一种石墨烯纺粘长丝无纺布及其制备方法

技术领域

本申请涉及无纺布制造领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯纺粘长丝无纺布及其制备方法。

背景技术

纺粘无纺布具有优异的耐高低温性、耐老化和透气性能的特点，可以应用到包装布、箱包布等领域。常用的纺粘无纺布有聚丙烯纺粘无纺布，是以聚丙烯为主要原料，经高温喷丝梳理粘结成网形成的纤维结构，可以用于一次性口罩、一次性医用防护服、尿不湿等，在医疗卫生领域，纺粘无纺布一直是首选材料。

但是现有的纺粘无纺布，大多仅仅具有吸附细菌的能力，本身无抗菌能力，在纺粘无纺布用于医疗卫生用品时，防护效果十分有限，从而影响纺粘无纺布在医疗卫生领域的应用。

发明内容

为了改善纺粘无纺布的抗菌性能，本申请提供一种石墨烯纺粘长丝无纺布及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种石墨烯纺粘长丝无纺布，采用如下的技术方案：

一种石墨烯纺粘长丝无纺布，包括以下重量份原料：聚丙烯90-110份，石墨烯0.5-1.5份，纳米银1-3份，二氧化氯0.5-1.5份，海藻酸钠1-3份。

通过采用上述技术方案，石墨烯具有大比表面积和疏水性，可以通过接触和嵌入方式吸附结合细菌表面的磷脂分子，从而破坏细菌细胞膜结构，导致细菌死亡，从而在纺粘无纺布中起到杀菌、抗菌的效果。纳米银添加到纺粘无纺布中，银离子与细菌接触后，可以使得细菌的蛋白酶失去活性，破坏细胞成分，从而引起细胞死亡。二氧化氯添加到无纺布中，可以促使无纺布能够与细菌的细胞壁有较好的吸附性和透过性能，氧化攻击细胞内的含巯基酶，引起细菌失活，从而起到抗菌、杀菌的作用。

海藻酸钠中的羧基可以与无纺布发生交联，形成致密的互穿网络结构，可以提高纺粘无纺布力学强度和耐磨性能。另一方面海藻酸钠可以提高无纺布表面的石墨烯、纳米银和二氧化氯之间的黏度，在无纺布的表面形成一层连续并且透明的薄膜，从而可以对无纺布表面的抗菌活性组分进行保护，起到缓释的效果，提高无纺布的抗菌持久性。

优选的，所述无纺布原料还包括3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷3-5份。

通过采用上述技术方案，3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷对无纺布的表面进行改性，将无纺布表面引入羟基等极性基团，从而使得石墨烯与无纺布表面的极性基团发生化学反应，促使石墨烯牢固的结合在无纺布的表面上，从而提高无纺布的强度和抗菌持久性，提高无纺布表面各组分之间的结合力，提高无纺布表面的交联程度，减少无纺布易撕裂的现象，提高无纺布的撕裂强度。

优选的，所述无纺布原料还包括纳米二氧化硅2-4份。

通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅可以对纳米银进行包裹，从而形成纳米银-二氧化硅微球，同时纳米银-二氧化硅微球通过3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷进行改性，与无纺布进行接枝，纳米二氧化硅对纳米银进行包裹保护，减少纳米银易氧化的现象，从而提高无纺布的抗菌性能。在无纺布的表面，纳米银-二氧化硅微球缓慢将纳米银释放出来，从而提高无纺布的抗菌持久性能，进一步提高无纺布的抗菌能力。

优选的，所述无纺布原料还包括羧甲基纤维素钠2-5份。

通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素钠的羧甲基具有一定的空间位阻效应，可以减弱无纺布纤维大分子之间的作用力，降低无纺布纤维的结晶区尺寸，提高无纺布的柔韧性。同时羧甲基纤维素钠和海藻酸钠分子间的羟基和羧基可以形成网络交联，大分子链之间发生缠结，从而提高无纺布的断裂强度和断裂伸长率，减少纺粘无纺布易开裂的现象。

优选的，所述无纺布原料还包括壳聚糖季铵盐5-8份。

通过采用上述技术方案，壳聚糖季铵盐添加到聚丙烯体系中，可以影响细菌的正常生理功能，从而导致细菌、微生物的正常死亡，提高无纺布的抗菌性能。同时在高温条件下，壳聚糖季铵盐可以和无纺布之间形成牢固的共价键结合，限制无纺布非晶区的大分子链之间的滑移，从而提高无纺布的抗皱性能和抗水洗性能。

优选的，纳米银粒径为25nm-50nm。

通过采用上述技术方案，选择合适粒径的纳米银添加到聚丙烯体系中，可以促使纳米银均匀、稳定的分散在无纺布体系中，从而提高无纺布的抗菌持久性。

第二方面，本申请提供一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，采用如下的技术方案：

一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，包括以下具体步骤：

首先将石墨烯和纳米银混合在80-90℃下混合，形成混合物，再将聚丙烯、二氧化氯和海藻酸钠加入到混合物中混合，然后在140-160℃熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合物母粒；

然后聚丙烯复合物母粒熔融纺丝，形成聚丙烯纺丝，再将聚丙烯纺丝牵伸成网、粘合，最终制得石墨烯纺粘长丝无纺布。

通过采用上述技术方案，制备的纺粘无纺布具有优异的抗菌性能，同时海藻酸钠还可以对石墨烯、纳米银和二氧化氯进行成膜保护，从而提高纺粘无纺布的抗菌持久性。

优选的，预先将纳米银和纳米二氧化硅混合，烘干后，制得纳米银-二氧化硅复合物，然后将纳米银-二氧化硅复合物与3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷混合反应，离心分离，烘干，制得改性纳米银-二氧化硅复合物。

通过采用上述技术方案，纳米银和纳米二氧化硅预先形成纳米银-二氧化硅微球，再通过3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷与无纺布进行接枝，促使无纺布表面的纳米银抗菌组分能够缓慢释放出来，提高无纺布的抗菌持久性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请在聚丙烯无纺布中添加石墨烯、纳米银和二氧化氯，促使无纺布具有优异的抗菌、杀菌性能。还是用海藻酸钠结合在无纺布的表面，对石墨烯、纳米银和二氧化氯进行成膜保护，从而提高无纺布的抗菌持久性。

2、本申请中优选3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷和纳米二氧化硅添加到无纺布体系中，纳米二氧化硅对纳米银进行包裹保护，减少纳米银的氧化现象，从而提高无纺布的抗菌持久性。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

在本具体实施方式中，无其他特殊的情况，所用组分情况如下：

聚丙烯选购自上海赛科石油化工有限责任公司S2040。

纳米二氧化硅粒径为15nm-20nm。

实施例

实施例1

一种石墨烯纺粘长丝无纺布，包括以下重量份原料：聚丙烯100kg，石墨烯1kg，纳米银2kg，二氧化氯1kg，海藻酸钠2kg，其中纳米银的粒径为25nm-30nm。

一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，包括以下具体步骤：

S1：将石墨烯和纳米银混合在85℃下混合，以800r/min的速度搅拌20min，形成混合物，再将聚丙烯、二氧化氯和海藻酸钠加入到混合物中混合，以800r/min的速度搅拌30min，然后在160℃熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合物母粒；

S2：将聚丙烯复合物母粒在纺丝温度160℃，转速20转/分钟下熔融，拉伸抽吸纺丝，形成聚丙烯长纺丝，再将聚丙烯长纺丝在成网机风温15℃、风压1.2kPa的气流牵引作用下成网，制得聚丙烯网，然后将聚丙烯网经过预压棍的初步粘合后，经过热轧机进行粘合，热轧机的温度为135℃，压力为50N，最终制得石墨烯纺粘长丝无纺布。

实施例2-3

实施例2-3与实施例1的区别在于，无纺布原料中各组分含量不同，具体见表1。

表1：实施例1-3中各组分含量表

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，无纺布原料中还包括3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷4kg。

一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，包括以下具体步骤：

S1：将石墨烯和纳米银混合在85℃下混合，以800r/min的速度搅拌20min，形成混合物，再将聚丙烯、3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷、二氧化氯和海藻酸钠加入到混合物中混合，以800r/min的速度搅拌30min，然后在160℃熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合物母粒；

S2：将聚丙烯复合物母粒在纺丝温度160℃，转速20转/分钟下熔融，拉伸抽吸纺丝，形成聚丙烯长纺丝，再将聚丙烯长纺丝在成网机风温15℃、风压1.2kPa的气流牵引作用下成网，制得聚丙烯网，然后将聚丙烯网经过预压棍的初步粘合后，经过热轧机进行粘合，热轧机的温度为135℃，压力为50N，最终制得石墨烯纺粘长丝无纺布。

实施例5

实施例5与实施例4的区别在于，无纺布原料中3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷的使用量为3kg。

实施例6

实施例6与实施例4的区别在于，无纺布原料中3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷的使用量为5kg。

实施例7

实施例7与实施例4的区别在于，无纺布原料中还包括纳米二氧化硅3kg。

一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，包括以下具体步骤：

S1：预先将纳米银与甲苯混合，甲苯与纳米银的质量比为1:4,超声分散5min，然后以300r/min的速度边搅拌边缓慢加入纳米二氧化硅，继续搅拌24h,然后以1500r/min的速度，高速离心分离2min，形成纳米银-二氧化硅微球，最后使用蒸馏水洗涤，在60℃下烘干，形成纳米银-二氧化硅复合物。

S2：将纳米银-二氧化硅复合物与pH为8.2的Tris-Hcl缓冲液中，Tris-Hcl缓冲液与纳米银-二氧化硅复合物的质量比为500:1,以300r/min的速度，边搅拌边缓慢加入3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷混合，以800r/min的速度搅拌24h，然后使用无水乙醇洗涤，然后以1500r/min的速度，高速离心分离2min，收集改性纳米银-二氧化硅微球，在60℃下烘干，制得改性纳米银-二氧化硅复合物。

S3：将石墨烯、聚丙烯、改性纳米银-二氧化硅复合物、二氧化氯和海藻酸钠混合，以800r/min的速度搅拌30min，然后在160℃熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合物母粒；

S4：将聚丙烯复合物母粒在纺丝温度160℃，转速20转/分钟下熔融，拉伸抽吸纺丝，形成聚丙烯长纺丝，再将聚丙烯长纺丝在成网机风温15℃、风压1.2kPa的气流牵引作用下成网，制得聚丙烯网，然后将聚丙烯网经过预压棍的初步粘合后，经过热轧机进行粘合，热轧机的温度为135℃，压力为50N，最终制得石墨烯纺粘长丝无纺布。

实施例8

实施例8与实施例7的区别在于，无纺布原料中纳米二氧化硅的使用量为2kg。

实施例9

实施例9与实施例7的区别在于，无纺布原料中纳米二氧化硅的使用量为4kg。

实施例10

实施例10与实施例7的区别在于，无纺布原料中还包括羧甲基纤维素钠3kg。

一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，包括以下具体步骤：

S1：预先将纳米银与甲苯混合，甲苯与纳米银的质量比为1:4,超声分散5min，然后以300r/min的速度，边搅拌边缓慢加入纳米二氧化硅，继续搅拌24h,然后以1500r/min的速度，高速离心分离2min，形成纳米银-二氧化硅微球，最后使用蒸馏水洗涤，在60℃下烘干，形成纳米银-二氧化硅复合物。

S2：将纳米银-二氧化硅复合物与pH为8.2的Tris-Hcl缓冲液混合，Tris-Hcl缓冲液与纳米银-二氧化硅复合物的质量比为500:1,以300r/min的速度边搅拌边缓慢加入3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷混合，以800r/min的速度搅拌24h，取固体，然后使用无水乙醇洗涤，然后以1500r/min的速度，高速离心分离2min，收集改性纳米银-二氧化硅微球，在60℃下烘干，制得改性纳米银-二氧化硅复合物。

S3：将石墨烯、聚丙烯、改性纳米银-二氧化硅复合物、羧甲基纤维素钠、二氧化氯和海藻酸钠混合，以800r/min的速度搅拌30min，然后在160℃熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合物母粒；

S4：将聚丙烯复合物母粒在纺丝温度160℃，转速20转/分钟下熔融，拉伸抽吸纺丝，形成聚丙烯长纺丝，再将聚丙烯长纺丝在成网机风温15℃、风压1.2kPa的气流牵引作用下成网，制得聚丙烯网，然后将聚丙烯网经过预压棍的初步粘合后，经过热轧机进行粘合，热轧机的温度为135℃，压力为50N，最终制得石墨烯纺粘长丝无纺布。

实施例11

实施例11与实施例10的区别在于，无纺布原料中羧甲基纤维素钠的使用量为2kg。

实施例12

实施例12与实施例10的区别在于，无纺布原料中羧甲基纤维素钠的使用量为5kg。

实施例13

实施例13与实施例10的区别在于，无纺布原料中还包括壳聚糖季铵盐7kg。

一种石墨烯纺粘长丝无纺布的制备方法，包括以下具体步骤：

S1：预先将纳米银与甲苯混合，甲苯与纳米银的质量比为1:4,超声分散5min，然后以300r/min的速度，边搅拌边缓慢加入纳米二氧化硅，继续搅拌24h,然后以1500r/min的速度，高速离心分离2min，形成纳米银-二氧化硅微球，最后使用蒸馏水洗涤，在60℃下烘干，形成纳米银-二氧化硅复合物。

S2：将纳米银-二氧化硅复合物与pH为8.2的Tris-Hcl缓冲液中，Tris-Hcl缓冲液与纳米银-二氧化硅复合物的质量比为500:1,以300r/min的速度边搅拌边缓慢加入3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷混合，以800r/min的速度搅拌24h，然后使用无水乙醇洗涤，然后以1500r/min的速度，高速离心分离2min，收集改性纳米银-二氧化硅微球，在60℃下烘干，制得改性纳米银-二氧化硅复合物。

S3：将石墨烯、聚丙烯、改性纳米银-二氧化硅复合物、羧甲基纤维素钠、二氧化氯和海藻酸钠混合，以800r/min的速度搅拌30min，然后在160℃熔融挤出造粒，制得聚丙烯复合物母粒；

S4：将聚丙烯复合物母粒在纺丝温度160℃，转速20转/分钟下熔融，拉伸抽吸纺丝，形成聚丙烯长纺丝，再将聚丙烯长纺丝在成网机风温15℃、风压1.2kPa的气流牵引作用下成网，制得聚丙烯网，然后将聚丙烯网经过预压棍的初步粘合后，经过热轧机进行粘合，热轧机的温度为135℃，压力为50N，形成无纺布。

S5：然后将壳聚糖季铵盐溶解在碳酸氢钠中，碳酸氢钠与壳聚糖季铵盐的质量比为1:1，形成壳聚糖季铵盐溶液，然后将无纺布浸泡在壳聚糖季铵盐溶液中，浴比1:50,在60℃下浸渍1h，再在80℃下预烘5min，最后在160℃下焙烘3min，使用去离子水洗涤，然后在80℃下烘干，最终制得石墨烯纺粘长丝无纺布。

实施例14

实施例14与实施例13的区别在于，无纺布原料中壳聚糖季铵盐的使用量为5kg。

实施例15

实施例15与实施例13的区别在于，无纺布原料中壳聚糖季铵盐的使用量为8kg。

对比例

对比例1

对比例1与实施例1中的区别在于，无纺布原料中不使用海藻酸钠。

性能检测试验

根据本申请实施例1-15与本申请对比例1提供的石墨烯纺粘长丝无纺布进行如下性能检测，具体检测结果见表2。

检测方法

一、抗菌性

参照AATCC100-2012《抗菌纺织品的评价方法》的标准，采用振荡烧瓶法计算抑菌率，试验菌种为革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(ATCC6538)和革兰氏阴性菌大肠杆菌(ATCC8099)混合物，检测无纺布的抗菌性能和水洗30次、60次后无纺布的抗菌效果。

二、断裂强度

参照GB/T24218.3-2010《纺织品非织造布试验方法第3部分断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》的标准，检测无纺布的断裂强度。

三、抗皱性

参照AATCC66-2008《织物折皱回复性的测定》,采用折痕回复角测试仪测定本申请无纺布的弹性折皱回复角。

表2：性能检测数据表

由性能检测数据表可知，本申请实施例制备的石墨烯纺粘长丝无纺布具有优异的抗菌性能，抗菌率达到99％，从而提高纺粘无纺布用于一次性医疗卫生用品中的防护效果。在实施例1-3中，本申请不同使用量的石墨烯、纳米银和二氧化氯相互结合，促使无纺布具有优异的抗菌性能，同时使用海藻酸钠对无纺布进行成膜保护，使得无纺布的抗菌成分在无纺布的表面缓慢释放出来，从而提高无纺布的抗菌持久性。而对比例1不使用海藻酸钠，由性能检测结果可知，无纺布的抗菌持久性明显下降，进一步说明海藻酸钠对无纺布抗菌持久性的促进作用。

在实施例4-6中，在本申请中添加3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷，由性能检测结果可知，无纺布的撕裂强度明显得到提高，进一步说明3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷的加入，能够促进聚丙烯体系中各组分的交联程度，加强聚丙烯体系中各组分之间的作用力，从而提高无纺布的撕裂强度。

在实施例7-9中，在聚丙烯体系中加入纳米二氧化硅，由性能检测结果可知，无纺布的抗菌持久性得到改善，进一步说明二氧化硅对纳米银的包裹保护作用，可以对纳米银进行保护，同时，3-(异丁烯酰基)丙基三甲氧基烷与纳米二氧化硅的结合，能够促进纳米二氧化硅与无纺布能够更好的结合，还可以提高无纺布的撕裂强度和强度。

在实施例10-12中，在聚丙烯体系中加入羧甲基纤维素钠，由性能检测结果可知，无纺布的撕裂强度得到明显提升，进一步说明羧甲基纤维素钠与聚丙烯体系各组分形成的网络交联，提高聚丙烯体系的交联程度，从而提高无纺布的断裂强度。

在实施例13-15中，在聚丙烯体系中加入壳聚糖季铵盐，由性能检测结果可知，无纺布具有优异的抗皱性能，进一步说明壳聚糖季铵盐与无纺布之间共价键的结合，减少各分子之间的滑移，从而提高无纺布的抗皱性能和抗水洗性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。