[发明专利]一种多功能的石墨烯改性无纺布及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能的石墨烯改性无纺布及其制备方法，通过选择特定DBP值的纳米炭黑以特定比例与还原氧化石墨烯复配，再和聚丙烯共混、熔喷后得到。不同DBP值的纳米炭黑在还原氧化石墨烯表面的不同区域分布，形成了独特的纳米复合结构，呈现出极佳的导电性，在加入聚丙烯后能有效提升无纺布的防静电性。同时，石墨烯的加入还可显著提升聚丙烯无纺布的远红外发射、防紫外、抗菌除螨等功效，可在家纺、地毯、服装、口罩、医疗护具等领域得到应用。

技术领域

本发明属于无纺布领域，尤其涉及一种多功能的石墨烯改性无纺布及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子组成的二维蜂窝状纳米材料，于2004年首次被发现。在石墨烯面内，碳原子均为sp2杂化，在面内形成六元环键接，并在垂直于层平面的方向形成贯穿全层的大π键，从而为电子传递提供了绝佳的条件。经研究人员测试发现，室温下石墨烯的载流子迁移率达到了15000cm²/(V·s)，是目前一直载流子迁移率最高的物质碲化铟的两倍以上，并且该载流子迁移率随温度变化较小，因此在导电材料、电子材料等领域有显著应用潜力。此外，石墨烯本身具有最高的导热率和力学强度，化学性能稳定，有一定的生物相容性，从而在诸多领域均有广阔应用潜力。

然而，石墨烯的导电率与制备方法关系密切，目前虽然有多种多样的制备方法，但是在导电性上差异极大。如化学气相沉积法(CVD)所得石墨烯质量最好，然而产量很少，并且易于团聚，往往得到的是多层石墨烯粉体，分散性不佳，导电性与石墨接近，不利于实际使用。溶剂剥离法是能大规模制备石墨烯粉体的方法之一，然而需要借助分散剂和剪切作用，所得粉体导电率与理论值相差甚远。化学氧化还原法从石墨出发，通过氧化剂氧化剥离并还原制备石墨烯粉体，虽然产量高，但是由于石墨烯片内产生了缺陷，导电导热严重降低，即使经过还原也很难获得很高性能。

将石墨烯与其他材料复合是平衡产品性能和工业化难度的一种有效手段，可通过不同材料的特点相结合，弥补彼此缺陷，达到最优性能的效果。其中导电碳材料具有廉价、导电性能好、分散效果佳等优势，能与石墨烯的高强度、高载流子迁移率、高比表面积和化学稳定性等优势相结合，实现协同效应。如专利201610076705.0提供了一种石墨烯复合导电粉体的制备方法，将石墨烯表面覆盖多吡啶化合物，在与导电碳材料相结合。但是该专利重点是解决石墨烯和导电碳材料如何连接的问题，对于怎样充分利用石墨烯本身性能的问题没有进行涉及。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种多功能的石墨烯改性无纺布及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多功能的石墨烯改性无纺布，由石墨烯改性聚丙烯纤维构成，石墨烯改性聚丙烯纤维至少包括还原氧化石墨烯、纳米炭黑和聚丙烯，纳米炭黑附着于还原氧化石墨烯的两面。纳米炭黑包含高DBP值纳米炭黑和低DBP值纳米炭黑，低DBP值纳米炭黑的添加量是高DBP值纳米炭黑的4～7倍(质量比)；纳米炭黑和还原氧化石墨烯质量比为10：0.4～2.4；纳米炭黑和还原氧化石墨烯在石墨烯改性聚丙烯纤维中的总质量分数为1％～5％；高DBP值纳米炭黑的DBP值为360～400，低DBP值纳米炭黑的DBP值为200～280。

进一步地，还原氧化石墨烯和纳米炭黑在石墨烯改性聚丙烯纤维中的总质量分数为1％～5％。

一种多功能的石墨烯改性无纺布的制备方法，包括以下步骤：

(1)将低DBP值纳米炭黑和高DBP值纳米炭黑按4～7：1的质量比混合均匀；

(2)将10重量份步骤(1)所得混合炭黑加入50质量份还原氧化石墨烯水分散液，通过乳化均质机进行分散，还原氧化石墨烯水分散液的质量浓度为1％～6％；

(3)将步骤(2)所得分散液置于水热反应釜中，180℃下反应2h，冷却至室温后取出反应物干燥，得到石墨烯基复合添加剂。