阅读说明：本技术 基于石墨烯的肺部防护织物及其制备方法 (Graphene-based lung protective fabric and preparation method thereof ) 是由 朱君 张心依 曹文涛 朱竞尧 金彩虹 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于石墨烯的肺部防护织物及其制备方法,包含涤纶纤维织物以及石墨烯功能层,其中石墨烯功能层以石墨烯为基材,表面修饰肺表面活性物质。本发明制备的肺部防护织物具备了石墨烯对颗粒物的静电吸附和肺表面活性物质对颗粒物的粘附作用,具有更好的去除粉尘的效果。本发明以涂布或印刷的方式使石墨烯树脂溶液覆盖且嵌入织物组织中间,形成石墨烯功能层,使得织物具有优异的附著度及耐水洗性。(The invention provides a graphene-based lung protection fabric and a preparation method thereof. The lung protective fabric prepared by the invention has the electrostatic adsorption of graphene to particles and the adhesion of lung surface active substances to the particles, and has a better dust removal effect. According to the invention, the graphene resin solution is coated or embedded in the fabric tissue in a coating or printing manner to form the graphene functional layer, so that the fabric has excellent adhesion degree and water washing resistance.)

基于石墨烯的肺部防护织物及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能纤维的制备领域，具体涉及一种基于石墨烯的肺部防护织物及其制备方法。

背景技术

石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。其中，石墨烯纤维是其应用的主要领域之一。石墨烯除了可以作为纳米增强多功能添加剂提高复合纤维的性能之外，还可以为基本组成单元制备纯石墨烯纤维。以具有优质特性的石墨烯和纤维素为原料，通过目前工业可用的湿防技术制备石墨烯纤维及其纺织品，一方面利用石墨烯纤维极高的拉伸强度，在石墨烯纤维的石墨烯层间引入共价交联作用，可以将石墨烯纤维的拉伸强度和断裂伸长率增强，有望超越碳纤维应用于航空航天、汽车、军工等领域。目前国内所报道的石墨烯纳米纤维多采用静电纺丝方法制备，也有采用水热合成方法制备还原氧化石墨烯微米纤维的报道，如专利公开号CN 106592007B：石墨烯微米纤维、制备方法、神经组织支架及修复系统，所制备的石墨烯基微米纤维表面呈现规则一致的纳米多孔结构。

纺织产品是雾霾防护的重要产品之一。随着人们生活质量的提高，使得人们对纺织产品的功能提出了越来越高的要求。在众多雾霾防护产品中，雾霾口罩备受关注。现在最为典型的是以微滤滤片、纳米翼状纤维作为过滤材料的口罩，例如：N95口罩等。其中，纳滤低能量翼状空气滤材口罩，简称纳滤口罩，其最关键的特点是采用了翼状纤维过滤材料，每一根过滤材料的纤维丝，都有32个翼状花瓣，传统的纤维在电子显微镜下的横截面是圆形的，而翼状材料的横截面是有32个翅膀的翼状。而石墨烯的静电吸附作用也可以起到吸附粉尘的作用，因此，开发以石墨烯为基础的肺部防护纤维具有很好的应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于石墨烯的肺部防护织物。

本发明的再一目的在于：提供一种上述产品的制备方法。

本发明目的通过下述方案实现：种基于石墨烯的肺部防护织物，包含至少一种涤纶纤维织物以及附著于织物表面的石墨烯功能层，其中，所述的石墨烯功能层以石墨烯为基材，表面修饰肺表面活性物质。

在上述方案基础上，所述的石墨烯功能层设在二层涤纶纤维织物之间。即：所述的肺部防护织物包含上下纤维层和中间石墨烯功能层。

本发明的石墨烯功能层包含疏水性树脂及分散于疏水性树脂中的表面修饰肺表面活性物质的功能石墨烯。本发明所述的肺部防护织物具备了石墨烯对颗粒物的静电吸附和肺表面活性物质对颗粒物的粘附作用，具有更好的去除粉尘的效果。

本发明还提供了一种基于石墨烯的肺部防护织物的制备方法，包括涤纶纤维织物以及石墨烯功能层的制备，至少有如下步骤：

（1）将石墨烯浸泡于浓氢氧化钠中，搅拌24小时后洗净烘干，取浸泡后的石墨烯5mg分散于50ml碱性有机溶剂中，加入甲苯磺酰氯10ml，反应温度为80-200℃，反应时间为30-120分钟，反应过程中通入氮气保护，反应获得石墨烯中间体；

（2）将肺表面活性物质溶解于0.1 mol/L碱性水溶液中，将获得的石墨烯中间体加入反应体系中回流，肺表面活性物质与石墨烯中间体的质量比0.1:1-1:1，反应温度为80-120℃，反应时间为30-150分钟，反应得到表面修饰肺表面活性物质的石墨烯；

（3）将表面修饰肺表面活性物质的石墨烯分散于两种溶剂混合溶剂（体积比为1：1）中形成悬浮溶液，其中，一种溶剂沸点不大于80℃，另一种溶剂沸点不小于120℃。将至少一种疏水性树脂加入悬浮溶液，树脂与石墨烯的质量比为1:1-10:1，以机械力分散该溶液，形成石墨烯树脂溶液，所述的疏水性树脂为聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯的一种或多种；

（4）以涂布或印刷石墨烯树脂溶液于某一涤纶纤维层表面，去除石墨烯树脂溶液中之混合溶剂，形成附著于织物之表面的石墨烯层，再与另外涤纶纤维层紧密粘结。

本发明以涂布或印刷的方式使石墨烯树脂溶液覆盖且嵌入织物组织中间，形成石墨烯功能层，使得织物具有优异的附著度及耐水洗性。

其中，所述的碱性有机溶剂为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、乙醇胺、二甲基甲酰胺、吡啶的一种或几种。

所述的肺表面活性物质包含二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC），SP-A、SP-B、SP-C、SP-D蛋白。

所述的碱性水溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氨水的一种。

所述的沸点不大于80℃的溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯的一种或多种。

所述的沸点不小于120℃的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺的一种或多种。

所述的机械力为超声波、均质搅拌、球磨及高压剪切的一种或多种。

本发明的有点在于：

（1）本发明制备的肺部防护织物具备了石墨烯对颗粒物的静电吸附和肺表面活性物质对颗粒物的粘附作用，具有更好的去除粉尘的效果。

（2）以涂布或印刷的方式使石墨烯树脂溶液覆盖且嵌入织物组织中间，形成石墨烯功能层，使得织物具有优异的附著度及耐水洗性。

（3）本发明制备过程简单、反应易控制，稳定性好、可产业化，具有广泛的推广前景。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

一种基于石墨烯的肺部防护织物，其特征在于包含涤纶纤维织物以及附著于织物表面的石墨烯功能层，其中，所述的石墨烯功能层以石墨烯为基材，表面修饰肺表面活性物质，所述的石墨烯功能层设在二层涤纶纤维织物之间，按如下步骤制备：

（1）将石墨烯浸泡于氢氧化钠浓溶液（浓度不低于10%）中，搅拌24小时后洗净烘干，取浸泡后的石墨烯5mg分散于50ml碱性有机溶剂三乙胺中，加入甲苯磺酰氯10ml，反应温度为100℃，反应时间为120分钟，反应过程中通入氮气保护，反应获得石墨烯中间体；

（2）将肺表面活性物质溶解于0.1 mol/L碳酸氢钠碱性水溶液中，将获得的石墨烯中间体加入反应体系中回流，肺表面活性物质与石墨烯中间体的质量比0.1:1，反应温度为80℃，反应时间为60分钟，反应得到表面修饰肺表面活性物质的石墨烯；

（3）将表面修饰肺表面活性物质的石墨烯分散于丙酮和N,N-二甲基乙酰胺体积比为1：1的混合溶剂中形成悬浮溶液，将疏水性树脂聚氨酯加入悬浮溶液，树脂与石墨烯的质量比为5:1，以超声波分散该溶液，形成石墨烯树脂溶液。

（4）以涂布或印刷石墨烯树脂溶液于一涤纶纤维层表面，去除石墨烯树脂溶液中的混合溶剂，形成附著于该织物表面的石墨烯层，再与另外涤纶纤维层紧密粘结。

在风量为1000m³/s，该织物对粉尘的去除率为99%。

实施例2

一种基于石墨烯的肺部防护织物，与实施例1近似，按如下步骤：

（1）将石墨烯浸泡于氢氧化钠浓溶液中，搅拌24小时后洗净烘干，取浸泡后的石墨烯5mg分散于50ml碱性有机溶剂吡啶中，加入甲苯磺酰氯10ml，反应温度为120℃，反应时间为120分钟，反应过程中通入氮气保护，反应获得石墨烯中间体；

（2）将肺表面活性物质溶解于0.1 mol/L氢氧化钠水溶液中，将获得的石墨烯中间体加入反应体系中回流，肺表面活性物质与石墨烯中间体的质量比0.5:1，反应温度为100℃，反应时间为30分钟，反应得到表面修饰肺表面活性物质的石墨烯；

（3）将表面修饰肺表面活性物质的石墨烯分散于乙酸乙酯和二甲基亚砜体积比为1：1的混合溶剂中形成悬浮溶液，将疏水性树脂聚甲基丙烯酸甲酯加入悬浮溶液，树脂与石墨烯的质量比为8:1，以均质搅拌分散该溶液，形成石墨烯树脂溶液。

（4）以涂布或印刷石墨烯树脂溶液于一涤纶纤维层表面，去除石墨烯树脂溶液中的混合溶剂，形成附著于该织物表面的石墨烯层，再与另外涤纶纤维层紧密粘结。

在风量为3000m³/s，该织物对粉尘的去除率为99%。

实施例3

一种基于石墨烯的肺部防护织物，与实施例1近似，按如下步骤：

（1）将石墨烯浸泡于氢氧化钠浓溶液中，搅拌24小时后洗净烘干，取浸泡后的石墨烯5mg分散于50ml碱性有机溶剂乙二胺中，加入甲苯磺酰氯10ml，反应温度为150℃，反应时间为20分钟，反应过程中通入氮气保护，反应获得石墨烯中间体；

（2）将肺表面活性物质溶解于0.1 mol/L乙醇胺碱性水溶液中，将获得的石墨烯中间体加入反应体系中回流，肺表面活性物质与石墨烯中间体的质量比1:1，反应温度为120℃，反应时间为15分钟，反应得到表面修饰肺表面活性物质的石墨烯；

（3）将表面修饰肺表面活性物质的石墨烯分散于乙酸乙酯和二甲基乙酰胺按体积比为1：1的混合溶剂中形成悬浮溶液，将疏水性树脂聚甲基丙烯酸甲酯加入悬浮溶液，树脂与石墨烯的质量比为10:1，以均质搅拌分散该溶液，形成石墨烯树脂溶液；

（4）以涂布或印刷石墨烯树脂溶液于一涤纶纤维层表面，去除石墨烯树脂溶液中的混合溶剂，形成附著于该织物表面的石墨烯层，再与另外涤纶纤维层紧密粘结。

在风量为10000m³/s，该织物对粉尘的去除率为95%。