CN111996793A

CN111996793A - 一种石墨烯抗菌布的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN111996793A
Application number: CN202010941284.XA
Authority: CN
Inventors: 陶子建
Original assignee: Ningbo Mcc Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Ningbo Mcc Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2020-11-27

Abstract

本发明公开了一种石墨烯抗菌布的制备方法及其应用。所述石墨烯抗菌布的制备方法包括如下步骤：获取2‑5层石墨烯材料；按质量份称取以下组分：所述石墨烯材料0.1‑5份，水95‑99.9份；以上各个组分的质量份的总和为100份；将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，制备得到浸渍溶液；将待种植布浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的种植布；将所述浸泡的种植布脱水并烘干，得到石墨烯抗菌布。本发明将低成本、高品质的石墨烯种植在布料上得到抗菌布，制备过程简单，可用于大规模生产。

Description

一种石墨烯抗菌布的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域；具体涉及一种石墨烯抗菌布的制备方法及其应用。

背景技术

石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，碳原子的排列与石墨的单层原子一样，是一种排列成蜂窝状六角形的平面晶体。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp²杂化，并贡献一个p轨道上的电子形成大π键。

自2004年英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授采用微机械分离法得到石墨烯以来，新的石墨烯制备方法层出不穷，比如氧化还原法、取向附生法、化学气相沉积法、外延生长法等。然而，低成本、大面积、高质量的石墨烯宏量制备技术仍然是当前此领域所面临的主要困难和挑战。

石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和高比表面积，以及广泛的应用前景引起了全世界科学家的广泛关注。石墨烯具体应用领域有：储能领域，石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池；光电器件领域，石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏等；材料领域，石墨烯可作为新的添加剂，可用于制造新型涂料以及制作防静电材料；生物医药领域，石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、生物监测等；散热领域，石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品。

发明内容

基于上述背景技术，本发明的目的在于提供一种石墨烯抗菌布的制备方法及其应用，能够将具有物理杀毒抗菌功能的石墨烯材料种植在种植布上得到石墨烯抗菌布，并且所述抗菌布能够应用在医疗领域和服装领域。

本发明是通过以下技术方案实现的：

a.获取2-5层石墨烯材料；

b.按质量份称取以下组分：所述石墨烯材料0.1-5份，水95-99.9份；以上各个组分的质量份的总和为100份；

c.将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，制备得到浸渍溶液；

d.将待种植布浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的种植布；

e.将所述浸泡的种植布脱水并烘干，得到石墨烯抗菌布。

所述获取2-5层石墨烯材料包括以下步骤：在保护气体环境下将反应空间电弧加热至3500-3800K，其中，使用所述保护气体保持所述反应空间的压强在1.2-1.5MPa之间；向所述反应空间内通入反应气体，所述反应气体包括乙炔和/或甲烷；得到2-5层的石墨烯材料。

作为优选，所述待种植布包括熔喷布、无纺布或纺织布中的至少一种。

作为更优选，所述待种植布的规格为10-150g/m²；所述待种植布的风阻为2-500Pa。

所述将所述浸泡的种植布进行脱水并烘干的过程包括：使用双压辊对所述浸泡的种植布进行脱水，得到脱水的种植布；将所述脱水的种植布在60-250℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

所述将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中的过程包括：通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到所述浸渍溶液。

所述石墨烯抗菌布的石墨烯种植密度为0.1-30g/m²。

另一方面，本发明实施例提供一种了石墨烯抗菌布，其为如任一项实施例所述的石墨烯制备方法得到的石墨烯抗菌布。

进一步地，所述的石墨烯抗菌布可以应用在医疗领域，用于制作口罩、创口贴以及防护服等医用物品。

进一步地，所述的石墨烯抗菌布可以应用在服装领域，用于制作内衣裤、袜子以及床上用品等。

与现有技术相比，本发明选用了成本低廉、高品质的石墨烯作为原材料，制备过程简单；所述石墨烯抗菌布具有较强的抑菌性能，该石墨烯抗菌布的抑菌率高达99％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种石墨烯抗菌布的制备方法的流程图。

图2为本发明制备得到的完整石墨烯晶相照片。

图3为本发明制备得到的石墨烯材料边缘部分微观照片。

图4为本发明制备得到的石墨烯放大5万倍的二维结构。

图5为本发明第三实施例制备得到的石墨烯抗菌布的送检样品。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明使用的石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

1)在保护气体环境下将反应空间电弧加热至3500-3800K；

2)向所述反应空间内通入反应气体，所述反应气体包括乙炔和/或甲烷；

3)得到2-5层的石墨烯材料。

首先将保护气体通入反应空间内，再将反应空间用电弧加热至一定温度。其中，通入保护气体能够将空气全部挤出反应空间，避免反应气体在高温高压条件下与空气中的氧气产生反应；一方面，防止在制备过程中反应空间内产生燃烧甚至爆炸现象，造成意外事件的发生；一方面，能够控制反应空间的压强，使反应进行地更加彻底。优选的，所述保护气体为惰性气体。举例来说，所述保护气体可以是氦气，还可以是氩气，此处不做限制。

其中，气态碳源的分解反应为可逆反应，反应气体的转化率在90％-95％之间。其中，反应气体的转化率随着反应温度的升高而增大；在同一温度下，压强越高转换率越低。为了使所述分解反应尽可能地正向进行，制备出更多的石墨烯材料，优选的，所述反应空间的压强为1.2MP-1.5，具体可为1.2MP、1.3MP、1.4MP、1.5MP；反应温度为3500K-3800K，具体可为3500K、3600K、3700K、3800K。

进一步地，通过保护气体控制反应空间内的压强，同时，为了提高实验的安全性，将所述保护气体的温度控制在50-70℃，具体可为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。

其中，在所述保护气体环境下将反应空间加热至3500-3800K，包括：所述反应空间处于磁场环境；在所述反应空间内通入的电流已生成等离子电弧，优选的，通入电流的大小为70-130A，具体可为70A、80A、90A、100A、110A、120A、130A。

在保护气体环境下，将反应空间电弧加热至3500K-3800K后，再向所述反应空间内通入反应气体。所述反应气体为气态碳源，优选的，所述反应气体为乙炔和/或甲烷。其中，将普通民用液化天然气进行除硫纯化，即可得到纯净度达99％的甲烷。制备成本较低，制备过程简单，可适用大规模工业生产。

进一步，通过显微镜对所述石墨烯材料的物理形态进行观察，得到如图2-4所示的电镜图。具体的，从图2可知，在2纳米级别的放大视图中，通过第一实施例制备得到的材料为具有蜂巢结构的石墨烯材料；从图3可知，在10-20纳米级别的放大图中，该石墨烯材料的边缘犹如锋利的尖刀；从图4可知，在5万倍的放大图中，该石墨烯材料为不规则二维结构，其四周犹如布满了锋利的尖刀。

通过以上方式制备得到2-5层的石墨烯材料，并且，使用其制备石墨烯抗菌布，具体的可以包括以下多个不同的实施例：

【实施例1】

1.获取所述2-5层石墨烯材料0.1份，水99.9份；通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到浸渍溶液。

2.选取规格为10g/m²，风阻为2Pa的熔喷布，浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的熔喷布。

3.使用双压辊对所述浸泡的熔喷布进行脱水，得到脱水的熔喷布。

4.将所述脱水的熔喷布在60℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

【实施例2】

1.获取2-5层石墨烯材料5份，水95份；通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到浸渍溶液。

2.选取规格为150g/m²，风阻为500Pa的无纺布，浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的无纺布。

3.使用双压辊对所述浸泡的无纺布进行脱水，得到脱水的无纺布。

4.将所述脱水的无纺布在250℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

【实施例3】

1.获取2-5层石墨烯材料2份，水98份；通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到浸渍溶液。

2.选取规格为90g/m²，风阻为300Pa的熔喷布，浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的熔喷布。

4.将所述脱水的熔喷布在160℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

【实施例4】

1.获取2-5层石墨烯材料4份，水96份；通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到浸渍溶液。

2.选取规格为120g/m²，风阻为200Pa的无纺布，浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的无纺布。

4.将所述脱水的无纺布在100℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

【实施例5】

1.获取2-5层石墨烯材料1份，水99份；通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到浸渍溶液。

2.选取规格为50g/m²，风阻为100Pa的纺织布，浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的纺织布。

3.使用双压辊对所述浸泡的纺织布进行脱水，得到脱水的纺织布。

4.将所述脱水的纺织布在200℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

【实施例6】

1.获取2层石墨烯材料2份，水98份；通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到浸渍溶液。

4.将所述脱水的纺织布在80℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

将样品材料送至中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心进行抑菌率检测。参见图5，样品材料为实施例3制备的石墨烯抗菌布，对照样品为PBS。检测项目为抑菌率。按标准规定，将送检样品裁剪成5mm见方，称取0.75克/瓶。检测依据为GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》第3部分：振荡法。检测用菌的菌种为大肠杆菌(Escherichia coli)ATCC 25922、金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)ATCC 6538、以及白色念珠菌(Candida albicans)ATCC 10231。

检测报告的具体检测数据如下所示：

其中，初始接种菌液的浓度分别为：大肠杆菌3.3×10⁵CFU/ml、金黄色葡萄球菌3.5×10⁵CFU/ml、白色念珠菌2.8×10⁵CFU/ml；将送检样与接种菌液混合18h后，菌数均值分别为：大肠杆菌<1.0CFU/ml、金黄色葡萄球菌<1.0CFU/ml、白色念珠菌3.5×10³CFU/ml。检测数据显示，送检样对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均大于99％，具有很好的抑菌性能。

检测结果如下：

由检测结果可得，送检样对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均大于99％，远远超出标准要求值的60％和70％。由此可证，实施例3制备的石墨烯抗菌布具有较强的抑菌作用。

进一步地，所述石墨烯抗菌布强大的物理抗菌性能可以应用于医疗领域和服装领域。举例来说，使用该石墨烯材料制成的医用布料可以制成医用口罩、创口贴以及医用防护服等医用器械；而使用该石墨烯制成的普通布料可以制成内衣裤、袜子以及床上用品等服装物品。

Claims

1.一种石墨烯抗菌布的制备方法，其特征在于，包括：

获取2-5层石墨烯材料；

按质量份称取以下组分：所述石墨烯材料0.1-5份，水95-99.9份；以上各个组分的质量份的总和为100份；

将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，制备得到浸渍溶液；

将待种植布浸泡在所述浸渍溶液中，得到浸泡的种植布；

将所述浸泡的种植布脱水并烘干，得到石墨烯抗菌布。

2.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌布的制备方法，其特征在于，所述获取2-5层石墨烯材料包括以下步骤：

在保护气体环境下将反应空间电弧加热至3500-3800K，其中，使用所述保护气体保持所述反应空间的压强在1.2-1.5MPa之间；

向所述反应空间内通入反应气体，所述反应气体包括乙炔和/或甲烷；

得到2-5层的石墨烯材料。

3.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌布的制备方法，其特征在于，所述待种植布包括熔喷布、无纺布或纺织布中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌布的制备方法，其特征在于，所述待种植布的规格为10-150g/m²；所述待种植布的风阻为2-500Pa。

5.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌布的制备方法，其特征在于，所述将所述浸泡的种植布进行脱水并烘干的过程包括：

使用双压辊对所述浸泡的种植布进行脱水，得到脱水的种植布；

将所述脱水的种植布在60-250℃的条件下烘干，得到所述石墨烯抗菌布。

6.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌布的制备方法，其特征在于，所述将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中的过程包括：

通过超声波将所述石墨烯材料均匀分散在所述水中，得到所述浸渍溶液。

7.一种石墨烯抗菌布，其特征在于，所述石墨烯抗菌布为通过实施权利要求1-6任意一项所述的石墨烯抗菌布的制备方法制得；

其中，所述石墨烯抗菌布的石墨烯种植密度为0.1-30g/m²。

8.一种石墨烯抗菌布在医疗领域的应用，其特征在于，将如权利要求7所述的石墨烯抗菌布应用在医疗领域。

9.一种石墨烯抗菌布在服装领域的应用，其特征在于，将如权利要求7所述的石墨烯抗菌布应用在服装领域。