石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉

admin管理员组

文章数量:866648

本发明提供了一种石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉，包括依次设置的纺粘无纺布层‑静电驻极针刺无纺布层‑静电驻极熔喷无纺布层‑静电驻极熔喷无纺布层‑纺粘无纺布层；所述各无纺布层均采用石墨烯‑聚丙烯复合材料制得，所述石墨烯‑聚丙烯复合材料包括如下重量份数的各组分：聚丙烯80～150份；改性氧化石墨烯0.1～1.5份；成核剂0.1～0.5份；抗氧化剂0.1～0.5份；降温助剂0.8～5份。本发明提供的滤棉所有组成部分均复合有石墨烯，保证整个滤棉全方位抑菌，相比部分抗菌的呼吸器滤棉更能确保抗菌效果；熔喷无纺布层和针刺无纺布层均采用静电驻极技术，在不增加呼吸阻力的情况下大大提高了滤棉对微小颗粒物的过滤效率。

1.一种用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的各组分： 2.根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯的粉末粒径为20～200μm。 3.根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯的制备方法包括：采用改进型的Hummers法制得氧化石墨烯，将氧化石墨烯在水中经超声分散得到石墨烯分散液，将石墨烯分散液经真空干燥、气流粉碎后得到氧化石墨烯粉体；然后将氧化石墨烯粉体与有机改性剂均匀混合，反应温度50～150℃，搅拌速度300～2000rpm，反应时间2～10h；反应结束后，将制得的接枝改性氧化石墨烯经真空干燥、气流粉碎、过筛后得到改性氧化石墨烯粉末。 4.根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，所述有机改性剂包括十六胺、十八胺中的一种或两种。 5.根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，所述成核剂包括二亚苄叉山梨醇类、有机芳香磷酸盐类、取代芳香羧酸盐类、脱氢松香酸皂类、溶靛素、辛二酸钙、降冰片羧酸二钠、硅酸钙中的一种或几种。 6.根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂包括1010、1076、616、168中的一种或几种。 7.根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，其特征在于，所述降温助剂包括二叔丁基过氧化物、硬脂酸锌中的一种或两种。 8.一种根据权利要求1所述的用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按比例将聚丙烯、改性氧化石墨烯、抗氧化剂、成核剂、降温助剂均匀混合，将混合得到混合物在200～280℃下，经挤出、切粒后得到石墨烯-聚丙烯复合切片；或者，再将所述石墨烯-聚丙烯复合切片置于220～280℃下进行熔融纺丝后制得石墨烯丙纶短纤。 9.一种石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉，其特征在于，包括依次设置的各无纺布层，具体地，包括依次设置的纺粘无纺布层-静电驻极针刺无纺布层-静电驻极熔喷无纺布层-静电驻极熔喷无纺布层-纺粘无纺布层；所述各无纺布层均采用权利要求1所述的石墨烯-聚丙烯复合材料制得；所述各层无纺布的重量份依次为：40～80份、60～120份、20～50份、20～50份、15～30份。 10.根据权利要求9所述得石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉，其特征在于，所述纺粘无纺布层的制备方法包括：将石墨烯-聚丙烯复合切片置于熔融纺丝机中，在220～280℃下经计量、过滤、喷丝、牵伸、铺网、热压加固工艺制得石墨烯丙纶纺粘无纺布；所述静电驻极熔喷无纺布层的制备方法包括：将石墨烯-聚丙烯复合切片置于熔喷挤出机中，在220～280℃下挤出，随后经高速热气流拉伸、接收辊接收冷却得到石墨烯聚丙烯熔喷无纺布，随后将所述石墨烯聚丙烯熔喷无纺布经高压电晕处理得到静电驻极熔喷无纺布；所述静电驻极针刺无纺布层的制备方法包括：将石墨烯丙纶短纤置于针刺无纺布生产线中，经梳理、铺网、针刺加固工艺得到石墨烯丙纶针刺无纺布，随后将所述石墨烯丙纶针刺无纺布经高压电晕处理，得到静电驻极针刺无纺布。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，具体地，涉及一种石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉。

背景技术

头戴过滤式呼吸器广泛用于矿物开采、油漆喷涂、粉末加工等场合，其中核心部件防颗粒物滤棉能够滤除空气中的各种微小粉尘，保护劳动者的呼吸健康。防颗粒物滤棉一般为重复使用型部件，除非累计颗粒物影响到使用者的呼吸舒适性，才会更换新的滤棉。根据使用频率及劳动环境颗粒物浓度的不同，呼吸器滤棉使用寿命一般在5～20天左右。由于人呼出的气体中夹带水分和低浓度的细菌，呼吸器滤棉内侧无纺布及内部纤维中很容易沾染各种致病菌，随着时间的增长细菌数量大量繁殖，重复使用呼吸器滤棉会面临较大的呼吸道疾病风险。因为呼吸器滤棉由多层不同精度的无纺布复合而成，而石墨烯纤维具有良好的抗菌性能，可将石墨烯纤维制备的无纺布用于呼吸器滤棉，解决滤棉中细菌滋生的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉。

本发明旨在将石墨烯融入到聚丙烯树脂中，然后使用石墨烯改性的聚丙烯树脂经特定的工艺制备成纺粘、针刺和熔喷无纺布，随后按照纺粘-针刺-熔喷-熔喷-纺粘的顺序将各种无纺布叠合在一起经超声波融切后得到石墨烯抗菌呼吸器滤棉，该滤棉抗菌效果达到99.9％以上，而且对人体和环境没有任何危害，具有十分良好的市场应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料，包括如下重量份数的各组分：

优选地，所述聚丙烯的粉末粒径为20～200μm。若聚丙烯的粒径太大不利于聚丙烯与其它助剂的均匀共混，会影响后续纺丝加工；而粒径太小，则生产成本较高，实际应用不经济。

优选地，所述改性氧化石墨烯的制备步骤包括：改进型的Hummers法制得氧化石墨烯，将氧化石墨烯在水中经超声分散得到石墨烯分散液，将石墨烯分散液经真空干燥、气流粉碎后得到氧化石墨烯粉体；然后将氧化石墨烯粉体与有机改性剂均匀混合，反应温度50～150℃，搅拌速度300～2000rpm，反应时间2～10h；反应结束后，将制得的接枝改性氧化石墨烯经真空干燥、气流粉碎、过筛后得到改性氧化石墨烯粉末。

优选地，所述有机改性剂包括十六胺、十八胺中的一种或两种。

优选地，所述成核剂包括二亚苄叉山梨醇类、有机芳香磷酸盐类、取代芳香羧酸盐类、脱氢松香酸皂类、溶靛素、辛二酸钙、降冰片羧酸二钠、硅酸钙中的一种或几种。其中，所述二亚苄叉山梨醇类包括1,3:2,4-二苄叉山梨醇等；所述有机芳香磷酸盐类包括2，2’-亚甲基-二-(4，6-二叔丁基)磷酸钠、双(2,4-二叔丁基苯基磷酸钠)等；所述取代芳香羧酸盐类包括苯甲酸钠、双(对叔丁基苯甲酸)羟基铝等。加入成核剂可以加速石墨烯丙纶生产时取向结晶，增强丙纶纤维的机械强度。

更优选地，所述成核剂为1,3:2,4-二苄叉山梨醇和双(对叔丁基苯甲酸)羟基铝的混合物；其中，所述1,3:2,4-二苄叉山梨醇和双(对叔丁基苯甲酸)羟基铝的复配比为1:1。好的成核剂还能改善熔喷无纺布加工时的固化速度，改善呼吸器滤棉的呼吸阻力。当采用双(对叔丁基苯甲酸)羟基铝与1,3:2,4-二苄叉山梨醇这两种成核剂以1:1复配使用时效果最佳。

优选地，所述抗氧化剂包括1010、1076、616、168中的一种或几种。加入抗氧化剂是为了防止丙纶生产过程中由于高温而发生氧化降解，影响最终产品的使用性能。

优选地，所述降温助剂包括二叔丁基过氧化物、硬脂酸锌中的一种或两种。加入降温助剂可显著降低丙纶加工时黏度，降低加工温度，减少能耗。

第二方面，本发明提供一种用于呼吸器滤棉的石墨烯-聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

按比例将聚丙烯、改性氧化石墨烯、抗氧化剂、成核剂、降温助剂均匀混合，将混合得到混合物在200～280℃下，经挤出、切粒后得到石墨烯-聚丙烯复合切片；

或者，再将所述石墨烯-聚丙烯复合切片置于220～280℃下进行熔融纺丝后制得石墨烯丙纶短纤。

第三方面，本发明提供一种石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉，包括依次设置的各无纺布层，具体地，包括依次设置的纺粘无纺布层-静电驻极针刺无纺布层-静电驻极熔喷无纺布层-静电驻极熔喷无纺布层-纺粘无纺布层；所述各无纺布层均采用所述的石墨烯-聚丙烯复合材料制得；所述各层无纺布的重量份依次为：40～80份、60～120份、20～50份、20～50份、15～30份。

石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉采用上述所述组装的方法时，上、下两层纺粘无纺布主要起到隔离、增强及保护内部无纺布的作用；针刺无纺布主要起到过滤较大颗粒的固体颗粒，保护下层熔喷无纺布的作用；两层熔喷布是主要过滤PM2.5等微细颗粒物。因此，无纺布层不能随意放置。

优选地，所述石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉由5层石墨烯无纺布组成。石墨烯无纺布层数太少不利于过滤效果及整体强度的提高，层数太多将增加成本并增加呼吸阻力，5层石墨烯无纺布为最佳效果。

优选地，所述静电驻极针刺无纺布的制备方法包括：将所述石墨烯丙纶短纤置于针刺无纺布生产线中，经梳理、铺网、针刺加固工艺得到60～120重量份的石墨烯丙纶针刺无纺布，随后将所述石墨烯丙纶针刺无纺布经高压电晕处理，得到静电驻极针刺无纺布。

优选地，所述纺粘无纺布的制备方法包括：将所述石墨烯-聚丙烯复合切片置于熔融纺丝机中，在220～280℃下经计量、过滤、喷丝、牵伸、铺网、热压加固工艺制得15～80重量份的石墨烯丙纶纺粘无纺布。

优选地，所述静电驻极熔喷无纺布的制备方法包括：将所述石墨烯-聚丙烯复合切片置于熔喷挤出机中，在220～280℃下挤出，随后经高速热气流拉伸、接收辊接收冷却得到石墨烯聚丙烯熔喷无纺布，随后将所述石墨烯聚丙烯熔喷无纺布经高压电晕处理得到静电驻极熔喷无纺布。

优选地，将所述各无纺布层进行组装后，经超声波加热及模具切边。

本本发明首先采用改进型的Hummers法制得氧化石墨烯，使用表面接枝的方法对氧化石墨烯进行表面改性，保证改性后的氧化石墨烯可以在聚丙烯树脂中均匀分散，随后采用熔融造粒的方法制备石墨烯-聚丙烯复合粒子。复合粒子经熔融拉丝、牵伸、切断后制得石墨烯丙纶短纤，该短纤经针刺法制得针刺无纺布，然后将该针刺无纺布经高压电晕处理得到静电驻极针刺无纺布；复合粒子经熔融拉丝制得丙纶长丝，然后按照铺网、热压加固工艺制得不同克重纺粘无纺布；复合粒子经熔融挤出、高速热气流拉伸、接收辊接收后制得熔喷无纺布，然后将该熔喷无纺布经高压电晕处理得到静电驻极熔喷无纺布。最后按照纺粘-针刺-熔喷-纺粘的顺序将各种无纺布叠合在一起经超声波融切后得到石墨烯抗菌呼吸器滤棉，

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明使用表面接枝改性的氧化石墨烯，改性后氧化石墨烯与聚丙烯相容性较好，保证复合造粒时石墨烯能够均匀分散，保证抗菌效果。

2、本发明制备的防颗粒物呼吸器滤棉所有组成部分均复合有石墨烯，保证了整个滤棉全方位抑制细菌滋生，相比部分抗菌的呼吸器滤棉更能确保抗菌效果。

3、熔喷无纺布层和针刺无纺布层均采用静电驻极技术，在不增加呼吸阻力的情况下大大提高了滤棉对微小颗粒物的过滤效率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1-5

实施例1-5分别提供了一种石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉，各实施例的滤棉的原料配方如下表1所示。

各实施例的滤棉的制备方法如下:

1、采用改进型的Hummers法制得氧化石墨烯，然后经超声作用将其均匀分散到水溶液中，真空缓慢滤除水分，气流粉碎得到氧化石墨烯粉体；

2、将步骤1制备的氧化石墨烯粉体与有机改性剂均匀混合，然后升高温度到50～150℃，设定搅拌速度300～2000rpm，反应时间2～10h，反应结束后制得接枝改性氧化石墨烯，随后真空干燥并经气流粉碎、过筛后得到改性氧化石墨烯粉末；

3、将步骤2制得的改性氧化石墨烯粉末与粒径20～200μm的聚丙烯粉末按照一定比例均匀混合，同时混入抗氧化剂、成核剂、降温助剂粉末，制备好的混合物在200～280℃下经挤出机挤出、牵伸、表面风干、切粒后得到石墨烯-聚丙烯复合切片；

4、将上述复合切片置于熔融纺丝机中，在220～280℃下经计量、过滤、喷丝、风冷、牵伸、切断步骤制得石墨烯丙纶短纤；

5、将步骤4制得的石墨烯丙纶短纤置于针刺无纺布生产线中，经梳理、铺网、针刺加固工艺得到60～120克重的石墨烯丙纶针刺无纺布，随后将该无纺布经高压电晕处理得到静电驻极针刺无纺布；

6、将步骤3制得的复合切片置于熔融纺丝机中，在220～280℃下经计量、过滤、喷丝、牵伸、铺网、热压加固工艺制得15～80克重的石墨烯丙纶纺粘无纺布；

7、将步骤3制得的复合切片置于熔喷挤出机中，在220～280℃下挤出，随后经高速热气流拉伸、接收辊接收冷却得到石墨烯聚丙烯熔喷无纺布，随后将该无纺布经高压电晕处理得到静电驻极熔喷无纺布；

8、按照纺粘-针刺-熔喷-熔喷-纺粘的顺序将上述各种石墨烯无纺布叠合在一起，所述各层无纺布的克重分别为：40～80、6 0～120、20～50、20～50、15～30；

9、将步骤8叠合好的5层无纺布经超声波加热及模具切边后得到石墨烯抗菌防颗粒物呼吸器滤棉。

表1

对比例1

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，采用未改性的氧化石墨烯。

对比例2

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，将不同种类的石墨烯无纺布进行组装时，按照熔喷-熔喷-纺粘-纺粘-针刺的顺序将各种石墨烯无纺布叠合在一起。

对比例3

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，所用石墨烯丙纶针刺无纺布及熔喷无纺布未加静电处理。

对比例4

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，采用有机改性剂辛二胺对氧化石墨烯进行改性。

对比例5

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，无成核剂组分。

对比例6

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，成核剂为滑石粉。

对比例7

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，无降温助剂组分。

对比例8

本对比例提供了一种石墨烯滤棉，所述滤棉的制备与实施例1基本一致，不同之处仅在于：本对比例中，降温助剂为油酸酰胺。

测试结果

采用GB/T 20994.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：震荡法》，对各实施例和各对比例制备的滤棉进行抗菌测试；

采用GB/T 2626-2006《呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器》，对各实施例和各对比例制备的滤棉进行呼吸阻力及过滤效率测试；

测试结果如下表2-表3所示：

表2

表3

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

本文标签： 呼吸器石墨颗粒物