[發明專利]花狀石墨烯、熔噴布及二者制備方法和一種口罩

在審

• 申請號: 202011245149.8
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112481644A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 郝思嘉;楊程;時雙強;褚海榮
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C25B1/135
• 分類號: C25B1/135;D04H1/56;A41D13/11
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張毓靈

本發明屬于石墨烯制備及應用領域，具體為一種基于電化學處理的花狀石墨烯及其制備方法及其在熔噴產品中的應用。本發明花狀石墨烯由若干相互獨立的石墨烯團聚體構成，其中所述石墨烯團聚體由單層或多層超薄二維納米材料卷曲形成，所述單個石墨烯團聚體尺寸在50～200nm之間。所述花狀石墨烯材料能夠有效提高復合熔噴布的過濾性能的透氣性，并賦予了優異的抑菌性能和力學性能。通過該花狀石墨烯所制成的熔噴布具有親油疏水、抗菌抑菌、吸附能力強等優異性能，所制成的口罩在抗擊疫情具有較大的實際應用價值。

技術領域

本發明屬于石墨烯制備及應用領域，具體為一種基于電化學處理的花狀石墨烯及其制備方法及其在熔噴產品中的應用。

背景技術

熔噴布是由微米級纖維無序堆積所構成的，形成極為細小的顆粒物濾過窄隙與滯留空間，而且，經過駐極處理后，纖維上負載的靜電荷也能夠通過庫侖力捕獲細微顆粒物，因此制作而成的口罩呼吸阻力適宜，佩戴舒適。自2020年新冠疫情暴發以來，口罩成為人們生活、工作、出行的必備用品，而人們對口罩的過濾性能、透氣性、壽命，乃至抑菌效果也提出了更高的要求。

石墨烯是一種厚度只有0.34nm的超薄二維納米材料，不僅具有突出優異的化學穩定性與力學性能、超強的導熱性能與導電性，也具有較強的離子交換性能和吸附性能，可廣泛用于空氣凈化、水處理、儲能、催化等領域。同樣，石墨烯在熔噴布和口罩中也能夠發揮重要的作用。通過將石墨烯納米片組裝成一定立體的結構并均勻分散至熔噴布中，可發揮其比表面積大的優勢，充分吸附空氣中的顆粒物，因此在保持過濾性能的同時，透氣性大為改善。

在石墨烯/聚丙烯復合母粒及其熔噴布的相關制備技術中，如CN202010580101.6一種可循環使用高過濾性的石墨烯復合熔噴布及制備方法，雖然也記載了石墨烯熔噴布，但是只是限于介紹熔噴布的組分，利用了石墨烯材料，對石墨烯自身結構特性對熔噴布性能影響未展開深入研究。同時為達到產品的均勻性要求，使用了大量、多種的助劑與添加劑，因此，多種助劑與添加劑在產品中的殘留將降低產品的性能。例如，現有的石墨烯/聚丙烯復合母粒中，助劑的質量分數高達1～5％，這在一定程度上影響了石墨烯/聚丙烯復合母粒的加工性能，并導致熔噴布產品品質下降，性能降低。

發明內容

本發明的目的：提供一種結構可控，親油疏水、抗菌抑菌、吸附能力強的花狀石墨烯，以及采用該石墨烯的熔噴布和口罩。

另外，本發明還提供該花狀石墨烯、熔噴布的制備方法。

本發明的技術方案：一種花狀石墨烯，由若干相互獨立的石墨烯團聚體構成，其中所述石墨烯團聚體由單層或多層超薄二維納米材料卷曲形成，所述單個石墨烯團聚體尺寸在50～200nm之間，結構均勻穩定，且能夠有效保持各團聚體的獨立性而不發生二次團聚，從而提高對外接觸面積。

所述石墨烯團聚體單個結構體存在卷軸中心，并環繞卷軸中心由帶狀超薄二維納米材料卷曲而成花狀結構。

所述石墨烯團聚體卷曲層數在2～20，可有效發揮石墨烯特有的吸附性能和殺菌性能。

一種所述花狀石墨烯的制備方法，其包括如下步驟：

(1)采用石墨棒作為陽極，采用金屬電極作為陰極；

(2)配置KOH/H₂O₂水溶液作為電解液；

(3)將石墨棒與金屬電極作為電解池的電極，并放入電解池中，調節電極位置，浸入電解液，使用導線將石墨棒、金屬電極與直流電源連接，陽極連接直流電源的正極，陰極連接直流電源的負極，待直流電源施加直流電壓后，進行電解反應；

(4)電解過程中，陽極石墨棒上不斷產生氣泡，電解液顏色由無色變為黑色；

(5)電解完成后，過濾電解液后得到黑色產物，使用蒸餾水清洗；

(6)將清洗后的黑色粉體烘干，得到花狀石墨烯。