一种石墨烯-PP熔喷布的制作方法

一种石墨烯
‑
pp熔喷布
技术领域
1.本发明属于熔喷布领域，具体涉及一种石墨烯
‑
pp熔喷布。


背景技术：

2.2020年新冠疫情的爆发，口罩已成为人们日常出行的必备品，熔喷布作为口罩的重要原料之一，备受行业关注。熔喷布主要以聚丙烯（pp）为主要原料，纤维直径可以达到0.5
‑
10微米。空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。它还可以广泛应用于过滤材料、医疗卫生用材料、环境保护材料、服装材料、电池隔膜材料、擦拭材料等行业。但是，随着市场需求的扩大，尤其是应用于电池隔膜材料，对熔喷布的功能要求也越来越高，稳定、透气、耐用、可再生以及安全、环保成了新一轮熔喷布市场的研究导向。
3.因此，针对上述情况，本发明提出一种石墨烯
‑
pp熔喷布，以实现熔喷布应用的技术需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种石墨烯
‑
pp熔喷布，具备稳定、透气、耐用、可再生以及安全、环保等特点。
5.本发明通过如下技术方案实现：一种石墨烯
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pp熔喷布，包括下列内容：原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料5
‑
15份、环保材料85
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95份、电气石6
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10份、多功能母粒2
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8份；所述改性石墨烯材料所用材质及制备方法为，原料按重量份计算包括石墨烯30
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50份、无机多孔混合物15
‑
25份、分散液400
‑
600份，具体如下：（1）、将石墨烯与无机多孔混合物置于焙烧炉中，氩气环境保护下，以12
‑
18℃/min升温至800
‑
900℃，3
‑
5℃/min降温至300
‑
400℃，趁热研磨粉碎至300nm以内，自然冷却至常温，得石墨烯复合无机多孔混合物；（2）、将石墨烯复合无机多孔混合物加入到分散液中，800
‑
1200rpm转速搅拌并采用25
‑
35khz超声分散1
‑
2h，超声期间同时采用辐照处理，辐照能量为5
‑
20kev，辐照剂量为200
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2000；（3）、采用旋蒸仪出去溶液剂，得改性石墨烯材料。
6.所述无机多孔混合物为质量比为1：1
‑
3：1的纳米多孔氧化铝、硅藻土、分子筛的混合物；所述分散液为byk
‑
190水性分散剂；所述环保材料所用材料及制备方法为，原料按重量份计算包括pp 70
‑
90份、天然纤维50
‑
80份、增塑剂2
‑
4份、稳定剂2
‑
6份，将原料pp与天然纤维混合物分别粉碎至20um以内的微粒，然后加入到搅拌机中，85
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105℃、300
‑
500rpm条件下搅拌共混30
‑
60min，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内即得。
7.所述天然纤维为质量比为1：2
‑
5的植物纤维、中药纤维的混合物，其中植物纤维获
取自木棉、剑麻、竹的一种或多种混合物；中药纤维获取自檀香、黄柏、甘草、葛根的一种或多种混合物；稳定剂为质量比为1：1
‑
3的硬脂酸钙、环氧大豆油的混合物；增塑剂为质量比为1：1.5
‑
4的柠檬酸三正丁酯、乙酰柠檬酸三正丁酯的混合物。
8.所述多功能母粒所用原料按重量份计算包括pp主体70
‑
80份、阻燃组分10
‑
15份、超疏组分10
‑
15份；具体制备方法为，将原料混合置于等离子清洗机内进行表面活化处理，取出加热至100
‑
110℃，研磨至颗粒均匀，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内的微粒即可；其中阻燃组分为菱镁矿粉、阻燃tpu粉；超疏组分为质量比为1：2
‑
5：2：5
‑
9的荷叶、水芙蓉、一叶兰、聚四氟乙烯的微粉混合物。
9.所述石墨烯
‑
pp熔喷布的制备工艺如下：（1）、按上述重量份将石墨烯材料、环保材料分别研磨粉碎至5um以内，混合均匀，得混合原料备用；（2）、步骤(1)中的混合原料中加入多功能母粒并混合均匀，得熔喷布原料；（3）、将熔喷布原料加入螺杆挤出机中进行熔融、挤出造粒，然后通过喷丝组件进行喷丝收卷成型，制得石墨烯
‑
pp熔喷布。
10.本发明的优势在于：1、利用无机多孔隙物与石墨烯共处理制得改性石墨烯材料，应用于熔喷布中有效的提高熔喷布纤维的比表面积，大幅降低气阻；同时，高比表面有助于促进石墨烯存储电荷团聚，熔喷布的过滤性随存储时间的推移得到有效的提升；2、采用植物纤维和中药纤维的混合天然纤维制备可降解环保材料作为主要原料之一，安全、环保，可再生；3、多功能母粒具备阻燃、疏水、疏油、疏盐的功能，有效的扩大了熔喷布的应用市场。
11.为了使发明所述的一种石墨烯
‑
pp熔喷布更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的描述。
具体实施例
12.实施例1一种石墨烯
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pp熔喷布，包括下列内容：原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料10份、环保材料90份、电气石8份、多功能母粒5份；所述改性石墨烯材料所用材质及制备方法为，原料按重量份计算包括石墨烯40份、无机多孔混合物20份、分散液500份，具体如下：（1）、将石墨烯与无机多孔混合物置于焙烧炉中，氩气环境保护下，以15℃/min升温至800
‑
900℃，4℃/min降温至350℃，趁热研磨粉碎至300nm以内，自然冷却至常温，得石墨烯复合无机多孔混合物；（2）、将石墨烯复合无机多孔混合物加入到分散液中，800
‑
1200rpm转速搅拌并采用30khz超声分散1.5h，超声期间同时采用辐照处理，辐照能量为10kev，辐照剂量为1000；（3）、采用旋蒸仪出去溶液剂，得改性石墨烯材料。
13.所述无机多孔混合物为质量比为1：2：1的纳米多孔氧化铝、硅藻土、分子筛的混合
物；所述分散液为byk
‑
190水性分散剂；所述环保材料所用材料及制备方法为，原料按重量份计算包括pp 80份、天然纤维65份、增塑剂3份、稳定剂4份，将原料pp与天然纤维混合物分别粉碎至20um以内的微粒，然后加入到搅拌机中，95℃、400rpm条件下搅拌共混45min，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内即得。
14.所述天然纤维为质量比为1：3.5的植物纤维、中药纤维的混合物，其中植物纤维获取自木棉；中药纤维获取自檀香；稳定剂为质量比为1：2的硬脂酸钙、环氧大豆油的混合物；增塑剂为质量比为1：3的柠檬酸三正丁酯、乙酰柠檬酸三正丁酯的混合物。
15.所述多功能母粒所用原料按重量份计算包括pp主体75份、阻燃组分13份、超疏组分13份；具体制备方法为，将原料混合置于等离子清洗机内进行表面活化处理，取出加热至105℃，研磨至颗粒均匀，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内的微粒即可；其中阻燃组分为菱镁矿粉、阻燃tpu粉；超疏组分为质量比为1：3.5：2：7的荷叶、水芙蓉、一叶兰、聚四氟乙烯的微粉混合物。
16.所述石墨烯
‑
pp熔喷布的制备工艺如下：（1）、按上述重量份将石墨烯材料、环保材料分别研磨粉碎至5um以内，混合均匀，得混合原料备用；（2）、步骤(1)中的混合原料中加入多功能母粒并混合均匀，得熔喷布原料；（3）、将熔喷布原料加入螺杆挤出机中进行熔融、挤出造粒，然后通过喷丝组件进行喷丝收卷成型，制得石墨烯
‑
pp熔喷布。
17.实施例2一种石墨烯
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pp熔喷布，包括下列内容：原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料5份、环保材料85份、电气石、10份、多功能母粒8份；所述改性石墨烯材料所用材质及制备方法为，原料按重量份计算包括石墨烯30份、无机多孔混合物15份、分散液600份，具体如下：（1）、将石墨烯与无机多孔混合物置于焙烧炉中，氩气环境保护下，以12℃/min升温至800℃，3℃/min降温至300℃，趁热研磨粉碎至300nm以内，自然冷却至常温，得石墨烯复合无机多孔混合物；（2）、将石墨烯复合无机多孔混合物加入到分散液中，1200rpm转速搅拌并采用35khz超声分散2h，超声期间同时采用辐照处理，辐照能量为20kev，辐照剂量为2000；（3）、采用旋蒸仪出去溶液剂，得改性石墨烯材料。
18.所述无机多孔混合物为质量比为1：1：1的纳米多孔氧化铝、硅藻土、分子筛的混合物；所述分散液为byk
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190水性分散剂；所述环保材料所用材料及制备方法为，原料按重量份计算包括pp 70份、天然纤维50份、增塑剂4份、稳定剂6份，将原料pp与天然纤维混合物分别粉碎至20um以内的微粒，然后加入到搅拌机中，85℃、300rpm条件下搅拌共混30min，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内即得。
19.所述天然纤维为质量比为1：2的植物纤维、中药纤维的混合物，其中植物纤维获取
自剑麻、竹；中药纤维获取自黄柏；稳定剂为质量比为1：1的硬脂酸钙、环氧大豆油的混合物；增塑剂为质量比为1：1.5的柠檬酸三正丁酯、乙酰柠檬酸三正丁酯的混合物。
20.所述多功能母粒所用原料按重量份计算包括pp主体70份、阻燃组分15份、超疏组分15份；具体制备方法为，将原料混合置于等离子清洗机内进行表面活化处理，取出加热至100℃，研磨至颗粒均匀，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内的微粒即可；其中阻燃组分为菱镁矿粉、阻燃tpu粉；超疏组分为质量比为1：2：2：5的荷叶、水芙蓉、一叶兰、聚四氟乙烯的微粉混合物。
21.所述石墨烯
‑
pp熔喷布的制备工艺如下：（1）、按上述重量份将石墨烯材料、环保材料分别研磨粉碎至5um以内，混合均匀，得混合原料备用；（2）、步骤（1）中的混合原料中加入多功能母粒并混合均匀，得熔喷布原料；（3）、将熔喷布原料加入螺杆挤出机中进行熔融、挤出造粒，然后通过喷丝组件进行喷丝收卷成型，制得石墨烯
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pp熔喷布。
22.实施例3一种石墨烯
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pp熔喷布，包括下列内容：原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料15份、环保材料95份、电气石、6份、多功能母粒2份；所述改性石墨烯材料所用材质及制备方法为，原料按重量份计算包括石墨烯50份、无机多孔混合物25份、分散液400份，具体如下：（1）、将石墨烯与无机多孔混合物置于焙烧炉中，氩气环境保护下，以18℃/min升温至900℃，5℃/min降温至400℃，趁热研磨粉碎至300nm以内，自然冷却至常温，得石墨烯复合无机多孔混合物；（2）、将石墨烯复合无机多孔混合物加入到分散液中，800rpm转速搅拌并采用25khz超声分散1h，超声期间同时采用辐照处理，辐照能量为5kev，辐照剂量为200；（3）、采用旋蒸仪出去溶液剂，得改性石墨烯材料。
23.所述无机多孔混合物为质量比为1：3：1的纳米多孔氧化铝、硅藻土、分子筛的混合物；所述分散液为byk
‑
190水性分散剂；所述环保材料所用材料及制备方法为，原料按重量份计算包括pp 90份、天然纤维80份、增塑剂2份、稳定剂2份，将原料pp与天然纤维混合物分别粉碎至20um以内的微粒，然后加入到搅拌机中，105℃、500rpm条件下搅拌共混60min，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内即得。
24.所述天然纤维为质量比为1：5的植物纤维、中药纤维的混合物，其中植物纤维获取自竹；中药纤维获取自甘草；稳定剂为质量比为1：3的硬脂酸钙、环氧大豆油的混合物；增塑剂为质量比为1：4的柠檬酸三正丁酯、乙酰柠檬酸三正丁酯的混合物。
25.所述多功能母粒所用原料按重量份计算包括pp主体80份、阻燃组分10份、超疏组分10份；具体制备方法为，将原料混合置于等离子清洗机内进行表面活化处理，取出加热至110℃，研磨至颗粒均匀，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内的微粒即可；其中阻燃组分为菱镁矿粉、阻燃tpu粉；超疏组分为质量比为1：5：2：9的荷叶、水芙蓉、一叶兰、聚四氟乙烯的微粉混合物。
26.所述石墨烯
‑
pp熔喷布的制备工艺如下：
（1）、按上述重量份将石墨烯材料、环保材料分别研磨粉碎至5um以内，混合均匀，得混合原料备用；（2）、步骤(1)中的混合原料中加入多功能母粒并混合均匀，得熔喷布原料；（3）、将熔喷布原料加入螺杆挤出机中进行熔融、挤出造粒，然后通过喷丝组件进行喷丝收卷成型，制得石墨烯
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pp熔喷布。
27.实施例4一种石墨烯
‑
pp熔喷布，其中原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料4份、环保材料84份、电气石8份、多功能母粒1份；其余同实施例1。
28.实施例5一种石墨烯
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pp熔喷布，其中原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料16份、环保材料96份、电气石8份、多功能母粒9份；其余同实施例1。
29.实施例6一种石墨烯
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pp熔喷布，其中改性石墨烯材料的原料按重量份计算包括石墨烯40份、无机多孔混合物14份、分散液500份；其余同实施例1。
30.实施例7一种石墨烯
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pp熔喷布，其中改性石墨烯材料的原料按重量份计算包括石墨烯40份、无机多孔混合物26份、分散液500份；其余同实施例1。
31.实施例8一种石墨烯
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pp熔喷布，原料按重量百分份计算包括石墨烯材料10份、环保材料90份、电气石8份、多功能母粒5份；其余同实施例1。
32.实施例9一种石墨烯
‑
pp熔喷布，原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料5份、环保材料85份、电气石、10份、多功能母粒8份；所述改性石墨烯材料所用材质及制备方法为，原料按重量份计算包括石墨烯30份、无机多孔混合物15份、分散液600份，具体如下：（1）、将石墨烯与无机多孔混合物置于焙烧炉中，氩气环境保护下，以12℃/min升温至800℃，3℃/min降温至300℃，趁热研磨粉碎至300nm以内，自然冷却至常温，得石墨烯复合无机多孔混合物；（2）、将石墨烯复合无机多孔混合物加入到分散液中分散均匀；（3）、采用旋蒸仪出去溶液剂，得改性石墨烯材料。
33.其余同实施例1。
34.实施例10一种石墨烯
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pp熔喷布，原料按重量百分份计算包括改性石墨烯材料5份、环保材料85份、电气石、10份、多功能母粒8份；所述改性石墨烯材料所用材质及制备方法为，原料按重量份计算包括石墨烯30份、无机多孔混合物15份、分散液600份，具体如下：（1）、将石墨烯与无机多孔混合物置于焙
烧炉中，加热至800℃，自然冷却至常温，研磨粉碎得石墨烯复合无机多孔混合物；（2）、将石墨烯复合无机多孔混合物加入到分散液中，1200rpm转速搅拌并采用35khz超声分散2h，超声期间同时采用辐照处理，辐照能量为20kev，辐照剂量为2000；（3）、采用旋蒸仪出去溶液剂，得改性石墨烯材料。
35.其余同实施例1。
36.实施例11一种石墨烯
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pp熔喷布，其中环保材料的原料按重量份计算包括pp 80份、天然纤维49份、增塑剂3份、稳定剂4份；其余同实施例1。
37.实施例12一种石墨烯
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pp熔喷布，其中环保材料的原料按重量份计算包括pp 80份、天然纤维81份、增塑剂3份、稳定剂4份；其余同实施例1。
38.实施例13一种石墨烯
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pp熔喷布，其中环保材料所用材料及制备方法为，原料按重量份计算包括pp 80份、增塑剂3份、稳定剂4份，将原料pp与天然纤维混合物分别粉碎至20um以内的微粒，然后加入到搅拌机中，95℃、400rpm条件下搅拌共混45min，转移至螺杆挤出机挤出造粒，粉碎至20um以内即得。
39.其余同实施例1。
40.实施例14一种石墨烯
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pp熔喷布，其中多功能母粒所用原料按重量份计算包括pp主体75份、阻燃组分9份、超疏组分9份；其余同实施例1。
41.实施例15一种石墨烯
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pp熔喷布，其中多功能母粒所用原料按重量份计算包括pp主体75份、阻燃组分16份、超疏组分16份；其余同实施例1。
42.试验试验1为了更好的说明本发明方法制备的石墨烯
‑
pp熔喷布的各方面性能，同时也更直观的体现各实施例方法制备的无机纳米陶瓷涂料的差异性，根据熔喷布的检测标准，针对各性能进行测试，遵循多次试验原则，优选最佳方案，其中降解性能的测试为：取降解前材料的初始重量(w0)后，再将其按固液比为1.0g/mg放入0.1n的盐酸溶液中，60℃条件下恒温保存，每隔10天更换一次盐酸溶液，每隔20天取出残留固体直至100天，真空干燥至恒重后记录重量为w20、w40、w60、w80、w100；失重分别为（w0
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w20）/ w0*100%、（w0
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w40）/ w0*100%、（w0
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w60）/ w0*100%、（w0
‑
w80）/ w0*100%、（w0
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w100）/ w0*100%；用失重大小来表示降解速率快慢。具体结果汇总于下表1、2：表1 熔喷布性能情况表1
表2 熔喷布性能情况表2从上述熔喷布性能情况表1、2中数据可以知道：1、综合对比各实施例测试的各项性能数据，以实施例1、2、3效果较优，尤其以实施例1最佳；2、对比实施例1，实施例4、5各组分原料配比不在本发明技术范围，相应的技术参数如过滤效率，气阻、阻燃效果、降解性能等均不如前者；3、对比实施例1，实施例6、7中改性石墨烯材料的无机多孔混合物添加量不符合要求，过少或过多均影响结果，尤其是气阻性；
4、对比实施例1，实施例8原料中石墨烯未改性，实施例9、10的改性石墨烯制备工艺不在本发明技术范围，制备的熔喷布过滤效率均不及前者；5、对比实施例1，实施例11、12、13中环保材料的天然纤维使用少、多或是未使用，对熔喷布的可降解性影响颇大；6、多功能母粒中阻燃组分和超疏组分对于熔喷布的阻燃等级以及过滤效果影响明显，这一点从实施例14、15与实施例1对比中可以得出。