石墨烯保温纤维膜

技术领域

本发明属于石墨烯复合薄膜技术领域，具体涉及一种石墨烯保温纤维膜。

背景技术

石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，具有非常大的应用前景。

石墨烯在传感器、晶体管、新能源电池、海水淡化、复合材料等多个领域均有广泛的应用；而石墨烯具有良好的保温隔热功效，在发热地暖、织物等领域有所应用。但如CN113004761A公开了一种生物质石墨烯发热涂料的制备方法，此发明制备的发热涂料，可改善涂料的强度和韧度；但是存在制备复杂、原料成本高，适用性窄等问题。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯保温纤维膜，可用于实木家具、石材家具或钢铁等的表面，具有良好的综合性能。

一种石墨烯保温纤维膜，依次设有底层纤维、石墨烯夹层和保护表层；

所述底层纤维按质量份包括以下组分：

聚乙二醇二甲基丙烯酸酯60-80份、双酚A型环氧树脂5-8份、聚乙烯醇10-15份、聚二基硅氧烷1.5-2.5份、含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒10-15份；

所述石墨烯夹层按质量分包括以下组分：

聚乙烯醇100份、氧化石墨烯20-25份、甘油3-6份、纳米氧化锌12-18份、阴离子乳化剂0.2-0.3份；

所述保护表层按质量分包括以下组分：

石蜡20-35份、聚乙烯蜡10-15份、微晶蜡50-65份、抗菌剂5.5-8份；

所述抗菌剂为肉桂油、牛至油、丁香油、百里香油、尤加利油、互生叶白千层油中的至少一种；

所述聚乙烯醇的醇解度为87-89％，数均分子量在5000-30000之间，皂化度≥80mol％；

所述石蜡的非正构烷烃含量≤30％；所述微晶蜡的非正构烷烃含量≤65％。

特别地，所述含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒制备方法为，将中空二氧化硅颗粒用去离子水清洗，然后沥干煅烧，置于抗菌剂中吸附，得到含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒；

所述中空二氧化硅颗粒的平均粒径≤2.5μm；BET比表面积≥100m

进一步地，煅烧的温度为200-350℃，时间≥2h；置于抗菌剂中吸附的时间≥30min，并搅拌；吸附后静置。

特别地，所述底层纤维的制备方法为：

将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、双酚A型环氧树脂、聚二基硅氧烷熔融混合，并置于挤出机中进行挤出喷丝，冷却得初生纤维；

初生纤维浸润在含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒的聚乙烯醇溶液中进行改性，改性后的上油、纺丝、拉伸，并织成片状。

所述初生纤维浸润时间≥36h。

特别地，所述纳米氧化锌的平均粒径≤30nm，比表面积≥70m

前述石墨烯保温纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备底层纤维，备用；

(2)石墨烯夹层的聚乙烯醇溶解于水中，并加入氧化石墨烯、甘油、纳米氧化锌、阴离子乳化剂搅拌形成乳液；乳液喷涂在底层纤维的一面上；

(3)石蜡、聚乙烯蜡、微晶蜡融化；并加入抗菌剂，涂抹在石墨烯夹层上；

所述步骤(2)中，乳液喷涂在底层纤维时，底层纤维拉伸为原来面积的120％。

本发明中，阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、硬脂酸盐、油酸盐等；只要是能起到乳化效果的阴离子乳化剂皆可。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明以聚酯纤维为底层纤维，通过环氧树脂改性；同时加入含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒经一步改善力学性能的同时；内含的抗菌剂可以在受到螨虫等微小生物啃咬或细菌霉菌等微生物腐蚀时释放出来，达到抗菌抑菌、抑制螨虫的效果。

(2)本发明的石墨烯夹层涂抹在底层纤维上，利用氧化石墨的优越性能；进一步加强底层纤维的保温性和力学性能，同时添加纳米氧化锌作为抗紫外线剂，进一步加强紫外线防护能力，保护聚酯纤维和底层结构。

(3)在石墨烯夹层的表面涂抹上带有抗菌剂的保护表层蜡层，封闭性地进一步保护内部的结构，同时蜡层在遭遇外力作用，如微小生物啃咬、剐蹭等时会释放内部的挥发性抗菌剂，起到抗菌的作用。

(4)本发明所使用的抗菌剂均为天然植物来源，环保且可长期发挥作用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，其中实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，不构成对本发明保护范围的限制。

本发明中：

肉桂油为樟科肉桂Cinnamomum cassia Presl提取的挥发油。

牛至油为唇形科牛至Origanum vulgare L.提取的挥发油。

丁香油为桃金娘科丁香Eugenia caryophμllataThunb.花蕾提取的挥发油。

百里香油为唇形科百里香Thymus mongolicus Ronn提取的挥发油。

尤加利油桃金娘科桉树Eucalyptus robusta Smith枝叶提取的挥发油。

互生叶白千层油为桃金娘科互叶白千层Melaleuca alternifolia枝叶提取的挥发油。

含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒的制备，包括以下步骤：

(1)将中空二氧化硅颗粒用去离子水清洗，然后沥干煅烧；

(2)置于抗菌剂中吸附，得到含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒；

中空二氧化硅颗粒的平均粒径≤2.5μm；BET比表面积≥100m

煅烧温度、原料配比按表1所示。

表1抗菌剂的中空二氧化硅颗粒技术参数

表1中，抗菌剂种类指的是对应植物所提取的挥发油，如肉桂是指樟科肉桂Cinnamomum cassia Presl提取的挥发油，茶树为互生叶白千层。

煅烧的温度为200-350℃，时间≥2h；置于抗菌剂中吸附的时间≥30min，并搅拌；吸附后静置。

底层纤维的制备，包括以下步骤：

(1)按表2称取原料；

(2)将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、双酚A型环氧树脂、聚二基硅氧烷熔融混合，并置于挤出机中进行挤出喷丝，冷却得初生纤维；

(3)初生纤维浸润在含有抗菌剂的中空二氧化硅颗粒的聚乙烯醇溶液中进行改性；浸润时间为36h。

(4)改性后的上油、纺丝、拉伸，并织成片状，得底层纤维备用。

聚乙烯醇的醇解度为87-89％，数均分子量在5000-30000之间，皂化度≥80mol％。

表2底层纤维原料配比

石墨烯保温纤维膜的制备，包括以下步骤：

(1)聚乙烯醇溶解于水中，并加入氧化石墨烯、甘油、纳米氧化锌、阴离子乳化剂搅拌形成乳液；

(2)乳液喷涂在底层纤维的其中一面上，得到附着有石墨烯夹层的底层纤维；喷涂时将底层纤维拉伸至原来120％的面积。

(3)石蜡、聚乙烯蜡、微晶蜡融化；并加入抗菌剂，保持融化状态搅拌均匀，得保护表层；

(4)保护表层涂抹在石墨烯夹层上；

原料配比如表3所示。

表3石墨烯保温纤维膜的原料配比

表3中，纳米氧化锌的平均粒径≤30nm，比表面积≥70m2/g；阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠；抗菌剂种类指的是对应植物所提取的挥发油，如肉桂是指樟科肉桂Cinnamomum cassia Presl提取的挥发油，茶树为互生叶白千层。

对前述制备的石墨烯保温纤维膜进行性能测试

本发明中相关的性能测试方法采用以下列举的方法：

《GB/T 40933-2021塑料制品薄膜和薄片热塑性塑料薄膜试验指南》

《GB/T 31402-2015塑料塑料表面抗菌性能试验方法》

《GB/T 18830-2009纺织品防紫外线性能的评定》

《ASTM-D638-2014塑料拉伸属性的标准试验方法》

《ASTM-E1530-2019导热系数测试》

表5各实施例性能测试

表5中，硬度的测量为涂抹保护表层之前的测量。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。