[发明专利]一种氧化石墨烯改性的共聚酯酰胺及其纤维的制备方法与应用

说明书

本发明涉及高分子材料领域，为解决目前尼龙材料及纤维具有的导电、导热性差、没有防辐射性能等不足，本发明提出了一种氧化石墨烯改性的共聚酯酰胺及其纤维的制备方法与应用，利用氧化石墨烯与己内酰胺单体具有良好相容性，可在己内酰胺熔体中均匀分散，经原位聚合制得氧化石墨烯/聚己内酰胺预聚体，之后再与醇类低聚物进行缩合酯化反应，得到氧化石墨烯改性的共聚酯酰胺树脂切片，随后该切片经纺丝工艺进行熔体纺丝，从而制成功能性共聚酯酰胺纤维。制备的共聚酯酰胺具有力学性能好、导电导热性好且具有一定的防辐射性能等优点。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性的共聚酯酰胺、纤维的制备方法与应用。

背景技术

自2004年被成功制备以来，氧化石墨烯以其独特的结构性能在世界上刮起了“氧化石墨烯研究”的旋风。氧化石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成呈蜂巢型晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度（约为 0.335 nm）的二维晶体材料，仅为头发丝的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。相对于普通石墨，氧化石墨烯微片具有纳米厚度，易与其它材料如聚合物材料均匀复合并形成良好的复合界面，从而将氧化石墨烯的特性带入复合材料中得到高性能复合材料。

聚酰胺（尼龙）是最早被广泛应用的高分子材料之一，其应用涵盖了纺织、汽车、电子、生活器具、包装等多种领域。聚酰胺可由二元胺和二元酸通过缩聚反应制备，也可以用ω-氨基酸或环内酰胺的开环反应来合成。但脂肪族聚酰胺与大多数高分子材料一样都是具有良好电绝缘性能的材料。由聚酰胺树脂纺成的纤维因具有静电效应而造成穿着不适。另外，随着科技的进步，各类电子设备充斥我们生活中的各个方面，造成的电子辐射对人体日健康尤其是对胎儿造成重要的健康损伤，因此各种防辐射纤维及面料就应运而生。防辐射纤维一般利用金属纤维与其他纤维混纺成纱，再织成布，成为具有良好防辐射效果的织物。其中所用的金属纤维既可以是纯粹由无机金属材料制成的纤维（如不锈钢纤维），也可以是在塑料纤维的表面上涂一层金属后制成的纤维。但是这种包含金属丝的纤维有其局限性：一来制作工艺复杂、成本高；二来不能长期保持稳定防辐射效果；另外做成的衣物手感发硬，穿着不舒适。

发明内容

为解决目前尼龙材料及纤维具有的导电、导热性差、没有防辐射性能等不足，本发明提出了一种氧化石墨烯改性的共聚酯酰胺及其纤维的制备方法与应用，通过物理和化学方法，对尼龙进行改性，制备的共聚酯酰胺具有力学性能好、导电导热性好且具有一定的防辐射性能等优点。

本发明提供的共聚酯酰胺材料制成的纤维，可以应用在电磁防护服、静电防护服等领域。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种氧化石墨烯改性的共聚酯酰胺及其纤维的制备方法为以下步骤：

（1）将氧化石墨烯（GO）与己内酰胺单体混合，在温度为121～135℃的恒温条件下搅拌1~3h；搅拌均匀之后将上述混合单体置于反应釜中，加入有机二羧酸以及开环聚合催化剂，通入高纯氮气，并升温至230~260℃搅拌后聚合反应4-6h，得到氧化石墨烯原位改性的聚己内酰胺低聚物；

氧化石墨烯与己内酰胺的质量比为1:20～1:1000，有机二羧酸与己内酰胺的质量比为1:10～1:100，水催化剂与己内酰胺的质量比为1:20～1:100。

所述的有机二羧酸选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸中的一种或几种，开环聚合催化剂选自二次蒸馏水。

作为优选，采用常规超声搅拌方法进行搅拌。

（2）在步骤（1）的产物中加入醇类低聚物，以及催化剂，在230～260℃下继续反应1-3h，得到氧化石墨烯原位改性共聚酯酰胺；

所述醇类低聚物与步骤（1）产物的质量比为1:1~1:50，所述催化剂与步骤（1）产物的质量比为1:2~1:200。