CN112176530A - 石墨烯熔喷布、石墨烯熔喷布的制作方法及口罩 - Google Patents

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Abstract

一种石墨烯熔喷布，所述石墨烯熔喷布的组分为：石墨烯材料、嵌段共聚物、改性聚丙烯及聚丙烯；所述嵌段共聚物具有苯环结构；按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.3％‑3％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.05％‑0.2％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％‑19.3％，余量为所述聚丙烯。本发明提供的石墨烯熔喷布抑菌性能优异、吸附过滤效果好且石墨烯分散良好，与聚丙烯间的附着力较强。

Description

石墨烯熔喷布、石墨烯熔喷布的制作方法及口罩
技术领域
本发明涉及熔喷布领域，尤其涉及一种石墨烯熔喷布、石墨烯熔喷布的制作方法及应用所述石墨烯熔喷布的口罩。
背景技术
熔喷布是采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸形成超细纤维，所述超细纤维自身粘合形成的熔喷法非织造布。所述熔喷布以聚丙烯为主要原料，所述超细纤维的直径可以达到0.5-10微米，所述超细纤维具有独特的毛细结构，所述毛细结构增加了单位面积内超细纤维的数量和表面积，从而使所述熔喷布具有很好空气过滤性。所述熔喷布已经广泛应用在过滤材料、医疗卫生材料、环境保护材料、服装材料、电池隔膜材料以及擦拭材料等领域。
所述熔喷布具有很好的空气过滤性，是较为良好的口罩材料，其防护机理是：通过对熔喷布驻极而使得熔喷布产生静电吸附作用，从而起到阻隔细菌、灰尘等微小颗粒的作用。但是这种熔喷布制作的口罩使用3-4小时后其防护性能就会大大下降，口罩更换频率高，使用效率低，医疗废物处理量也较大。现在公开的石墨烯/聚丙烯母粒、熔喷布及其制备方法中，大多都是将石墨烯与聚丙烯简单混合，这种方法导致石墨烯与聚丙烯之间的附着力差，石墨烯有较大脱落、失效甚至被人体吸入的风险。另外，这种石墨烯/聚丙烯母粒中的石墨烯容易发生团聚，从而导致在制作熔喷布的过程中出现严重的喷头堵塞问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种抑菌性能优异、吸附过滤效果好且石墨烯分散良好，与聚丙烯间的附着力较强的石墨烯熔喷布。
还有必要提供一种如上所述的石墨烯熔喷布的制作方法。
还有必要提供一种应用如上所述的石墨烯熔喷布的口罩。
一种石墨烯熔喷布，所述石墨烯熔喷布的组分为：石墨烯材料、嵌段共聚物、改性聚丙烯及聚丙烯；所述嵌段共聚物具有苯环结构；按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.3％-3％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.05％-0.2％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-19.3％，余量为所述聚丙烯。
进一步地，按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.8％-1.5％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.07％-0.1％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-9.13％，余量为所述聚丙烯。
进一步地，所述石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。
进一步地，所述嵌段共聚物包括苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯-异丁烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物及苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
进一步地，所述改性聚丙烯的表面具有第一活性基团。
进一步地，所述第一活性基团为含氧官能团或含氮官能团。
进一步地，所述石墨烯材料的表面具有第二活性基团，所述第二活性基团能够与第一活性基团发生化学反应而结合在一起。
一种如上所述的石墨烯熔喷布的制作方法，包括步骤：通过等离子体处理法对聚丙烯进行改性，得到改性聚丙烯；所述改性聚丙烯的表面具有因空气放电等离子处理形成的活性基团；按所述重量百分比将石墨烯、嵌段共聚物及改性聚丙烯混合、熔融、造粒并冷却，得到一混合物；及将聚丙烯与所述混合物搅拌混合、熔融、挤出、喷丝并收卷，以形成石墨烯熔喷布。
进一步地，通过等离子体处理法对聚丙烯进行改性包括步骤：将一定量的聚丙烯放入射频辉光放点等离子体真空室中；抽真空20Pa-40Pa；及对所述聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为100W-300W。
一种口罩，所述口罩包括一亲肤无纺布层、成型无纺布层及一形成在所述亲肤无纺布层及成型无纺布层之间的抑菌吸附层，所述抑菌吸附层由如上所述的石墨烯熔喷布制作而成。
本发明提供的石墨烯熔喷布及其制作方法，1)所述石墨烯熔喷布中加入了含苯环结构的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物通过π-π相互作用与所述石墨烯材料之间形成非共价结合，从而实现石墨烯材料的良好分散，以降低所述石墨烯熔喷布在成型过程中因石墨烯团聚而堵塞喷头的几率；2)通过等离子体处理法改性部分聚丙烯，可以使得这部分聚丙烯的表面具有因空气放电等离子处理形成的第一活性基团，所述改性聚丙烯表面的第一活性基团能够与所述石墨烯材料表面的第二活性基团发生化学反应而使得石墨烯与聚丙烯牢固结合在一起，从而增强石墨烯材料与聚丙烯之间的附着力；3)石墨烯材料具有较大的比表面积和抗菌抑菌性，较大的比表面积能够提高所述石墨烯熔喷布的吸附性，从而使得所述石墨烯熔喷布具有优异的抗菌性能及较高的过滤效果。
附图说明
图1为本发明较佳实施例提供的口罩的剖视图。
主要元件符号说明
口罩 100
亲肤无纺布层 10
成型无纺布层 20
抑菌吸附层 30
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为能进一步阐述本发明达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施方式，对本发明提供的石墨烯熔喷布及其制作方法以及口罩的具体实施方式、结构、特征及其功效，作出如下详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种石墨烯熔喷布，所述石墨烯熔喷布的组分为：石墨烯材料、嵌段共聚物、改性聚丙烯及聚丙烯；所述嵌段共聚物具有苯环结构；按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.3％-3％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.05％-0.2％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-19.3％，其余量为所述聚丙烯。
优选地，按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.8％-1.5％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.07％-0.1％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-9.13％。
其中，所述石墨烯熔喷布中加入了含苯环结构的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物通过π-π相互作用与所述石墨烯材料之间形成非共价结合，从而实现石墨烯材料的良好分散，以降低所述石墨烯熔喷布在成型过程中因石墨烯团聚而堵塞喷头的几率具体地，石墨烯材料的π体系与具有π结构的嵌段共聚物通过扩散的电子云相互吸引，从而实现石墨烯的良好分散。
其中，石墨烯材料具有较大的比表面积和抗菌抑菌性，较大的比表面积能够提高所述石墨烯熔喷布的吸附性，从而使得所述石墨烯熔喷布具有优异的抗菌性能及较高的过滤效果。
其中，所述石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。
其中，所述嵌段共聚物包括苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯-异丁烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物及苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
其中，所述改性聚丙烯的表面具有第一活性基团。具体地，所述第一活性基团为含氧官能团或含氮官能团。例如：-NH3、-OH、-O2 -等。其中，所述第一活性基团是由空气放电等离子处理形成的。
其中，所述石墨烯的表面具有第二活性基团，所述第二活性基团能够与第一活性基团发生化学反应而结合在一起。例如：-COOH等。
其中，所述改性聚丙烯表面的第一活性基团能够与所述石墨烯材料表面的第二活性基团发生化学反应而使得石墨烯与聚丙烯牢固结合在一起，从而增强石墨烯材料与聚丙烯之间的附着力。
请参阅图1，本发明还提供一种口罩100，所述口罩100包括一亲肤无纺布层10、一成型无纺布层20及一形成在所述亲肤无纺布层10及所述成型无纺布层20之间的抑菌吸附层30，所述抑菌吸附层30由如上所述的石墨烯熔喷布制作而成。
其中，使用所述石墨烯熔喷布作为所述口罩100的抑菌吸附层，可以使得所述口罩100具有优异的抑菌性能及良好的吸附过滤效果，石墨烯材料与聚丙烯之间具有较好的附着力，从而能够避免石墨烯材料从聚丙烯上脱落、失效、甚至被人体吸入的风险。
本发明还提供一种如上所述的石墨烯熔喷布的制备方法，包括步骤：
步骤S1：通过等离子体处理法对聚丙烯进行改性，得到改性聚丙烯；所述改性聚丙烯的表面具有因空气放电等离子处理形成的活性基团。
步骤S2：按照如上所述的石墨烯熔喷布的配方将石墨烯、嵌段共聚物及改性聚丙烯混合、熔融、造粒并冷却，得到一混合物。
步骤S3：将配方量的聚丙烯与所述混合物搅拌混合、熔融、挤出、喷丝并收卷，以形成石墨烯熔喷布。
其中，石墨烯熔喷布的配方为：按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.3％-3％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.05％-0.2％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-19.3％，其余量为所述聚丙烯。优选地，所述石墨烯熔喷布的配方为：按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.8％-1.5％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.07％-0.1％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-9.13％。
其中，通过等离子体处理法对聚丙烯进行改性包括步骤：将一定量的聚丙烯放入射频辉光放点等离子体真空室中，抽真空20Pa-40Pa，放置一段时间，对所述聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为100W-300W。
其中，“将配方量的聚丙烯与所述混合物搅拌混合、熔融、挤出、喷丝并收卷”中熔融的温度是200℃-300℃。
其中，通过等离子体处理法改性部分聚丙烯，可以使得这部分聚丙烯的表面引入因空气放电等离子处理形成的活性基团，在聚丙烯的表面形成了新的表面结构，从而能够提高聚丙烯的表面活性，进而提高石墨烯与聚丙烯之间的附着力。
其中，采用空气等离子体处理聚丙烯的原理是：在电场作用下，空气中的自由电子从电场中获得能量，成为高能量电子，这些高能量电子与气体中的分子、原子碰撞，当电子的能量大于分子或原子的激发能时，就会产生激发分子、激发原子、自由基等具有不同能量的辐射线。由于等离子体中绝大部分粒子的能量均高于一般聚合物中化学键的键能，完全可以破坏高分子表面的旧键而形成新键，从而赋予材料表面新的特性。空气等离子体参与聚合物表面的化学反应，改变表面化学组成，在表面引入大量含氧或含氮官能团，如-NH3，-OH等。
其中，本案制作所述石墨烯熔喷布的方法具有绿色环保、操作简单、效率更高的特点。
下面通过实施例来对本发明的石墨烯熔喷布的制作方法进行具体说明。
实施例1
首先将一定量的聚丙烯放入射频辉光放电等离子体装置中的等离子真空室中，抽真空到40Pa，放置3分钟，对聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为100W，得到改性聚丙烯。按重量百分比计，将0.6％的石墨烯、0.1％的苯乙烯-异戊二烯共聚物和19.3％的改性聚丙烯混合，搅拌，熔融，造粒，冷却后加入80％的聚丙烯混合搅拌，在230℃的温度下熔融挤出，喷丝，收卷形成石墨烯熔喷布。
实施例2
首先将一定量的聚丙烯放入射频辉光放电等离子体装置中的等离子真空室中，抽真空到30Pa，放置3分钟，对聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为200W，得到改性聚丙烯。按重量百分比计，将1.6％的石墨烯、0.14％的苯乙烯-异丁烯共聚物和18.26％的改性聚丙烯混合，搅拌，熔融，造粒，冷却后加入80％的聚丙烯混合搅拌，在280℃的温度下熔融挤出，喷丝，收卷形成石墨烯熔喷布。
实施例3
首先将一定量的聚丙烯放入射频辉光放电等离子体装置中的等离子真空室中，抽真空到25Pa，放置3分钟，对聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为200W，得到改性聚丙烯。按重量百分比计，将1.28％的石墨烯、0.11％的苯乙烯-丁二烯共聚物和14.61％的改性聚丙烯混合，搅拌，熔融，造粒，冷却后加入84％的聚丙烯混合搅拌，在200℃的温度下熔融挤出，喷丝，收卷形成石墨烯熔喷布。
实施例4
首先将一定量的聚丙烯放入射频辉光放电等离子体装置中的等离子真空室中，抽真空到20Pa，放置3分钟，对聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为300W，得到改性聚丙烯。按重量百分比计，将1.5％的石墨烯、0.1％的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物和8.4％的改性聚丙烯混合，搅拌，熔融，造粒，冷却后加入90％的聚丙烯混合搅拌，在300℃的温度下熔融挤出，喷丝，收卷形成石墨烯熔喷布。
本发明提供的石墨烯熔喷布及其制作方法，1)所述石墨烯熔喷布中加入了含苯环结构的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物通过π-π相互作用与所述石墨烯材料之间形成非共价结合，从而实现石墨烯材料的良好分散，以降低所述石墨烯熔喷布在成型过程中因石墨烯团聚而堵塞喷头的几率；2)通过等离子体处理法改性部分聚丙烯，可以使得这部分聚丙烯的表面具有因空气放电等离子处理形成的第一活性基团，所述改性聚丙烯表面的第一活性基团能够与所述石墨烯材料表面的第二活性基团发生化学反应而使得石墨烯与聚丙烯牢固结合在一起，从而增强石墨烯材料与聚丙烯之间的附着力；3)石墨烯材料具有较大的比表面积和抗菌抑菌性，较大的比表面积能够提高所述石墨烯熔喷布的吸附性，从而使得所述石墨烯熔喷布具有优异的抗菌性能及较高的过滤效果；4)本案制作所述石墨烯熔喷布的方法具有绿色环保、操作简单、效率更高的特点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明任何形式上的限制，虽然本发明已是较佳实施方式揭露如上，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯熔喷布，其特征在于，所述石墨烯熔喷布的组分为：石墨烯材料、嵌段共聚物、改性聚丙烯及聚丙烯；所述嵌段共聚物具有苯环结构；按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.3％-3％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.05％-0.2％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-19.3％，余量为所述聚丙烯。
2.如权利要求1所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，按重量百分比计，所述石墨烯材料在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.8％-1.5％，所述嵌段共聚物在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为0.07％-0.1％，所述改性聚丙烯在所述石墨烯熔喷布的各组分中所占的百分比为8.4％-9.13％，余量为所述聚丙烯。
3.如权利要求1所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，所述石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯及石墨烯衍生物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，所述嵌段共聚物包括苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯-异丁烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物及苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，所述改性聚丙烯的表面具有第一活性基团。
6.如权利要求5所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，所述第一活性基团为含氧官能团或含氮官能团。
7.如权利要求1所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，所述石墨烯的表面具有第二活性基团，所述第二活性基团能够与第一活性基团发生化学反应而结合在一起。
8.一种石墨烯熔喷布的制作方法，用于制作如权利要求1-7任一项所述的石墨烯熔喷布，其特征在于，包括步骤：
通过等离子体处理法对聚丙烯进行改性，得到改性聚丙烯；所述改性聚丙烯的表面具有因空气放电等离子处理形成的活性基团；
按所述按重量百分比将石墨烯、嵌段共聚物及改性聚丙烯混合、熔融、造粒并冷却，得到一混合物；及
将聚丙烯与所述混合物搅拌混合、熔融、挤出、喷丝并收卷，以形成石墨烯熔喷布。
9.如权利要求8所述的石墨烯熔喷布的制作方法，其特征在于，通过等离子体处理法对聚丙烯进行改性包括步骤：
将一定量的聚丙烯放入射频辉光放点等离子体真空室中；
抽真空20Pa-40Pa；及
对所述聚丙烯进行空气放电等离子处理，放电功率为100W-300W。
10.一种口罩，所述口罩包括一亲肤无纺布层、成型无纺布层及一形成在所述亲肤无纺布层及成型无纺布层之间的抑菌吸附层，其特征在于，所述抑菌吸附层由如权利要求1-7任一项所述的石墨烯熔喷布制作而成。
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