[发明专利]一种抗静电过滤材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种含有石墨烯涂层且石墨烯的含量为1wt％以下的抗静电过滤材料及其制备方法。该抗静电过滤材料相对现有技术，既有助于保持较高过滤基材的透气量，又可以实现以低石墨烯添加量赋予材料抗静电性能，解决了现有依赖高石墨烯添加量提高基材电导率的问题。而且该抗静电过滤材料通过简单步骤、低成本的原料即可制备得到，使得整体成本大幅降低、应用前景更为明确。

技术领域

本发明属于功能高分子领域，具体涉及一种因含有低表面粗糙度和低石墨烯含量的涂层而能够保持较高透气量的抗静电过滤材料及其制备方法。

背景技术

过滤材料在易燃易爆环境中过滤粉尘时，由于与粉尘的不断摩擦容易产生静电而引发火花、引起燃烧、爆炸。另外某些粉尘在空气(或可燃气)中积累到特定的浓度时遇火花会发生燃烧爆炸。因此，对于易爆粉尘应该选择经抗静电处理的过滤材料。抗静电处理的方法包括(1)采用亲水性物质进行表面改性或通过高能射线辐射接枝改性，提高材料表面的吸湿性；(2)引入抗静电剂，提高材料的导电性。

石墨烯自2004年由英国曼彻斯特大学的康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·盖姆在实验室用微机械剥离法发现以来(Novoselov,K.S.&Geim,A.K.et al.Electric fieldeffect in atomically thin carbon films.Science,306,666-669,2004)，其优异的力学、电学、热学性能受到材料科学家的关注。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格、只有一个碳原子厚度的平面二维薄膜材料，是构建零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨的基础单元。石墨烯是迄今为止最薄的纳米材料，因其优异的力学性能(拉伸强度130GPa，杨氏模量高达1TPa)和突出的导电性能(电导率10⁶S·m^-1)，作为导电助剂和抗静电处理剂等领域的应用正被广泛关注。但石墨烯作为抗静电处理剂与过滤基材复合时，因为石墨烯的片层结构很容易堵住过滤基材的孔洞，且石墨烯本身价格昂贵，因此为了实现低成本高性能且保留过滤基材本身的过滤性能，迫切需要寻找一种方法可以通过低添加、同时控制石墨烯与过滤基材的复合形貌，得到低成本、高性能的抗静电过滤材料。

专利文献1(CN201210454848.2)中，通过在织物和石墨烯之间引入聚氨酯、苯胺或吡咯作为粘结过渡层，实现了在保证织物手感柔软和可剪裁性的前提下，提高了导电层的稳定性。但多步处理不仅增加了工艺成本，而且石墨烯的添加量在3.5wt％以上，原料成本大幅增加。同时织物表面的石墨烯涂层为凹凸不平的粗糙形貌，不仅降低了石墨烯的利用率，而且会影响织物整体的透气性。

专利文献2(CN201510393308.1)中，将聚乙烯醇与氧化石墨进行共混之后涂敷无纺布，经氢碘酸还原得到石墨烯修饰的无纺布，还原的同时聚乙烯醇发生凝胶化反应变为非水溶性保留无纺布上，起到了增强无纺布与石墨烯之间贴合性的作用。但伴随聚乙烯醇的凝胶化反应，可以推测石墨烯与无纺布之间无法光滑、紧密贴合，无纺布表面的石墨烯层厚度以及表面粗糙度都会过高。且氢碘酸是一种高腐蚀性的酸，对于加工设备和环境有更高的要求，势必增加生产成本，难以推广应用。

因此，上述专利文献1和2所提出的各种含有石墨烯涂层的抗静电过滤材料及其制备方法，虽然都试图通过石墨烯涂层的引入来赋予材料抗静电性能，但又各有缺陷：或因为石墨烯添加量过高增加了工艺/原料成本，或因为石墨烯涂层的形貌不理想影响了基材原本的过滤性能，都没能从根本上解决如何在维持过滤性能的同时，简单易行、低成本的获得含有石墨烯涂层的抗静电过滤材料的问题。

参考文献

专利文献1：CN201210454848.2；

专利文献2：CN201510393308.1。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种抗静电过滤材料，其能够在保持透气量相对于过滤基材而言的保持率的同时，低成本地赋予过滤材料抗静电性能。