[发明专利]一种石墨烯抗菌母粒、纤维及其制备方法

说明书

一种石墨烯抗菌母粒的制备方法，包括以下步骤：第一粉末制备、第二粉末制备、母粒制备；技术方案采用聚水溶性季铵盐作为插层剂兼抗菌剂，增大氧化石墨烯片层层间距，再和尼龙6制作微胶囊，形成核壳结构。该方法制备出的抗菌母粒，聚季铵盐与氧化石墨烯协同抗菌，抗菌性好，同时，石墨烯分散均匀，有增强物理机械性能作用，可与尼龙6熔融共混，制备抗菌纺织丝。

技术领域

本发明涉及材料工程领域，特别是石墨烯抗菌母粒、纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰胺纤维俗称尼龙、锦纶，是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性纤维总称。尼龙纤维具有耐磨性好、回弹性高、染色性好、力学性能优良等特点，可应用与服装、建筑、化工等领域。但尼龙纤维本身不具备抗菌功能，特别是在南方潮湿空气下，尼龙纤维织物与人体皮肤接触时，由于静电积累，尼龙纤维会吸引人体掉下来的皮屑等营养物，很容易滋生细菌而导致纤维变色、霉变，引起皮肤感染，危害人们健康，甚至导致疾病发生。随着人民健康意识的增强，人们对衣物的要求已经不再局限于装饰、保暖，衣物等纤维制品的抗菌性越来越受到人们的关注，因此需要开发抗菌尼龙纤维，提高产品的附加值。

抗菌纤维是一类具有杀菌、抑菌性能的功能性纤维，其核心成分是抗菌剂，将极少量的抗菌剂添加至普通纤维中制成抗菌材料。抗菌剂分为无机抗菌剂和有机抗菌剂两类，其中无机抗菌剂包括金属离子(Ag、Cu、Zn等)型，氧化物光催化型(TiO₂、ZnO、MgO等)；有机抗菌剂分为天然、低分子和高分子有机抗菌剂，天然抗菌剂来自于天然提取物(如壳聚糖、甲壳质等)，其耐热性差，应用范围窄；低分子有机抗菌剂主要有季铵(鏻)类、胍类等，往往因受热或溶出而丧失抗菌性能，毒性大、对环境污染大，高分子抗菌剂的低毒性、稳定性、抗菌持久性、便于改性等优点使其倍受青睐。

目前对尼龙纤维抗菌剂的研究主要集中在纳米金属离子型中，这类抗菌剂具有耐高温、金属例子释放缓慢、杀菌持久性等优点，但在尼龙纤维中分散性不好，故需要将其制成纳米级，其比表面积增大，可以更好地吸附微生物，且有更好的抗菌效果。但如纳米银抗菌剂，短时间是不会对人体有害，长时间对人体是否有害一直是个争论的话题，但是目前国外很多国家已经有数据测试纳米银能够渗透到细胞内，大量积累肯定是会对人体有害的。因在加州65中已经有证实纳米银对人体有害、美国现在已经严格禁止银系抗菌剂在纺织品上面使用。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，2010年，中国科学院上海应用物理所黄庆课题组首次发现了石墨烯材料的抗菌作用，即细菌的细胞膜上的磷脂分子可以被石墨烯抽取导致细胞膜的破坏。但石墨烯在尼龙纤维中的容易团聚，若添加量小其抗菌性能较弱，大量添加又容易团聚，价格也高。水溶性聚季铵盐类抗菌剂是一种高分子有机抗菌剂，其阳离子吸引带负电荷的细菌细胞壁，长链烷基接触到细菌细胞壁的另一侧，作用于细菌细胞表层，破坏细胞的细胞壁和细胞膜，具有环保、广谱、高效抗菌等优点。

中国专利文件CN 104098893 A提出一种导电、抗菌的聚酰胺6/聚丙烯复合材料及其制备方法，该发明采用银锌系无机抗菌剂、石墨烯等添加剂制备聚酰胺6/聚丙烯复合材料，存在石墨烯团聚，且纳米银锌系无机抗菌剂已被美国等国家禁止在纺织品上使用。CN106417275 A提出一种壳聚糖包裹纳米银氧化石墨烯复合抗菌材料的制备方法，该方法石墨烯分散性较好，但壳聚糖其耐热性较差，超过200℃，发生降解反应，而尼龙纤维的加工温度一般在240℃左右。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：现有尼龙纤维常用的纳米金属抗菌剂能渗透人体皮肤，产生毒性。而将石墨烯应用在尼龙纤维中，制作抗菌纤维，存在添加量小抗菌性能弱，添加量大会发生团聚的问题。

发明内容

为此，需要一种能环保的、无毒、具有抗菌性及耐热性的尼龙纤维及其制造方法。为实现上述目的，发明人提供了一种石墨烯抗菌母粒的制作方法，包括以下步骤：