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CN113529281B - 一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法 Download PDF

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CN113529281B CN202110913756.5A CN202110913756A CN113529281B CN 113529281 B CN113529281 B CN 113529281B CN 202110913756 A CN202110913756 A CN 202110913756A CN 113529281 B CN113529281 B CN 113529281B
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Abstract

本发明提供一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法。制备方法包括步骤:将石墨烯分散于硅烷稀溶液中,经搅拌反应得石墨烯悬浊液;将石墨烯悬浊液与多官能硅烷单体混合均匀,加入催化剂,经水解预缩聚反应、减压脱除小分子,制得预聚物;将预聚物溶于有机溶剂中制得聚合物纺丝溶液;经静电纺丝即得。本发明通过调控纺丝用聚硅氧烷预聚物的缩聚程度、交联程度和结构,精准控制静电喷丝短时间内的聚硅氧烷溶胶‑凝胶化学过程,辅以石墨烯支撑、增强纤维性能,制得了石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,解决了聚硅氧烷纺丝纤维固化成型的技术难点。本发明制备的纤维膜在电化学、催化、传感器、吸附与分离、柔性电子元件和医学工程领域有重要应用前景。

Description

一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法,属于新材料技术领域。
背景技术
高分子聚合物通过纺丝制成具有良好力学性能的纤维要求聚合物是线型高分子,具备适宜相对分子质量,高聚物的分子链间须有足够的次价力和良好的结晶能力,如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚已内酰胺、聚己二酰己二胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙烯腈和聚吡咯烷酮等。聚硅氧烷是以Si-O-Si为主链结构,硅原子上含有一个或两个有机基团的一类聚合物,具有耐高低温、耐候、水解稳定性和生物相容性等特点。中国专利文献CN104805598A公开了一种乙烯基聚硅氧烷纳米纤维膜的制备方法。该发明的制备过程:首先将乙烯基聚硅氧烷溶解配制纺丝溶液,加入电解质氯化钠,利用静电纺丝机进行静电纺丝,然后将所得乙烯基聚硅氧烷纳米纤维膜在去离子水中浸泡,最终干燥得到乙烯基聚硅氧烷超细纤维膜。该发明未明确乙烯基聚硅氧烷材料的分子结构,如果所述聚合物是线型聚硅氧烷,重均分子量在5000-180000g/mol范围,则该聚合物是流体或高粘滞性流体,静电纺丝得不到成型的纤维膜结构;如果是交联的乙烯基聚硅氧烷,该发明方法无法制成良好的纺丝溶液,因此无法获得形态等性能良好的纤维膜。
线型聚硅氧烷通常是粘滞性流体,高分子链间次价力小,结晶度不高,不易通过传统方法制备具有良好力学性能的纤维;而交联聚硅氧烷通常无法获得良好的纺丝溶液,因此无法通过静电纺丝方法获得形态等性能良好的纤维膜。鉴于聚硅氧烷具有的优良性能,如果制成微纳米结构的聚硅氧烷纤维膜,可以作为高、低温环境下使用的分离膜、空气过滤膜、催化载体以及吸音等材料,也可以用作组织工程支架等生物材料,因此研究如何将聚硅氧烷制成具有无纺布结构的纺丝纤维膜具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜及其制备方法。本发明以多官能硅烷单体和氧化型石墨烯为原料,经水解预缩聚反应制得特定交联程度、结构和缩聚程度的预聚物,采用静电纺丝方法,通过精准控制静电喷丝短时间内的聚硅氧烷溶胶-凝胶化学过程,辅以石墨烯增强纤维功能,制得了石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,解决了聚硅氧烷纺丝纤维固化成型的技术难点。本发明制备的纤维膜在电化学、催化、传感器、吸附与分离、柔性电子元件和医学工程领域有重要应用前景。
术语说明:
石墨烯:本发明石墨烯是指氧化型石墨烯。
本发明的技术方案如下:
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,所述纤维膜由石墨烯/聚硅氧烷微米或纳米纤维组成;石墨烯/聚硅氧烷纳米纤维的直径为0.5~10μm。
根据本发明优选的,所述纤维膜包括石墨烯和聚硅氧烷;聚硅氧烷为交联结构的聚合物,由多官能硅烷单体聚合而成;所述多官能硅烷单体的结构式为RnSiYm,其中,R为甲基、乙基、丙基、苯基、乙烯基、氨丙基、缩水甘油醚氧丙基、巯丙基或氯丙基,Y为甲氧基、乙氧基或氯原子,n=1或2,m=4-n;纤维膜中石墨烯含量为0.5~20.0wt%;石墨烯为厚度为1.0~5.0nm的纳米片。
上述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
(1)将石墨烯充分分散于硅烷稀溶液中,然后经搅拌反应得到稳定的石墨烯悬浊液;
(2)将石墨烯悬浊液与多官能硅烷单体混合均匀,加入催化剂,经水解预缩聚反应、减压脱除小分子,制得含石墨烯的聚硅氧烷预聚物;
(3)将含石墨烯的聚硅氧烷预聚物溶于有机溶剂中制得聚合物纺丝溶液;经静电纺丝得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜。
根据本发明,步骤(1)中,石墨烯按现有Hummers法和超声剥离法制备即可。
根据本发明优选的,步骤(1)中,硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种。
根据本发明优选的,步骤(1)中,硅烷稀溶液是将硅烷溶解于有机溶剂中制备得到;所述有机溶剂为四氢呋喃或甲苯,所述硅烷稀溶液的浓度为2~50mg/mL。
根据本发明优选的,步骤(1)中,所述搅拌反应温度为40~90℃,搅拌反应时间为12.0~30.0h。
根据本发明优选的,步骤(1)中,所述石墨烯悬浊液中石墨烯的浓度为0.2~1.0g/mL。
根据本发明,步骤(1)中,悬浊液中的石墨烯是表面接枝硅烷的氧化石墨烯,化学修饰后的石墨烯的微观形貌为片状,厚度为1.0~6.0nm,石墨烯片宽尺寸为2.0~4.0μm;化学修饰后的石墨烯片上含有硅烷组份。
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述多官能硅烷单体的结构式为RnSiYm,其中,R为甲基、乙基、丙基、苯基、乙烯基、氨丙基、缩水甘油醚氧丙基、巯丙基或氯丙基,Y为甲氧基、乙氧基或氯原子,n=1或2,m=4-n。
优选的,多官能硅烷单体是三官能硅烷单体R1SiY3和二官能硅烷单体R2R3SiY2的组合;其中,Y为甲氧基、乙氧基和氯原子;R1、R2、R3分别独立地选自甲基、乙基、丙基、苯基、乙烯基、氯丙基、氨丙基、巯丙基或缩水甘油醚氧丙基。
进一步优选的,所述三官能硅烷单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。
进一步优选的,所述二官能硅烷单体为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或γ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。
进一步优选的,三官能硅烷单体R1SiY3和二官能硅烷单体R2R3SiY2的摩尔比为1~20:1;优选为1~15:1。
根据本发明优选的,步骤(2)中,石墨烯悬浊液中的石墨烯占多官能硅烷单体的重量百分数为0.5~20.0wt%,优选为2.0~15.0wt%。
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述催化剂为酸性催化剂的水溶液,所述酸性催化剂为乙酸、盐酸或硫酸,所述酸性催化剂的水溶液的质量浓度为5.0~20.0wt%;通过加入催化剂控制体系的pH=2~5。
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述水解预缩聚反应温度为30~90℃,优选为50~80℃;水解预缩聚反应时间为4~24h,优选为5~12h。
根据本发明优选的,步骤(2)中,减压脱除小分子的条件为:真空度10mmHg,温度90~150℃,减压脱除小分子的时间为0.5~2.0h。
根据本发明优选的,步骤(3)中,所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、乙醇、异丙醇、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或两种以上的混合;聚合物纺丝溶液中含石墨烯聚硅氧烷预聚物的浓度为0.2~2.0g/mL。
根据本发明优选的,步骤(3)中,静电纺丝条件为:静电纺丝电压为15~25kV,接收距离大于20.0cm,喷丝管口直径是0.5~2.0mm,纺丝液流速0.5~5.0mL/h;优选的,接收距离为25.0~30.0cm,纺丝液流速1.5~4.5mL/h。
本发明的技术特点及有益效果如下:
(1)本发明首先使用硅烷在石墨烯表面进行化学修饰,在石墨烯表面形成化学修饰层,增加了石墨烯与聚硅氧烷的相容性,使得石墨烯片容易分散在聚硅氧烷基体聚合物中,从而利于获得纤维形态良好的纤维膜;同时,提供了与聚硅氧烷预聚物的化学反应性。本发明石墨烯的加入,一方面赋予所得纤维膜的功能性;另一方面起支撑、增强纤维的作用,从而利于获得纤维形态良好的纤维膜。
(2)本发明在静电纺丝过程中,选择合适的纺丝电压、纺丝接收距离和纺丝液流速等条件,纺丝过程中同步发生溶剂迅速挥发和聚硅氧烷溶胶-凝胶化学转变,通过调控纺丝用聚硅氧烷预聚物的缩聚程度、交联程度和结构,精准控制静电喷丝短时间内的聚硅氧烷溶胶-凝胶化学过程,辅以石墨烯支撑、增强纤维性能,解决了聚硅氧烷纺丝纤维固化成型的技术难点,得到良好的聚硅氧烷纺丝纤维膜。
(3)本发明纤维膜的制备方法简单、反应条件温和、成本低;所得纤维膜孔隙大小可控,纤维形态良好,在电化学、催化、传感器、吸附与分离、柔性电子元件和医学工程领域有重要应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的扫描电镜图。
图2为实施例1制备的石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的扫描电镜图。
图3为对比例1制备的石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明,但不限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
同时下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例中石墨烯按现有Hummers法和超声剥离法制备即可。所制备的石墨烯是厚度为1.0~5.0nm的纳米片。
实施例1
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
将5.0g石墨烯加入10.0mL浓度为5mg/mL的甲基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液中,超声分散混合均匀,然后在50℃下搅拌反应24.0h得到石墨烯悬浊液;将160.0g甲基三乙氧基硅烷与10.0g二甲基二乙氧基硅烷混合均匀,加入上述制备的氧化石墨烯悬浊液,超声分散,搅拌至形成均匀的分散液,加入重量百分比浓度为10.0wt%的稀盐酸水溶液,至反应物体系pH=3.0。在80℃下反应6h,然后在真空度为10mmHg、温度90℃下减压脱除低分子1.0h,得到聚硅氧烷预聚物(液体树脂);通过控制上述缩聚反应条件以及减压脱除低分子条件实现缩聚程度的调控。以四氢呋喃为溶剂,预聚物配成浓度为0.8g/mL的预聚物纺丝溶液。在喷丝管口直径是0.9mm、静电纺丝电压15kV、接收距离30cm、纺丝液流速为1.5mL/h下纺丝,得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜。
图1和图2为本实施例制备的石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的扫描电镜图,由图可知,纤维直径在3.0~5.0μm。
实施例2
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
将35.0g石墨烯加入到40.0mL浓度为15mg/mL的苯基三甲氧基硅烷甲苯溶液中,超声分散混合均匀,然后在60℃下搅拌反应30.0h得到石墨烯悬浊液。将140.0g苯基三甲氧基硅烷与100.5gγ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷混合均匀,加入上述制备的氧化石墨烯悬浊液,超声分散,快速搅拌至形成均匀的分散,加入重量百分比浓度为10.0wt%的稀盐酸水溶液,至反应物体系pH=2.0。在60℃下反应12.0h,然后在真空度为10mmHg、温度110℃下减压脱除低分子1.2h,得到聚硅氧烷预聚物(液体树脂)。以甲苯为溶剂,预聚物配成浓度为1.0g/mL的预聚物纺丝溶液。在喷丝管口直径是0.8mm、静电纺丝电压20kV、接收距离30.0cm、纺丝液流速2.0mL/h下纺丝,得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,纤维直径在2.0~4.0μm。
实验例3
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
将15.0g石墨烯加入到20.0mL浓度为10mg/mL的甲基三乙氧基硅烷四氢呋喃溶液中,超声分散混合均匀,然后在40℃下搅拌反应30.0h得到石墨烯悬浊液。将105.0g甲基三甲氧基硅烷与50.0gγ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷混合均匀,加入上述制备的氧化石墨烯悬浊液,超声分散,快速搅拌至形成均匀的分散液,加入重量百分比浓度为10.0wt%的稀盐酸水溶液,至反应物体系pH=4.0。在50℃下反应8.0h,然后在真空度为10mmHg、温度95℃下减压脱除低分子1.5h,得到聚硅氧烷预聚物(液体树脂)。以四氢呋喃为溶剂,预聚物配成浓度0.30g/mL的预聚物纺丝溶液。在喷丝管口直径是1.2mm、静电纺丝电压15kV、接收距离25.0cm、纺丝液流速为3.0mL/h下纺丝,得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,纤维直径在4.0~6.0μm。
实验例4
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
将10.0g石墨烯加入20.0mL浓度为8mg/mL的乙烯基三甲氧基硅烷甲苯溶液中,超声分散混合均匀,然后在80℃下搅拌反应20.0h得到石墨烯悬浊液。将150.0g甲基三甲氧基硅烷、10.0g乙烯基三甲氧基硅烷和18.7g甲基苯基二乙氧基硅烷混合均匀,加入10.0mL上述制备的氧化石墨烯悬浊液,超声分散,快速搅拌至形成均匀的分散液,加入重量百分比浓度为15.0wt%的乙酸水溶液,至反应物体系pH=3.5。在50℃下反应10h,然后在真空度为10mmHg、温度90℃下减压脱除低分子0.5h,得到聚硅氧烷预聚物(液体树脂)。以甲苯为溶剂,预聚物配成浓度0.5g/mL的聚合物纺丝溶液。在喷丝管口直径是0.7mm、静电纺丝条件电压20kV、接收距离30.0cm、纺丝液流速为4.5mL/h下纺丝,得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,纤维直径在1.0~3.0μm。
实验例5
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
将12.0g石墨烯加入25.0mL浓度为10mg/mL的二甲基二乙氧基硅烷四氢呋喃溶液中,超声分散混合均匀,然后在50℃下搅拌反应24.0h得到石墨烯悬浊液。将200.0gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与10.0g二甲基二乙氧基硅烷混合均匀,加入上述制备的氧化石墨烯悬浊液,超声分散,快速搅拌至形成均匀的分散液。加入重量百分比浓度为15.0wt%的乙酸水溶液,至反应物体系pH=5.0。在70℃下反应5h,然后在真空度为10mmHg、温度120℃下减压脱除低分子2.0h,得到聚硅氧烷预聚物(液体树脂)。以四氢呋喃/N,N-二甲基甲酰胺(体积比5/1)为溶剂,预聚物配成浓度为0.2g/mL的聚合物纺丝溶液,在喷丝管口直径是0.5mm、静电纺丝条件电压25kV、接收距离25.0cm、纺丝液流速为2.0mL/h下纺丝,得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜,纤维直径在0.7~2.0μm。
对比例1
一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,包括步骤:
将5.0g石墨烯加入10.0mL浓度为5mg/mL的甲基三甲氧基硅烷的四氢呋喃溶液中,超声分散混合均匀,然后在50℃下搅拌反应24.0h得到石墨烯悬浊液;将10.0g甲基三乙氧基硅烷与160.0g二甲基二乙氧基硅烷混合均匀,加入上述制备的氧化石墨烯悬浊液,超声分散,搅拌至形成均匀的分散液,加入重量百分比浓度为10.0wt%的稀盐酸水溶液,至反应物体系pH=3.0。在80℃下反应6h,然后在真空度为10mmHg、温度90℃下减压脱除低分子1.0h,得到聚硅氧烷预聚物(液体树脂)。以四氢呋喃为溶剂,预聚物配成浓度为0.8g/mL的预聚物纺丝溶液。在喷丝管口直径是0.9mm、静电纺丝电压15kV、接收距离30.0cm、纺丝液流速为1.5mL/h下纺丝,得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜。
图3为本对比例制备的石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的扫描电镜图,由图可知,在不控制好聚硅氧烷分子交联结构和预聚物缩聚程度的情况下,采用相同的静电纺丝工艺和条件,得到的是具有粘连结构的纺丝纤维膜。

Claims (7)

1.一种石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,所述纤维膜由石墨烯/聚硅氧烷纤维组成;石墨烯/聚硅氧烷纤维的直径为0.7~6μm;聚硅氧烷为交联结构的聚合物,由多官能硅烷单体聚合而成;纤维膜中石墨烯含量为0.5~20.0 wt%;石墨烯为厚度为1.0~5.0 nm的纳米片;
制备方法包括步骤:
(1)将石墨烯充分分散于硅烷稀溶液中,然后经搅拌反应得到稳定的石墨烯悬浊液;
硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种;硅烷稀溶液是将硅烷溶解于有机溶剂中制备得到;所述有机溶剂为四氢呋喃或甲苯,所述硅烷稀溶液的浓度为2~50 mg/mL;所述搅拌反应温度为40~90 ℃,搅拌反应时间为12.0~30.0 h;所述石墨烯悬浊液中石墨烯的浓度为0.2-1g/mL;
(2)将石墨烯悬浊液与多官能硅烷单体混合均匀,加入催化剂,经水解预缩聚反应、减压脱除小分子,制得含石墨烯的聚硅氧烷预聚物;
多官能硅烷单体是三官能硅烷单体R1SiY3和二官能硅烷单体R2R3SiY2的组合;其中,Y为甲氧基、乙氧基和氯原子;R1、R2、R3分别独立地选自甲基、乙基、丙基、苯基、乙烯基、氯丙基、氨丙基、巯丙基或缩水甘油醚氧丙基;三官能硅烷单体R1SiY3和二官能硅烷单体R2R3SiY2的摩尔比为1~20:1;石墨烯悬浊液中的石墨烯占多官能硅烷单体的重量百分数为0.5~20.0wt%;所述催化剂为酸性催化剂的水溶液,所述酸性催化剂为乙酸、盐酸或硫酸,所述酸性催化剂的水溶液的质量浓度为5.0~20.0 wt%;通过加入催化剂控制体系的pH=2~5;所述水解预缩聚反应温度为30~90℃;水解预缩聚反应时间为4~24 h;减压脱除小分子的条件为:真空度10 mmHg,温度90~150 ℃,减压脱除小分子的时间为0.5~2.0 h;
(3)将含石墨烯的聚硅氧烷预聚物溶于有机溶剂中制得聚合物纺丝溶液;经静电纺丝得到石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜;静电纺丝条件为:静电纺丝电压为15~25 kV,接收距离大于20.0 cm,喷丝管口直径是0.5~2.0 mm,纺丝液流速0.5~5.0 mL/h。
2.根据权利要求1所述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,其特征在于,所述三官能硅烷单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,其特征在于,所述二官能硅烷单体为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或γ-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,其特征在于,三官能硅烷单体R1SiY3和二官能硅烷单体R2R3SiY2的摩尔比为1~15:1。
5.根据权利要求1所述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,包括以下条件中的一项或多项:
i、石墨烯悬浊液中的石墨烯占多官能硅烷单体的重量百分数为 2.0~15.0 wt%;
ii、所述水解预缩聚反应温度为50~80℃;水解预缩聚反应时间为5~12 h。
6.根据权利要求1所述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、乙醇、异丙醇、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或两种以上的混合;聚合物纺丝溶液中含石墨烯聚硅氧烷预聚物的浓度为0.2~2.0 g/mL。
7.根据权利要求1所述石墨烯/聚硅氧烷纺丝纤维膜的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,接收距离为25.0~30.0 cm,纺丝液流速1.5~4.5 mL/h。
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CN102336898B (zh) * 2010-07-16 2015-03-25 东丽纤维研究所(中国)有限公司 一种共聚酯及其生产方法和用途
KR101510715B1 (ko) * 2013-05-01 2015-04-10 한국과학기술원 나노섬유와 그래핀의 복합체를 이용한 리튬-이온 이차전지용 음극활물질 및 그 제조 방법
CN104845523B (zh) * 2015-04-21 2017-03-22 衢州氟硅技术研究院 一种含多官能度含氟硅氧烷树脂的组合物及其制备方法
CN104805599B (zh) * 2015-04-28 2016-10-26 武汉纺织大学 一种静电纺制备功能性乙烯基聚硅氧烷纳米纤维膜的方法
US11742475B2 (en) * 2017-04-03 2023-08-29 Global Graphene Group, Inc. Encapsulated anode active material particles, lithium secondary batteries containing same, and method of manufacturing

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