[发明专利]一种石墨烯喷剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种由石墨烯制成的喷剂、具体的制备方法以及该喷剂的用途。

背景技术

近年来，随着登山，滑雪，航海等户外运动的蓬勃发展，对鞋、服装、帽子、帐篷、睡袋，防潮袋这些户外用品的防水透气功能需求十分强烈。这些户外用品集防水、透湿、防风、保暖于一体，它既能抵御雨雪和寒风的入侵，又能让人体的汗气及时排出，保持干爽和温暖，从而实现用品防水功能和舒适性的统一。而传统的材料不透气，穿着时感觉发闷，人体产生的汗液无法排到外面，在内表面聚积冷凝，使人感觉到不舒适且有湿冷感，甚至有冻伤，冻死的情况发生。

随着科学技术的发展，开始采用涂层或薄膜在这些户外用品表面形成一层防水透气膜的方式来解决前述问题。目前防水透气膜已经经历了以下四代：

第一代：最早为了达到防水、防风，只是在面料上覆盖防水胶，以达到防水目的，这种材料和工艺制作的产品，可以耐一定的水压，但绝对不会透气，而且防水透气性差。

第二代：PU薄膜，这是一种耐水压很不错的材料，将产品面料与之复合在一起，可以做到防水稳定性较好，其高端产品也有些许透湿功能，但效果很不理想。如：市场现有KING-TEX。

第三代：TPU薄膜，在PU薄膜基础上开发出来，比PU膜在透气、透湿、耐水压方面都有所改善，是替代PU膜的一种防水透气膜，国内有TING-TEX、KING-TEX等。

第四代：EPTFE膜(聚四氟乙烯)是最新一代防水透气膜，其防水透气性均较好。在国际市场有出色表现的主要有：GORE-TEX(美国戈尔公司研制)、OMNI-TECH(美国COLUMBIA公司研制)、FIRST-TEX(美国FBA国际集团研制)、EVENT(近几年来迅速崛起的防水透气专业材料商研制)、TEXPORE(德国JACKWOLFSKIN公司研制)等。但是该膜价格较贵，长时间使用后易磨损，且修复困难昂贵。

由此总结现有的防水透气膜有以下三个缺陷：(1)现有普通防水透气膜，防水性和透气性较差。(2)现有较好的防水透气膜，防水和透气性较好但是价格昂贵。(3)现有防水透气膜长期使用后易磨损，且修复困难，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是解决前述的防水透气膜的各种缺陷，提供一种制备简单，携带方便，使用简单可在户外用品表面形成一层性能良好的防水透气性的石墨烯膜的石墨烯喷剂及其制备方法以及其作为防水透气膜的应用。

实现本发明目的的技术方案首先是一种石墨烯喷剂，由石墨烯溶液和光催化剂混合溶液构成；所述石墨烯溶液中添加的光催化剂的浓度为0.01～1mg/ml；所述光催化剂为二氧化钛或氧化锌或氧化锡或二氧化锆或硫化镉。

其次是该石墨烯喷剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备石墨烯粉：采用氧化还原法制备得到石墨烯粉；在冰水浴中准备250ml～1000ml的反应瓶；然后加入200～600ml浓度大于70％的浓硫酸，搅拌下加入2～8g石墨粉和1～4g硝酸钠的固态混合物，搅拌速度为100rpm～300rpm，搅拌时间10～20min；然后分六次加入6～24g高锰酸钾，搅拌速度为100rpm～300rpm，搅拌时间10～20min，随后升温至25℃～35℃，并继续搅拌，搅拌速度为300rpm～500rpm，搅拌20min～30min；缓慢加入100～300ml去离子水，继续搅拌20～30min；升温至90℃～100℃并保持20min～1h，加入10～30ml质量分数为40％～65％的双氧水水溶液还原残留的氧化剂，并搅拌混合均匀，然后静置0.5h～1h；采用用电阻率大于18MΩ*cm的超纯水和5～10％的盐酸洗涤，直到滤液中无硫酸根被检测到为止；最后对溶液进行过滤，将滤物置于50～60℃真空干燥箱中充分干燥得到石墨烯粉。

步骤二：制备石墨烯溶液：在制备好的石墨烯粉体中加入溶剂，拌混匀后，将混合液置于超声振荡器上震荡，超声波功率为200W，超声波频率为60KHZ，超声震荡时间1～3h，得到浓度为0.5～15mg/ml的石墨烯溶液。溶剂为水或有机溶剂或至少两种有机溶剂的混合物；所述有机溶剂为甲醇或乙醇或异丙醇或丙酮或乙酸乙酯或氯仿或四氯化碳或四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜或苯或甲苯或二甲苯或氯苯或二氯苯或三氯苯；优选溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、四氢呋喃、苯、甲苯中的一种或者任意两种或两种以上的有机溶剂的混合物。更优选为水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿中的一种或者任意两种或两种以上的有机溶剂的混合物；最优选溶剂为水或乙醇。