一种含有石墨烯的乳胶及其制备方法和应用
【专利说明】
[00011 本申请要求于2015年11月27日提交中国专利局、申请号为201510847955.5、发明 名称为"一种含有石墨烯的乳胶及其制备方法和应用"的中国专利申请的优先权，其全部内 容通过引用结合在本申请中。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种乳胶，尤其涉及一种含有石墨烯的乳胶及其制备工艺和应用。
【背景技术】
[0003] 乳胶可分为天然、合成和人造3类。
[0004] 乳胶制品因具有超高弹性、触感性强、着戴性佳、矫形功能好、生物性能良好等优 点，在工农业生产、医疗卫生、军工领域、文化体育、日常生活中都有着广泛的应用。较为常 见的乳胶制品主要有乳胶手套、乳胶安全套、乳胶气球、乳胶胶管、乳胶指套、乳胶胶丝等， 还包括一些具有特种功能用途的乳胶制品。随着人们生活水平的不断提高和社会文明的日 益进步，医疗卫生事业的蓬勃发展，对乳胶制品的需求量也逐渐增加，同时，随着科学技术 的发展、人们生活质量的提高与人身健康安全防范意识的加强，乳胶制品的质量、卫生性能 与人身健康安全的关联性越来越得到重视，尤其是与人体皮肤直接接触的乳胶制品，如乳 胶医用手套、乳胶安全套，其使用安全性更是受到关注。因此，市场对乳胶制品的内在质量 提出了更高、更新的技术要求。为了提高乳胶制品的内在质量，更好地满足市场需要，国外 科研、生产与检测工程技术人员从原材料、生产技术、设备改进与检测技术等方面，进行了 大量的科研开发工作，不断完善乳胶制品的质量，并开发许多新产品，推动了整个乳胶工业 的技术进步与发展。
[0005] 据医学报告指出，枕头、被褥、床褥是细菌和尘螨滋生的温床，而枕头用上三年便 含有10%的霉菌、螨虫粪便和遍布累累的螨虫尸骸。根据医学上的资料，有12%~16%的人 有过敏症，而这些患者中有25%是由于家中尘蹒所引起的过敏；另外气喘症患者中高达 90%以上是起因于家中尘蹒，由此可知尘蹒对人的危害程度了。
[0006] 因而，如何开发一种具有多功能性的乳胶及其制品，也成为了目前本领域内所广 泛关注的焦点和亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种含有石墨烯结构的乳胶及其制 备工艺和应用，本发明提供的乳胶及其制品，不仅具有较好的远红外性能，而且还能够产生 较高的抗菌抑菌性能。
[0008] 本发明提供了一种含有石墨烯结构的乳胶，包括石墨烯结构以及非碳非氧非氢元 素；
[0009] 所述非碳非氧非氢元素包括Fe、Si和A1元素；
[0010] 所述?6、3;[和41元素占所述乳胶的0.0018￥1:%~0.4￥1:%。
[0011] 优选的，所述石墨稀结构厚度为小于等于100纳米。
[0012] 优选的，所述石墨烯结构为具有层数为1~10层碳的六元环蜂窝状片层结构中的 一种或多种的组合。
[0013] 优选的，所述非碳非氧非氢元素还包括？、0&、恥、附、111、1(、1^、〇、5和(：0中的一种 或多种，优选的，这些元素的含量占乳胶的〇.5wt%以下；
[0014] 所述Fe、Si和A1元素占所述乳胶的的O.Olwt%~0.4wt%。
[0015] 优选的，所述含有石墨烯结构和非碳非氧非氢元素的物质通过含有碳纳米结构的 复合物的形式引入。
[00?6]优选的，所述碳纳米结构的复合物的质量占所述乳胶质量的0. lwt %~1 Owt %。 [0017]优选的，所述含有碳纳米结构的复合物中，所述含有碳元素的物质的含量大于等 于80wt%。
[0018] 优选的，所述含有碳纳米结构的复合物中，所述Fe、Si和A1元素的含量为0.3wt% ~5wt% 〇
[0019] 优选的，含有碳纳米结构的复合物中含有石墨稀结构和无定形碳；
[0020] 所述非碳非氧非氢元素以单质、氧化物和碳化物中的任意一种或几种的组合的形 式吸附在碳纳米结构的表面或内部。
[0021] 优选的，所述石墨烯结构为以生物质为原料制备得到的生物质石墨烯形式引入。
[0022] 所述生物质为以树木、秸杆以及其农林废弃物制备得到的木质素、纤维素及其混 合物中的一种或多种。
[0023] -种乳胶制品，用本发明的乳胶制备而成，所述制品包括枕头、床垫、坐垫、靠垫、 沙发、护腰、鞋垫、乳罩、汽车座椅、马桶坐垫、安全套、手套、气球、奶嘴、奶瓶或暖手宝。
[0024] 所述含有碳纳米结构的复合物按以下方法进行制备，具体步骤包括：
[0025] (1)在催化剂的作用下，将生物质碳源进行催化处理，得到前驱体；
[0026] (2)在保护性气体的条件下，将所述前驱体在140 °C~180°C保温1.5h~2.5h，得到 第一中间体；
[0027] (3)在保护性气体的条件下，将所述第一中间体升温至350°C~450°C保温3h~4h， 得到第二中间体；
[0028] (4)在保护性气体的条件下，将所述第二中间体升温至1100°C~1300°C保温2h~ 4h，得到第二中间体；
[0029] (5)将所述第三中间体依次碱洗、酸洗、水洗，得到复合物；
[0030] 上述方法制备得到的复合物也属于含有生物质石墨烯的一种情况。
[0031 ] 所述步骤(3)和(4)中的升温速率为14°C/min~18°C/min。
[0032]与现有技术相比，本发明提供的含有石墨烯结构的乳胶，在传统的乳胶中引入含 有石墨烯结构和非碳非氧非氢元素的物质，通过石墨烯结构，Fe、Si和A1元素的搭配组合， 使得本发明提供的乳胶具有远红外性能和抗菌抑菌多种性能，并通过控制特定的加入比 例，能够具有较高的远红外效果和抑菌效果。实验结果表明，本发明提供的乳胶的远红外性 能最高能够达到〇. 93;抑菌性能最高能够达到99%。
【附图说明】
[0033]图1为实施例1和对比例4-6的不同种类石墨烯枕头温度-时间曲线。
【具体实施方式】
[0034]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的 限制。
[0035] 本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人 员熟知的常规方法制备的即可。
[0036] 本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
[0037] 本发明提供了一种含有石墨烯结构的乳胶，包括石墨烯结构以及非碳非氧非氢元 素；所述非碳非氧非氢元素包括Fe、Si和A1元素；所述Fe、Si和A1元素占所述乳胶的 0.0018wt %~0.4wt %。本发明所述Fe、Si和A1元素优选占所述乳胶的0.0018wt %~ 0.4wt%，更优选为O.Olwt%~0.4wt%，更优选为0.02wt%~0.4wt%，最优选为0· lwt%~ 0 · 3wt%，可以为0 · 05wt%、0 · lwt%、0 · 12wt %、0 · 13wt %、0 · 2wt%、0 · 23wt%、0 · 28wt%、 0.38wt%等。本发明上述Fe、Si和A1元素占所述乳胶的质量分数，是指所述Fe、Si和A1元素 在所述乳胶中的含量，即元素在混合物中的含量。
[0038] 本发明对所述石墨烯结构没有特别限制，以本领域技术人员熟知的定义即可，本 发明所述石墨烯结构是指含有单层石墨烯结构或多层石墨烯结构的多种结构的组合，更优 选为单层石墨烯与不同层数的石墨烯之间的组合;本发明所述石墨烯结构更优选为具有层 数为1~10层碳的六元环蜂窝状片层结构中的任意一种或多种的组合，更优选为单层、双层 或3~10层结构的中的任意一种或多种的组合。通常的，层数多于10层，厚度在100nm以内碳 的六元环蜂窝状片层结构，称为石墨烯纳米片层，以生物质为碳源制备的层数多于10层，厚 度在100nm以内碳的六元环蜂窝状片层结构，称为生物质石墨稀纳米片层;层数为1~10层 碳的六元环蜂窝状片层结构，称为石墨烯，以生物质为碳源制备的层数为1~10层碳的六元 环蜂窝状片层结构，称为生物质石墨烯。
[0039] 本发明所述石墨烯结构在微观表象上优选所述碳的六元环蜂窝状片层结构微观 上呈现翘曲、卷曲、折叠构象中的任意一种或多种的组合。关于复合物中的片层结构的微观 形貌典型的可以通过电子显微镜观察获得，可以是透射电镜或扫描电镜。本发明所述石墨 烯结构在厚度上优选为小于等于100纳米，更优选为小于等于50纳米，最优选为小于等于20 纳米。
[0040] 本发明所述乳胶中，所述非碳非氧非氢元素优选还包括P、Ca、Na、Ni、Mn、K、Mg、Cr、 S和Co中的一种或多种，更优选为？工&、似、附、111、1(、1^、0、3和(：〇中的多种;所述非碳非氧 非氢元素以单质和化合物中的任意一种或多种的组合的形式存在。在上述优选方案中，所 述上述元素在所述乳胶中的含量优选为小于0.5wt %，更优选为小于0.4wt %，更优选为小 于0.3wt %，最优选小于0.2wt %。
[0041] 本发明对所述石墨烯结构和含有非碳非氧非氢元素的物质如何与引入乳胶没有 特别限制，以本领域技术人员熟知的引入方法即可，本发明为提高乳胶的性能，优选所述石 墨烯结构和含有非碳非氧非氢元素的物质通过含有碳纳米结构的复合物的形式引入。本发 明所述含有非碳非氧非氢元素的物质优选为上述元素的纳米级材料，更优选为纳米级单 质、纳米级氧化物和纳米级无机化合物中的一种或多种。
[0042]本发明所述碳纳米结构的复合物的质量占所述乳胶质量优选为O.lwt %~ 10wt%，更优选为lwt%~8wt%，最优选为3wt%~5wt% ;所述含有碳纳米结构的复合物 中，所述碳元素的含量优选为大于等于80wt%，更优选为85wt%~97wt%，最优选为90wt% ~95wt% ;所述含有碳纳米结构