制备技术成本高，难度大，还需开发相应的新技术。

研究表明，离子液体(ionic liquids,ILs)是纤维素、羊毛及木材等天然高分子材料的良好溶剂，部分离子液体还可用于碳纳米管及石墨烯的分散，且表面经羧基化改性的碳纳米管或石墨烯可与纤维素表面的羟基反应而更有效的结合。因此采用离子液体为溶剂制备碳纳米导电纤维，不仅可以解决天然高分子材料难溶解，碳纳米管及石墨烯易团聚、难分散的问题，经离子液体均匀分散的改性碳纳米管或石墨烯还可提高与天然高分子材料界面结合性。专利CN101864015A“一种以离子液体为溶剂制备聚丙烯腈/碳纳米管复合材料的方法”，该方法是将碳纳米管分散到卤代咪唑类离子液体中，然后将单体、引发剂加入其中聚合得到聚丙烯腈/碳纳米管复合材料原液，采用湿纺或干喷湿纺工艺制备聚丙烯腈/碳纳米管复合材料，该专利未涉及到天然高分子材料与碳纳米管和/或石墨烯的复合技术，以及碳纳米导电纤维漆酶及酚类化合物后处理的技术。专利CN104479170A“一种离子液体改性碳纳米管制备复合材料的方法”，该方法采用含有羧基或氨基等功能性基团的离子液体改性碳纳米管，然后与聚合物混合采用熔融共混法或者溶液反应法制备离子液体改性碳纳米管复合材料，该方法未涉及到湿法纺丝技术以及碳纳米导电纤维漆酶及酚类化合物后处理的技术。专利CN1840750A“一种含碳纳米管的导电复合纤维及其制备方法”，该方法将热塑性高聚物、碳纳米管、导电炭黑及分散剂加入高速混合机混合均匀，将该混合物在双螺杆挤出机中挤出造粒，将所得母粒与成纤聚合物通过复合纺丝工艺制备成导电纤维，该方法未涉及天然高分子材料与碳纳米管和/或石墨烯的复合技术，以及碳纳米导电纤维漆酶及酚类化合物后处理的技术。