本發(fā)明涉及合成材料加工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種功能性合成材料及其制備方法、制品。
背景技術(shù)：
：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷的提高，功能性、舒適性的產(chǎn)品越來越受到消費(fèi)者的青睞，因此消費(fèi)者對(duì)這些產(chǎn)品本身的功能性要求也越來越高。例如：傳統(tǒng)的合成纖維面料，只是具備一些纖維材料本身所具有的普通性能，但是諸如環(huán)保性、吸濕性、抗菌、抗紫外、防輻射等其他性能均非常欠缺，傳統(tǒng)的薄膜只具備普通薄膜本身所具有的普通性能，但是諸如抗菌、環(huán)保性、抗紫外、遠(yuǎn)紅外等性能欠缺。因此為了進(jìn)一步拓展合成材料在紡織品應(yīng)用中的廣度和深度，具備功能性的合成材料及其制品成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。碳納米材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料，例如碳納米管、石墨烯等。石墨烯是一種由單層sp2雜化碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維材料，具有許多優(yōu)異的性能。自從2004年被發(fā)現(xiàn)起，石墨烯就成為了科學(xué)界的一大研究熱點(diǎn)，在對(duì)石墨烯的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究的同時(shí)，與石墨烯相關(guān)的復(fù)合材料層出不窮。在納米科學(xué)方向上，石墨烯也被用來制備相關(guān)的納米復(fù)合材料，尤其是石墨烯/金屬或石墨烯/金屬氧化物的納米復(fù)合材料。由于石墨烯的優(yōu)異性能，這些納米復(fù)合材料在新型能源、生物傳感、催化、光學(xué)材料等領(lǐng)域有著廣闊的研究前景。中國(guó)專利“CN201410830753”公開了一種抗靜電氨綸纖維，即將改性的二氧化鈦抗靜電劑加入到聚氨酯聚合物溶液中。但是該專利制備的氨綸纖維只具有抗靜電性。中國(guó)專利“CN104278354A”公開了一種肉色氨綸纖維，該專利是先將白、紅、黃三種納米顏料加入到DMAC中，后再在高溫超聲條件下對(duì)攪拌分散制得肉色顏料溶液，然后在預(yù)聚完成后將肉色顏料加入到預(yù)聚物中，后經(jīng)熟化、紡絲即可得肉色氨綸長(zhǎng)絲。但是該專利制備的氨綸纖維只是改變了纖維的顏色，使白色氨綸纖維變成了肉色氨綸纖維。中國(guó)專利“CN201410611814”公開了一種殼聚糖改性氨綸長(zhǎng)絲制備方法，該專利制備的氨綸纖維，與傳統(tǒng)長(zhǎng)絲或天然纖維紡成包芯紗相比，提高了韌性、抗菌性、除臭性，還可達(dá)到防水、透濕及抗菌三效合一的功能面料。但該專利制備的氨綸長(zhǎng)絲遠(yuǎn)紅外功能并不突出。中國(guó)專利“CN201510117354”提供了一種抗菌氨綸纖維及其制備方法，該發(fā)明專利制備的抗菌氨綸纖維性能穩(wěn)定、均一，但僅具有抗菌性不具有別的特殊性能。中國(guó)專利“CN105295118A”提供了一種用于食品的活性包裝膜，就是乳酸鈉負(fù)載蒙脫土改性殼聚糖/聚乙烯醇復(fù)合抗菌阻隔膜，該發(fā)明通過在聚乙烯醇中引入蒙脫土改性殼聚糖使其具有良好的抑菌效果。有鑒于此，特提出本發(fā)明。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的第一目的在于提供一種功能性合成材料，該功能性合成材料通過在合成材料制備過程中引入含有石墨烯結(jié)構(gòu)及礦質(zhì)元素物質(zhì)復(fù)合而成，得到的復(fù)合材料作為制品時(shí)，具有良好的遠(yuǎn)紅外、抗紫外、防輻射、防靜電、抗菌以及抑菌等性能，能滿足不同人群的需求，適于市場(chǎng)化，也提高了功能性合成材料本身的附加值。本發(fā)明的第二目的在于提供一種功能性合成材料的制備方法，該制備方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便，通過該制備方法制備得到的功能性合成材料的各方面性能俱佳。本發(fā)明的第三目的在于提供采用上述功能性合成材料制成的制品，該制品應(yīng)用廣泛，深受消費(fèi)者的喜愛，提高了合成材料本身的附加值。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功能性合成材料，所述功能性合成材料為合成材料中含有石墨烯結(jié)構(gòu)以及礦質(zhì)元素，所述礦質(zhì)元素包括Fe、Si和Al元素；所述礦質(zhì)元素的含量占所述功能性合成材料的0.0005-0.8wt％；其中，所述合成材料包括聚丙烯合成材料、聚丙烯腈合成材料、聚乙烯醇縮甲醛合成材料、聚酰胺合成材料、聚氨酯合成材料中的其中一種。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的功能制品的不足之處，本發(fā)明充分運(yùn)用了石墨烯以及合成材料各自的特性，將石墨烯結(jié)構(gòu)引用到合成材料中，制成具有導(dǎo)電性、抑菌性、遠(yuǎn)紅外保暖性的石墨烯復(fù)合合成材料，替代傳統(tǒng)材料。將本發(fā)明的功能合成材料應(yīng)用到制品上，基于材料的導(dǎo)電性、抑菌性、遠(yuǎn)紅外保暖性能，從而可有效的提高其效果。在色系方面，石墨烯復(fù)合材料為灰黑色系，如需要合成材料為黑色時(shí)，無需再經(jīng)過染色，使用更加方便，減少了操作工藝，(現(xiàn)有技術(shù)需要合成材料時(shí)，需要添加染料，這樣做環(huán)境污染嚴(yán)重，或者是在合成材料制備過程中直接加入碳黑，使成黑色)。本發(fā)明的功能合成材料具石墨烯結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對(duì)所述石墨烯結(jié)構(gòu)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的定義即可，這種石墨烯 結(jié)構(gòu)是指含有單層石墨烯結(jié)構(gòu)或多層石墨烯結(jié)構(gòu)，更優(yōu)選為兩者的組合，本發(fā)明的石墨烯結(jié)構(gòu)優(yōu)選為1-10層碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，還可以為單層、雙層或3-10層結(jié)構(gòu)的中的任意一種或多種的組合，若做成纖維這樣層狀結(jié)構(gòu)更能增加纖維產(chǎn)品本身的透氣性。通常的，層數(shù)多于10層，厚度在100nm以內(nèi)碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為石墨烯納米片層；層數(shù)為1-10層碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為石墨烯；以生物質(zhì)為碳源制備的層數(shù)多于10層，厚度在100nm以內(nèi)碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為生物質(zhì)石墨烯納米片層；以生物質(zhì)為碳源制備的層數(shù)為1-10層碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，稱為生物質(zhì)石墨烯。本發(fā)明的石墨烯結(jié)構(gòu)在微觀表象上優(yōu)選為碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)微觀上呈現(xiàn)翹曲、卷曲、折疊構(gòu)象中的任意一種或多種的組合，關(guān)于復(fù)合物中的片層結(jié)構(gòu)的微觀形貌典型的可以通過電子顯微鏡觀察獲得，可以是透射電鏡或掃描電鏡。本發(fā)明的石墨烯結(jié)構(gòu)在厚度上優(yōu)選為100nm以下，更優(yōu)選為50nm以下，最優(yōu)選為20nm以下，還可以為10nm、11nm以及12nm等，本發(fā)明這種石墨烯結(jié)構(gòu)的層數(shù)、厚度等參數(shù)限制均是發(fā)明人通過大量實(shí)踐獲得的，不是通過簡(jiǎn)單選擇就可以獲得的。在本發(fā)明中，功能合成材料經(jīng)過檢測(cè)，主要含有礦質(zhì)元素，礦質(zhì)元素包括Fe、Si和Al元素，最好還包括P、Ca、Na、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S和Co中的一種或多種，礦質(zhì)元素的含量占功能性合成材料的0.0005-0.8wt％，優(yōu)選為0.005-0.6wt％，更優(yōu)選為0.02-0.3wt％，最優(yōu)選為0.03-0.2wt％，還可以為0.05wt％-0.15wt％，例如還可以為0.05wt％、0.1wt％、0.12wt％、0.3wt％、0.45wt％、0.7wt％、0.72wt％、0.78wt％等。本發(fā)明的礦質(zhì)元素占所述功能合成 材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是指礦質(zhì)元素在功能合成材料產(chǎn)品中的含量，即元素在混合物中的含量。優(yōu)選地，所述礦質(zhì)元素在材料中以單質(zhì)、氧化物以及碳化物中的一種或幾種組合的形式吸附于石墨烯結(jié)構(gòu)的表面或內(nèi)部。本發(fā)明的功能性合成材料中的石墨烯結(jié)構(gòu)和礦質(zhì)元素可以通過含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物的形式引入；進(jìn)一步的，所述含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物無需進(jìn)行改性；進(jìn)一步的，所述含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物的質(zhì)量占所述功能性合成材料質(zhì)量的0.1--10wt％，優(yōu)選0.5-7wt％，進(jìn)一步優(yōu)選1-5wt％，特別優(yōu)選2-4wt％；優(yōu)選地，所述含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物以含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物干粉的形式加入，或者以含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物分散液的形式加入；優(yōu)選地，所述碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物分散液的分散劑選自去離子水、蒸餾水、乙醇、乙二醇、對(duì)苯二甲酸、醋酸鈉溶液、十二烷基苯磺酸、蓖麻油聚氧乙烯醚中的任意1種或至少2種的組合。所述含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物中，碳元素的含量占所述含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物的80wt％以上。所述含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物中，礦質(zhì)元素的含量占所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物的0.5-6wt％；這種碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物優(yōu)選為含有各種礦質(zhì)元素的納米級(jí)材料，更優(yōu)選為納米級(jí)單質(zhì)、納米級(jí)氧化物和納米級(jí)無機(jī)化合物中的一種或多種。本發(fā)明的含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物中，石墨烯結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有厚度在100nm以下的碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選具有厚度在 20nm以下的碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)選具有層數(shù)為1-10層碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)中的任意一種或幾種的組合，優(yōu)選單層、雙層或3-10層結(jié)構(gòu)的中的任意一種或幾種的組合；優(yōu)選的，所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物中碳的六元環(huán)蜂窩狀片層結(jié)構(gòu)微觀上呈現(xiàn)翹曲、卷曲、折疊構(gòu)象中的任意一種或幾種的組合。另外，碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物在拉曼光譜下碳元素G峰與D峰的峰高比值優(yōu)選為1-20，更優(yōu)選為3-20。拉曼光譜下碳元素G峰體現(xiàn)了sp2雜化程度；D峰體現(xiàn)了晶格缺陷，例如sp3的碳結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物中還含有碳元素，碳元素的含量占所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物的80wt％以上；碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物中存在石墨烯和無定形碳結(jié)構(gòu)，無定形碳中還含二維石墨層面或三維石墨微晶，在微晶邊緣上存在大量不規(guī)則的鍵，除含有大量的sp2碳外，還含有不少的sp3碳。實(shí)際上它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是真正的無定形體，而是具有和石墨一樣結(jié)構(gòu)的晶體，只是由碳原子六角形環(huán)狀平面形成的層狀結(jié)構(gòu)零亂且不規(guī)則，晶體形成有缺陷，大部分無定形碳是石墨層型結(jié)構(gòu)的分子碎片大致相互平行地，無規(guī)則地堆積在一起，可簡(jiǎn)稱為亂層結(jié)構(gòu)。層間或碎片之間用金剛石結(jié)構(gòu)的四面體成鍵方式的碳原子鍵連起來。還有，礦質(zhì)元素的含量占所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物的0.5-8wt％，優(yōu)選0.5-6wt％，再優(yōu)選1-5wt％，進(jìn)一步優(yōu)選2-4wt％。所述礦質(zhì)元素一般以單質(zhì)、氧化物以及碳化物中的一種或幾種組合的形式吸附于石墨烯結(jié)構(gòu)的表面或內(nèi)部。優(yōu)選的，所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物為生物質(zhì)石墨烯納米片或生物質(zhì)石墨烯，均是以生物質(zhì)為原料制備得到。利用生物質(zhì)作為原料制備得到的生物質(zhì)石墨烯納米片或生物質(zhì)石墨烯中，由于原料來自于植物，植物自身需要從土壤中吸收礦質(zhì)元素，這些礦質(zhì)元素在制備生物質(zhì)石墨烯過程中得到了選擇性的保留，礦質(zhì)元素至少為Fe、Si、Al，還可含有K、Na、Ca、Mg、P、Mn和Co中的一種或幾種。關(guān)于生物質(zhì)石墨烯納米片及生物質(zhì)石墨烯的制備方法其實(shí)沒有特別限制，以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的類似復(fù)合物的制備方法即可。本發(fā)明優(yōu)選為生物質(zhì)石墨烯的制備，可以選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的生物質(zhì)石墨烯的制備方法?，F(xiàn)有的生物質(zhì)石墨烯的制備方法舉例如：CN104118873A公開的方法；CN104016341A公開的方法；CN104724696A公開的方法；CN104724699A公開的方法；CN105060289A公開的方法。優(yōu)選地，按照以下步驟進(jìn)行：(1)在催化劑的作用下，將生物質(zhì)碳源進(jìn)行催化處理，得到前驅(qū)體；優(yōu)選的，催化處理的溫度控制在150-200℃，時(shí)間≥4h，優(yōu)選4-14h之間；所述前驅(qū)體中的水分含量?jī)?yōu)選為10wt％以下；前驅(qū)體升溫至140-180℃的升溫速率優(yōu)選為3-5℃/min；所述保護(hù)性氣氛為氮?dú)?、氦氣、氬氣中的任意一種或幾種的組合，優(yōu)選氮?dú)猓淮制废礈鞛橐来芜M(jìn)行酸洗和水洗；酸洗優(yōu)選使用濃度為3-6wt％的鹽酸，進(jìn)一步優(yōu)選濃度為5wt％的鹽酸，所述水洗優(yōu)選使用去離子水和/或蒸餾水，洗滌的溫度控制在55-65℃之間，優(yōu)選60℃。(2)在保護(hù)性氣體的條件下，將所述前驅(qū)體在140℃～180℃保溫1.5h～2.5h，得到第一中間體；在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，所述溫度為142℃、148℃、155℃、160℃、172℃或178℃，所述保溫時(shí)間為1.6h、1.8h、2h、2.2h或2.4h。(3)在保護(hù)性氣體的條件下，將所述第一中間體升溫至350℃～450℃保溫3h～4h，得到第二中間體；在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，所述溫度為360℃、370℃、380℃、390℃、410℃、420℃、430℃或440℃；所述保溫時(shí)間為3.1h、3.3h、3.5h、3.8h或3.9h。(4)在保護(hù)性氣體的條件下，將所述第二中間體升溫至1100℃～1300℃保溫2h～4h，得到第三中間體；即粗產(chǎn)品。在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，所述溫度為1130℃、1170℃、1210℃或1280℃；所述時(shí)間為2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3.0h、3.2h、3.4h、3.6h或3.8h；優(yōu)選地，所述步驟(3)和(4)中的升溫速率為14℃/min～18℃/min，在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，所述升溫速率為15℃/min、16℃/min或17℃/min。(5)將所述第三中間體(粗產(chǎn)品)依次堿洗、酸洗、水洗，得到含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物；也即是上述的生物質(zhì)石墨烯(含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物的一種)。上述步驟中的生物質(zhì)碳源選自植物和/或農(nóng)林廢棄物中的任意一種或幾種的組合，優(yōu)選針葉木、闊葉木、林葉木、農(nóng)林廢棄物中的任意一種或幾種的組合；所述農(nóng)林廢棄物優(yōu)選自玉米桿、玉米芯、高粱桿、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木糖渣、木屑、棉稈、果殼、和蘆葦中的任意一種或幾種的組合，優(yōu)選玉米芯。生物質(zhì)碳源選自木質(zhì)纖維素、纖維素、木質(zhì)素中一種或多種的組合，更優(yōu)選為纖維 素和/或木質(zhì)素，還可以為纖維素，進(jìn)一步優(yōu)選為多孔纖維素。上述制備得到的生物質(zhì)石墨烯不需進(jìn)行活化或者改進(jìn)。在本發(fā)明中，所述生物質(zhì)碳源優(yōu)選為木質(zhì)纖維素、纖維素和木質(zhì)素中的一種或多種，更優(yōu)選為木質(zhì)纖維素、纖維素或木質(zhì)素。優(yōu)選的，所述纖維素為多孔纖維素，其通過如下方法獲得：將生物質(zhì)資源進(jìn)行酸水解得到木質(zhì)纖維素，之后經(jīng)過多孔化后處理得到多孔纖維素；可選地，多孔纖維素經(jīng)漂白后使用。所述生物質(zhì)資源選自植物和/或農(nóng)林廢棄物中的任意一種或幾種的組合；優(yōu)選農(nóng)林廢棄物中的任意一種或幾種的組合。優(yōu)選的，所述農(nóng)林廢棄物選自玉米桿、玉米芯、高粱桿、甜菜渣、甘蔗渣、糠醛渣、木糖渣、木屑、棉稈和蘆葦中的任意一種或幾種的組合，優(yōu)選玉米芯。本發(fā)明所述生物質(zhì)碳源包括玉米桿和玉米芯的組合，甘蔗渣、高粱桿和木屑的組合，甜菜渣、甘蔗渣和玉米芯的組合、高粱桿、甜菜渣和木糖渣的組合等。生物質(zhì)碳源和催化處理所用的催化劑的質(zhì)量比優(yōu)選為1:(0.5-5)，優(yōu)選1:(1-3)；在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，所述比例為1:0.5、1:1或1:3。所述催化劑選自錳的鹵素化合物、含鐵化合物、含鈷化合物和含鎳化合物中的任意一種或幾種的組合。含鐵化合物選自鐵的鹵素化合物、鐵的氰化物和含鐵酸鹽中的任意一種或幾種的組合。所述含鐵酸鹽為含有鐵元素的有機(jī)酸的鹽或含有鐵元素的無機(jī)酸的鹽。所述鐵的鹵素化合物可以是氯化鐵和/或溴化鐵。所述含鈷化合物選自鈷的鹵素化合物和含鈷酸鹽中的任意一種或幾種的組合。所述含鈷酸鹽為含有鈷元素的有機(jī)酸的鹽或含有鈷元素的無機(jī)酸的 鹽。所述鈷的鹵素化合物可以是氯化鈷和/或溴化鈷。所述含鎳化合物選自鎳的氯化鹽和含鎳酸鹽中的任意一種或幾種的組合。所述含鎳酸鹽為含有鎳元素的有機(jī)酸的鹽或含有鎳元素的無機(jī)酸的鹽。所述鎳的鹵素化合物可以是氯化鎳和/或溴化鎳。最優(yōu)選的，所述催化劑選自氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、三草酸合鐵酸鉀、氯化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷、乙酸鈷、氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳和乙酸鎳中的任意一種或幾種的組合。本發(fā)明所述催化劑的組合典型但非限制性的實(shí)例有氯化亞鐵和硫酸鐵的組合，鐵氰化鉀和三草酸合鐵酸鉀的組合，氯化鈷、硝酸鈷和氯化鐵的組合，硫酸鈷、乙酸鈷和硝酸鎳的組合，氯化鐵、氯化鈷和乙酸鎳的組合。優(yōu)選地，進(jìn)行催化處理的溫度為150℃-200℃，例如160℃、170℃、180℃190℃等，時(shí)間≥4h，優(yōu)選4h-14h，在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，時(shí)間可以為4.2h、7h、9h、12h、16h、19h、23h。優(yōu)選的，前驅(qū)體中的水分含量控制在10wt％以下，在本發(fā)明的某些具體實(shí)施例中，水分含量還可以為1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、10wt％等。優(yōu)選的，所述保護(hù)性氣氛為氮?dú)?、氦氣、氬氣中的任意一種或幾種的組合，優(yōu)選氮?dú)狻?yōu)選的，所述酸洗使用濃度為3-6wt％的鹽酸水溶液，進(jìn)一步優(yōu)選濃度為5wt％的鹽酸水溶液；所述水洗優(yōu)選使用去離子水和/或蒸餾水；所述堿洗使用濃度為5-15wt％的氫氧化鈉水溶液，進(jìn)一步優(yōu)選濃度為10wt％的氫氧化鈉水溶液。最后洗滌的溫度最好控制在55-65℃之間，例如還可以為56℃、57℃、58℃、60℃、63℃等，優(yōu)選60℃。本發(fā)明所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物還可以通過以下多種方法制備：方法1：利用生物質(zhì)資源通過現(xiàn)有工藝制備得到活性炭，因?yàn)椴煌参矬w內(nèi)微量元素種類和含量是有很大區(qū)別的，所以通過后期的酸洗、水洗等步驟控制礦質(zhì)元素(至少含有Fe、Si、Al，還可以含有P、Ca、Na、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意一種及以上元素的組合)的含量，在此基礎(chǔ)上引入石墨烯，使礦質(zhì)元素占復(fù)合物的0.5-6wt％；方法2：市場(chǎng)購(gòu)得木質(zhì)素，在惰性氣體下高溫炭化，再加入石墨烯，后期引入納米礦質(zhì)元素(至少含有Fe、Si、Al，還可以含有P、Ca、Na、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意一種及以上元素的組合)，并使其含量控制在0.5-6wt％；方法3：對(duì)一些有機(jī)廢料，例如酚醛樹脂泡沫板，對(duì)其炭化后，引入石墨烯，后期引入納米礦質(zhì)元素(至少含有Fe、Si、Al，還可以含有P、Ca、Na、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意一種及以上元素的組合)，并使其含量控制在0.5-6wt％；方法4：向納米石墨中加入活性炭和石墨烯，后期引入礦質(zhì)元素(至少含有Fe、Si、Al，還可以含有P、Ca、Na、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意一種及以上元素的組合)，并使其含量控制在0.5-6wt％；本發(fā)明所利用的碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物不限于以上制備方法。本發(fā)明通過碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物的方式來引入石墨烯結(jié)構(gòu)和礦質(zhì)物質(zhì)，并且在引入后，制備功能性合成材料過程中無需對(duì)引入物質(zhì) 進(jìn)行前處理，例如活化、改性等，就可以與合成材料聚合物進(jìn)行有效的結(jié)合，帶來額外提高的遠(yuǎn)紅外效果和抑菌效果。本發(fā)明對(duì)復(fù)合材料或碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物中礦質(zhì)元素的含量進(jìn)行測(cè)試，可通過如下方法進(jìn)行：礦質(zhì)元素含量測(cè)定方法之一：采用XRD方法。礦質(zhì)元素含量測(cè)定方法之二：采用國(guó)標(biāo)GB/T17359-1998，電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則。本發(fā)明對(duì)所述礦質(zhì)元素的測(cè)定方法沒有限定，任何本領(lǐng)域已知的或者新的測(cè)定法均可用于本發(fā)明；本發(fā)明提供了礦質(zhì)元素含量的測(cè)定方法，優(yōu)選“第一種礦質(zhì)元素含量測(cè)定方法”進(jìn)行測(cè)定，本發(fā)明實(shí)施例中選用“第一種礦質(zhì)元素含量測(cè)定方法”進(jìn)行測(cè)定。對(duì)所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物的紅外檢測(cè)數(shù)據(jù)依據(jù)：GBT7286.1-1987《金屬與非金屬材料全法向發(fā)射率試驗(yàn)方法》；對(duì)所述碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物的抑菌檢測(cè)數(shù)據(jù)依據(jù)：按照GB/T20944.3-2008檢驗(yàn)方法，以金黃色葡萄球菌為例。本發(fā)明的功能合成材料的制備方法是在現(xiàn)有的制備方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)制備得到，具體步驟如下：方法之一為：將合成材料熔融，然后向其中引入石墨烯結(jié)構(gòu)以及礦質(zhì)元素，冷卻后得到功能性合成材料。方法之二為：將合成材料溶解于溶劑中，然后向其中引入石墨烯結(jié)構(gòu)以及礦質(zhì)元素，除去溶劑后得到功能性合成材料；優(yōu)選地，所述溶劑為氟乙酸、苯酚與四氯乙烷的混合溶液、四氫呋喃中的任意1種或至少2種的組合；優(yōu)選地，所述除去溶劑的方式為蒸餾。方法之三為：在合成材料聚合過程中引入石墨烯結(jié)構(gòu)以及礦質(zhì)元素，進(jìn)行原位聚合，反應(yīng)完畢得到熔體，熔體出料得到功能性合成材料。最后，本發(fā)明還提供了一種功能性材料制品，是由上述的功能性合成材料制備而成。優(yōu)選地，所述功能性材料制品包括使用所述功能性合成材料通過紡絲制備的功能性合成纖維；優(yōu)選地，所述功能性材料制品還包括使用所述功能性合成纖維制成的紡織品，所述紡織品包括民用服裝、家紡織物、紫外防護(hù)織物和工業(yè)用特種防護(hù)服，所述家紡織物包括毛巾、浴巾、床單和被罩；優(yōu)選地，所述功能性材料制品包括使用所述功能性合成材料通過流延刮涂法制備的薄膜；優(yōu)選地，所述功能性材料制品還包括使用所述功能性合成材料制備的管材、家具、型材。例如上述的功能性合成纖維：通過在合成材料原位聚合過程或紡絲步驟中引入石墨烯結(jié)構(gòu)及礦質(zhì)元素；優(yōu)選地，先采用溶劑將含有石墨烯結(jié)構(gòu)以及礦質(zhì)元素的載體溶解分散制成混合溶液后，再引入；優(yōu)選地，所述功能性合成纖維是采用干法紡絲法、濕法紡絲法、干濕法紡絲法、反應(yīng)紡絲法以及熔融方法中的其中一種方法進(jìn)行制備而成；優(yōu)選地，所述溶劑為水性溶劑，優(yōu)選為水。以下四種制備方法為上述功能性合成纖維制備的常用方法，其中，干法紡絲法、濕法紡絲法和熔體紡絲法步驟中，聚合和紡絲步 驟為先后順序，不同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)步驟。而反應(yīng)紡絲法中，聚合和紡絲步驟同時(shí)進(jìn)行，四種制備方法具體操作步驟如下，以氨綸為例：1)干法紡絲法：聚合：聚醚與二異氰酸酯反應(yīng)形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑混合溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。紡絲：將紡絲原液壓入紡絲頭，在壓力的作用下，紡絲液從噴絲板毛細(xì)孔中被擠出形成絲條細(xì)流，并進(jìn)入甬道。甬道中充有熱空氣，使絲條細(xì)流中的溶劑迅速揮發(fā)，并被空氣帶走，絲條濃度不斷提高直至凝固，與此同時(shí)絲條細(xì)流被拉伸變細(xì)，最后被卷繞成一定的卷裝。2)濕法紡絲法：聚合：聚醚與二異氰酸酯反應(yīng)形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑混合溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。紡絲：將紡絲原液壓入紡絲頭，在壓力的作用下，紡絲液從噴絲板毛細(xì)孔中被擠出形成絲條細(xì)流，進(jìn)入凝固浴。凝固浴以溫水(90℃以下)為凝固介質(zhì)，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴(kuò)散，原液細(xì)流中聚合物的濃度不斷提高，于是高聚物在凝固浴中析出形成纖維，再經(jīng)洗滌干燥后進(jìn)行卷繞。3)反應(yīng)紡絲法：反應(yīng)紡絲法亦稱化學(xué)紡絲法。反應(yīng)紡絲法由單體或預(yù)聚物形成高聚物的過程與成纖過程同時(shí)進(jìn)行。氨綸的反應(yīng)紡絲，是將兩端含有二異氰酸酯的聚醚或聚酯預(yù)聚物的溶液，經(jīng)噴絲頭壓出進(jìn)入凝固浴，與凝固浴中的鏈增長(zhǎng)劑反應(yīng)， 生成初生纖維。初生纖維卷繞后還應(yīng)在加壓的水中進(jìn)行硬化處理，使初生纖維內(nèi)部未起反應(yīng)的部分進(jìn)行交聯(lián)，從而轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥S結(jié)構(gòu)的聚氨酯嵌段共聚物。4)熔體紡絲法：如針對(duì)氨綸生產(chǎn)，熔體紡絲只能適用于熱穩(wěn)定性良好的聚氨酯嵌段共聚物，如由4,4′-甲撐二苯二異氰酸酯和1,4-丁二醇縮聚所獲得的聚氨酯嵌段共聚物等。氨綸的熔體紡絲主要經(jīng)過6步完成：切片干燥-熔融-熔體細(xì)流形成-冷卻-延伸-卷繞。5)干濕法紡絲法：聚合：聚醚與二異氰酸酯反應(yīng)形成預(yù)聚物，預(yù)聚物經(jīng)溶劑混合溶解后，再加入二胺進(jìn)行鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，形成嵌段共聚物溶液，再經(jīng)混合、過濾、脫泡等工序，制成性能均勻一致的紡絲原液。紡絲：將紡絲原液壓入紡絲頭，在壓力的作用下，紡絲液從噴絲板毛細(xì)孔中被擠出形成絲條細(xì)流，經(jīng)過空氣層，然后進(jìn)入凝固浴。凝固浴以溫水(90℃以下)為凝固介質(zhì)，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴(kuò)散，原液細(xì)流中聚合物的濃度不斷提高，于是高聚物在凝固浴中析出形成纖維，再經(jīng)洗滌干燥后進(jìn)行卷繞。本發(fā)明對(duì)所述功能性合成纖維的遠(yuǎn)紅外性能和抗菌性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如下：其中，紅外檢測(cè)數(shù)據(jù)依據(jù)：經(jīng)國(guó)家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，按照FZ/T64010-2000檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)；抑菌檢測(cè)數(shù)據(jù)依據(jù)：經(jīng)國(guó)家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，按照GB/T20944.3-2008檢驗(yàn)方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：(1)本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功能性合成材料，在傳統(tǒng)的合成材料基礎(chǔ)上引入石墨烯結(jié)構(gòu)和礦質(zhì)元素，通過石墨烯結(jié)構(gòu)、Fe、Si和Al元素的搭配組合，使得本發(fā)明提供的功能性合成材料具有遠(yuǎn)紅外性能和抗菌抑菌多種性能，并通過控制調(diào)節(jié)特定的加入比例，能夠具有較高的遠(yuǎn)紅外效果和抑菌效果，能滿足不同人群的需求，適于市場(chǎng)化，也提高了材料本身的附加值；(2)本發(fā)明的功能性合成材料的制備方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便，前后步驟銜接緊密，操作條件溫和，當(dāng)然這種制備方法只是較優(yōu)的一種工藝路線，除此制備方法現(xiàn)有技術(shù)中的合成材料的其他制備方法也同樣適用，操作靈活多樣，只要將聚合物與碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物實(shí)現(xiàn)復(fù)合即可，并且在引入過程中不需對(duì)物質(zhì)進(jìn)行如何預(yù)處理，例如活化、改性等，制備得到的功能性合成材料各方面性能俱佳，具備很好的遠(yuǎn)紅外效果以及抑菌效果；(3)本發(fā)明的功能性合成材料的遠(yuǎn)紅外性能最高可達(dá)到0.93，抑菌性能最高能都達(dá)到99％以上，可見其實(shí)際應(yīng)用效果非常顯著。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品，下面以生物質(zhì)石墨烯作為石墨烯結(jié)構(gòu)及礦質(zhì)元素的引入方式進(jìn)行說明。生物質(zhì)石墨烯制備方法：(1)按質(zhì)量比1:1混合玉米芯纖維素和氯化亞鐵，在150℃下攪拌進(jìn)行催化處理4h，干燥至前驅(qū)體水分含量10wt％，得到前驅(qū)體；(2)N2氣氛中，以3℃/min速率將前驅(qū)體升溫至170℃，保溫2h，之后程序升溫至400℃，保溫3h，之后升溫至1200℃，保溫3h后得到粗品；所述程序升溫的升溫速率為15℃/min；(3)55～65℃下，將粗品經(jīng)過濃度為10％的氫氧化鈉溶液、4wt％的鹽酸酸洗后，水洗得到生物質(zhì)石墨烯。通過工藝控制礦質(zhì)元素含量為0.5-6wt％。以下實(shí)施例中，以聚酰胺纖維熔融紡絲為例，但是以下實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1-11為在功能性聚酰胺纖維制備過程中引入生物質(zhì)石墨烯，具體為在制備母粒過程中引入。母粒：將生物質(zhì)石墨烯與聚酰胺切片一起混合攪拌3-5min，干燥，經(jīng)雙螺桿擠出，擠出溫度為250-275℃，真空度為0.05-0.08MPa，經(jīng)水冷切粒即得功能性合成材料(聚酰胺母粒)。聚酰胺纖維制備：將上述的聚酰胺母粒與聚酰胺切片混合攪拌1-2min，均勻后熔融紡絲制成功能性合成纖維(功能性聚酰胺纖維)。表1實(shí)施例12生物質(zhì)石墨烯在紡絲過程中引入，生物質(zhì)石墨烯的品質(zhì)與實(shí)施例3中相同，加入量也為2.2wt％。經(jīng)檢測(cè)，纖維中礦質(zhì)元素含量為0.015wt％，遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率為0.87，抗菌率為90％。本發(fā)明實(shí)施例1-12的功能性合成纖維均可用于制民用服裝、家紡織物、紫外防護(hù)織物和工業(yè)用特種防護(hù)服等纖維制品。比較例1將實(shí)施例3中的生物質(zhì)石墨烯替換為純石墨烯，其他條件不變。比較例2將實(shí)施例3中的生物質(zhì)石墨烯替換為竹炭，其他條件不變。比較例3將實(shí)施例3中的生物質(zhì)石墨烯替換為石墨，其他條件不變。具體檢測(cè)結(jié)果如下：表2組別遠(yuǎn)紅外(法向發(fā)射率)抗菌率％比較例10.7767比較例20.7860比較例30.750通過對(duì)其他合成纖維(如聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇縮甲醛纖維、聚氯乙烯纖維、聚氨酯纖維，以及它們?cè)偌由暇埘０防w維之間中的幾種混合)的制備檢測(cè)結(jié)果顯示，與聚酰胺纖維檢測(cè)結(jié)果趨勢(shì)雷同，結(jié)果數(shù)值相當(dāng)。其他纖維不再一一贅述，僅提供含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物添加量為1.1％的實(shí)施例。具體見下表3。表3本發(fā)明實(shí)施例13-17的功能性合成纖維均可用于制民用服裝、家紡織物、紫外防護(hù)織物和工業(yè)用特種防護(hù)服等纖維制品。含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物還可以通過以下幾個(gè)方法得到：方法1：利用生物質(zhì)資源通過現(xiàn)有工藝制備得到活性炭，因?yàn)椴煌参矬w內(nèi)微量元素種類和含量是有很大區(qū)別的，所以通過后期的酸洗、水洗等步驟控制礦質(zhì)元素(Fe、Si、Al、P、Ca、Na、Mn、K、Mg、S)的含量，在此基礎(chǔ)上引入石墨烯，使礦質(zhì)元素占復(fù)合物的0.5-6wt％。方法2：市場(chǎng)購(gòu)得木質(zhì)素，在惰性氣體下高溫炭化或者對(duì)其進(jìn)行不徹底的石墨化反應(yīng)，再加入石墨烯，后期引入納米礦質(zhì)元素(P、Si、Ca、Al、Fe、Mg元素，具體引入途徑為納米五氧化二磷、納米硅粉、納米碳酸鈣、納米鋁粉、納米鐵粉、納米鎂粉的納米材料)，并使其含量控制在0.5-6wt％。方法3：對(duì)一些有機(jī)廢料，例如酚醛樹脂泡沫板，對(duì)其炭化后，引入石墨烯，后期引入納米礦質(zhì)元素(P、Si、Ca、Al、Fe、Mg、Co元素，具體為納米五氧化二磷、納米硅粉、納米碳酸鈣、納米三氧化二鋁、納米鐵粉、納米鎂粉、納米鈷粉的納米材料)，并使其含量控制在0.5-6wt％。方法4：向納米石墨中加入活性炭和石墨烯，后期引入礦質(zhì)元素(具體為納米鐵粉、納米硅粉、納米三氧化二鋁、納米五氧化二磷、納米碳酸鈉、納米氧化鎳、納米二氧化錳、納米鎂粉、納米鈷粉)，并使其含量控制在0.5-6wt％。實(shí)施例18-21分別為在聚酰胺纖維制備過程中引入方法1、方法2、方法3、方法4制備的含有碳納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，具體為在單體聚合過程中引入。具體結(jié)果見下表4。表4從表1中可以看出，本發(fā)明制備得到的功能性合成纖維的各方面性能均優(yōu)于市面上普通的纖維制品，當(dāng)然這與本發(fā)明的特定的原 料選擇是分不開的，市面上普通的石墨烯產(chǎn)品是滿足不了本發(fā)明的原料要求的。當(dāng)將其作為塑料材料時(shí)(例如薄膜、管材、家具、型材)，遠(yuǎn)紅外及抑菌效果仍顯著。盡管已用具體實(shí)施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。當(dāng)前第1頁1 2 3