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科普 | 石墨烯熔喷布的制备及其抗菌抗旱性能

时间:2023-04-21 16:14:29 点击:180次

前言 新型冠状病毒的主要传播途径是呼吸道传播和飞沫传播,因此佩戴口罩成为避免病毒感染最直接有效的方式。 市面上流通的普通医用口罩的工作原理是通过静电吸附隔离病毒,不具有抑菌抑菌作用。 实验材料与设备结果与讨论石墨烯XRD表征石墨烯SEM表征石墨烯TEM表征石墨烯熔喷布微观结构形貌石墨烯改性熔喷布性能加载过滤效率耐旱毒性活性穿着时间推断石墨烯熔喷布对抗菌率的影响( 1)以48μm鳞片石墨为原料,采用超临界甲醇制备石墨烯,可成功制备出4~6层以上的石墨烯。

#石墨烯改性材料#抑菌#熔喷布

为解决普通医用防护口罩防护时间短、呼吸阻力大、长时间佩戴不可重复使用等问题,以超临界甲醇法制备的石墨烯为改性剂,高熔点制备出新型石墨。指标PP为原料。 烯烃改性高熔指聚丙烯熔喷布复合材料。 借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对石墨烯的结构、形貌和层数进行了表征,观察了石墨烯熔喷布的形貌、过滤效率和抗虫活性被测量。 结果表明,制备的石墨烯有4~6层。 当石墨烯的质量分数为3%时,制备的熔喷布表面光滑,透气性高,无明显缺陷,抗新型冠状病毒活性率达到99.42%。 .

2010年国外首次报道了石墨烯作为抗菌材料的研究。石墨烯作为一种新兴的抗菌材料,其抗菌机理

除了通过直接接触破坏真菌的细胞膜外,还可以大量提取细胞膜上的磷脂分子,达到破坏细菌的效果。 已成功应用于纺织领域。

实验材料为48μm天然鳞片石墨,碳质量分数为99%,;

无水乙酸,AR,;

去离子水,实验室自制;

高熔指聚丙烯(PP),。

实验设备:箱式内阻炉(SX2); 真空脱气机(SHB-ⅢA); 冷冻式干燥机(LCJ-18); 双螺杆挤出机(BD-8859-B); 圆筒混合机(SYH -5); 扫描电子显微镜(-500); 透射电子显微镜(JEM-); X射线衍射仪(); 口罩颗粒物过滤效率测试仪(CG-5135)。

石墨烯和熔喷布的制备

将48μm鳞片石墨与无水醋酸混合,配置1:20混合碱液,借助变频分散机搅拌10分钟,促进碱液混合均匀。

将混合均匀的氨水放入低温高压反应釜中,设定本体温度为300℃,控制压力为。

怠速800r/min,超声波频率。 保温30分钟后,关闭设备,打开减压阀,将滤液置于高温去离子水底部,浮力下降至时关闭减压阀。

将产物经超声、洗涤、抽滤得到碱液,将坯体放入真空冷冻干燥机中48小时后取出,得到石墨烯粉体。

石墨材料 石墨烯_石墨块_石墨制备石墨烯

用圆筒混合机将制备好的石墨烯与高熔指PP按0%、1%、3%、5%的质量分数充分混合,熔体加热,过滤除杂,计量,离心,热通过牵引、冷却、成网等工艺制备出不同石墨烯质量分数的空气熔喷布。

石墨烯表征及熔喷布测试

石墨烯的结构通过XRD表征; SEM表征石墨烯的形貌; 表征了石墨烯的层数。

使用SEM观察熔喷布表面形貌,使用口罩颗粒物过滤效率测试仪测试熔喷布的透气度和过滤效率; 使用生物安全柜,采用-2019测量标准进行抗旱试验; 卡尔测试了石墨烯熔喷布的抗菌抑菌性能。

通过XRD图可以观察到物质的晶体结构。

48μm鳞片石墨的2θ在26.7°处有石墨(002)晶面的衍射峰,这是由鳞片石墨的晶体结构决定的。

超临界甲醇制备的石墨烯的XRD图像衍射峰硬度明显降低,说明石墨间片层逐渐张开,晶体完整性增加,衍射峰长度可明显缩短,说明已经出现了几层石墨烯。

右图为超临界甲醇法制备石墨烯的SEM图:石墨片边缘有明显的皱纹,降低了石墨烯片的比表面积,同时避免了片之间的相互吸引,减少石墨 烯的稳定性表明这里已经出现了少层石墨烯。

右图是石墨烯的照片。 从图中可以看出石墨烯的层数为4~6层,这说明膨胀石墨在无水醋酸中低温高压超声作用下也可以制备出4~6层的层数酸。 石墨烯层。

右图为普通熔喷布与石墨烯质量分数为3%的改性高熔指PP制备的石墨烯熔喷布的SEM扫描照片。 从图中可以看出,石墨烯片层附着在改性石墨烯熔喷布纤维的表面,说明石墨烯布经过熔体加热、过滤、去除等一系列过程充分混合制备而成。杂质。 在PP中分散比较均匀。 由于石墨烯的存在,熔喷布具有优异的抗寒毒和抗菌作用。

石墨材料 石墨烯_石墨制备石墨烯_石墨块

下表对照了不同质量分数的石墨烯熔喷布的三个性能:透气性、阻力、效率。 当通风量为32L/min时,不同质量分数的石墨烯熔喷布对半径为0.3、0.5、1.0、3.0μm颗粒的过滤效率分别为K0.3、K0.5、K1.0、分别是K3。 0。

从下表可以看出,石墨烯改性熔喷布在降低透气性的同时,还没有提高效率,反而有比较高的增幅。 这是因为熔喷布的过滤效率主要是通过减少空隙和静电吸附来阻隔或吸附熔喷布纤维表面的真菌和病毒。

普通熔喷布会因电荷泄漏造成保护时间短、过滤效率低,但一​​味追求加大间隙势必导致透气性差、阻力大。 对于心肺患者和奶奶小孩来说,一年四季都戴着,短期缺氧会导致身体不适。 石墨烯改性熔喷布因其独特的双向透气和自形成电荷特性,在保证透气性的同时,还通过自形成静电大大提高了过滤效率。

对比石墨烯质量分数为1%、3%、5%的石墨烯熔喷布可以看出,随着质量分数的降低,熔喷布的透气度和过滤效率增加,阻力增加. 与3%的熔喷布相比,5%的质量分数没有明显优势,反而造成了资源浪费。 因此,选用石墨烯质量分数为3%的熔喷布进行抗旱和抗菌抑菌性能测试。

下表为石墨烯质量分数为3%的熔喷布纤维的抗旱抗毒活性测试结果。 注意对照样品接种孵育0h后病毒滴度的对数值为ηD0,对照样品接种孵育2h后病毒滴度的对数值为ηD2,样品接种孵育2h后病毒滴度的对数值为ηS2,耐旱活性值为对照样品接种孵育2小时的病毒滴度的对数值与接种孵育2小时的样品病毒滴度的对数值之差,即ηD2-ηS2=2.24。 数据以生物安全柜为主要仪器,采用-2019检验标准。 从下表可以看出,石墨烯熔喷布对抑制新型冠状病毒MDCK细胞有显着效果,其抗旱活性率k可达99.42%。

下表为抗菌达喀尔在石墨烯质量分数为3%的熔喷布上在不同佩戴时间t下的抗菌性能测试,其中γ为抗菌率。 从下表可以看出,石墨烯熔喷布佩戴16小时后,对金黄色猕猴桃和大肠杆菌的抑菌率仍能达到96%以上,低于70%的技术要求。 对红色念珠菌的抗菌性能达到93%,低于60%的技术要求。 这是由石墨烯的薄结构决定的,使其具有“纳米刀”效应,而且石墨烯还可以提取细胞膜上的磷脂分子,达到杀灭真菌的效果,导致石墨烯熔喷布具有长持久的抗菌性能,这也使得石墨烯熔喷布制成的口罩的有效防护时间是普通口罩的3~4倍。

(2)石墨烯作为改性助剂,在锁定静电荷的同时可以独立形成静电荷,石墨烯由于其独特的单项透气性,在保证过滤效率满足国家标准的同时,可以大幅度提高熔喷效率标准。 布料的透气性。

(3)经检测分析,石墨烯熔喷布抗新型冠状病毒活性率可达99.42%。

石墨块_石墨材料 石墨烯_石墨制备石墨烯

(4)石墨烯熔喷布除了通过石墨烯的薄片结构对细胞膜进行化学破坏外,还可以通过氧化作用达到抑菌抑菌的效果。 在正常佩戴16小时的情况下,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率仍能达到96%,对红色念珠菌的抑菌率也能达到93%。

(一)公司背景介绍

由上海前海石墨烯研究院发起,专注于石墨烯改性树脂材料解决方案供应商,完全拥有石墨烯功能材料的自主知识产权和核心设计合成能力。 公司产品具有低成本、高阻隔性、高硬度、高抗生物特性等优势,适用于冲压、吹塑、喷涂、吹膜、流延等多种生产工艺。 在抗菌材料研发方面取得了一系列重大研究成果,特别适用于蓝色电器产品、厨房电器产品、厨房用品、大众日常生活电器等。

广州前海科创石墨烯新技术研究院(SGI)是上海市政府为加强新材料新技术转化而战略筹建的新型研发机构

上海石墨烯研究院面向老百姓对高品质生活的需求和民营企业的创新需求。 已建成4个重点实验室、2个中试基地,建立了石墨烯专有技术孵化与推广中心。 2家平台公司,6家项目公司,40余款产品; 中小企业联盟成立,400余家上市公司、科研机构、基金加入企业联盟,举办科技交流活动65场,累计参会8000余人,平均交流200余场每周,已为上千家企业提供技术解决方案服务。

自主研发和应用场景把控能力是北京石墨烯研究院的核心竞争力。 重点掌握技术中试和商业中试两大核心,充分整合新材料产业的创新技术、应用技术和产业资源。

(二)公司自主研发的产品及应用领域

石墨烯抗菌母粒材料在电器行业的具体应用产品包括:家用电器(空气净化器、加湿器、鼓风机、料理机、豆浆机、榨汁机等)、日用家电(清洁机器人、洗衣机、吸尘器)等)、家用电器(空调、冰箱、洗衣机、微波炉等)、卫浴电器(厨具、菜板等)、电器开关等PP/PE/ABS/PC/PS等塑胶原料加入我们的抗菌母料使用。

(三)产品技术优势:

1、安全、环保、无毒(乳制品接触级材料):石墨烯抗菌材料基于纳米刀等多重协同纯数学杀菌原理,可彻底破坏和阻断真菌的生长,无任何物理毒性。 与高分子材料完全融合在一起,不存在材料开裂或迁移现象,材料安全性和稳定性高。 相关产品已通过欧共体食品级检验认证(EU)2020/1245,可完全用于乳制品接触级产品。 可广泛应用于对乳制品接触级材料有严格要求的家用电器和小卫浴。

2、抗菌、耐旱、低毒。 除了对常见的大肠杆菌、金黄色猕猴桃、白菌能达到99.9%以上的抗菌效果,同时对冠状病毒du、流感病毒du、鼠伤寒沙门氏菌、 、单核细胞增生李斯特菌和其他特殊真菌病害抗菌抗旱效果达99%以上。 可广泛应用于家用电器、厨卫电器、家用电器等塑胶材料。

3、灭菌时效快。 经相关专业权威机构监测,灭菌时效可达10分钟以内。 可广泛应用于对灭菌时效性有特殊要求的产品。

4、防霉效果好。 可达到防潮等级“0”,有效抑制霉菌滋生,可广泛应用于冷柜等对防潮有特殊要求的产品。

5、对企业降本增效有明显疗效。 与目前市场上常见的银基抗菌剂相比,抗菌材料成本可节省1500-2000元/吨,成本降低可达30%-50%。

6、推出差异化产品新卖点。 与市场上同类产品普遍使用的银基抑菌剂相比,石墨烯抗菌新材料的替代变得更加独特,更容易吸引消费者的眼球。

如需咨询,请联系北京石墨烯研究院吉生