制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法是以石墨粉做为制备出石墨烯水溶液的原料，再将石墨烯水溶液加入木浆与氧化甲基玛琳混合溶解的浆液内，并去除其水份后形成纺丝粘液后，以纺粘方式(spunbond)直接制得石墨烯天然纤维素不织布；其不需再经过还原制程的程序以及使用还原制程所需的高毒性水合肼溶液，也不会有因使用高毒性水合肼溶液，所导致操作人员吸入或皮肤接触出现头晕、恶心等的健康危害发生，另可藉由制程中增加石墨烯水溶液添加的比例，来达成控制其抗静电性能及导热功能的效果，可以满足不同消费端对抗静电程度及导热功能的要求，且其使用丢弃后又可被自然分解，而成为无害自然环境的环保纤维不织布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法，是属于绿色环保制程制造天然纤维不织布的
，其是以石墨粉做为制备出石墨烯水溶液的原料，再将石墨烯水溶液加入木浆与氧化甲基玛琳混合溶解的浆液内，并去除其水份后形成纺丝粘液后，以纺粘方式(spunbond)直接制得石墨烯天然纤维素不织布，其使用丢弃后又可被自然分解，而成为无害自然环境的环保纤维不织布。
技术介绍
石墨是一类层状的材料，即由一层又一层的二维平面碳原子网路有序堆迭而形成的，由于碳层之间的作用力比较弱，因此石墨层间很容易互相剥离开来，从而形成很薄的石墨片层，如果将石墨逐层地剥离，直到最后只形成一个单层，即厚度只有一个碳原子的单层石墨，这就是石墨烯。而石墨烯的概念开始于1947年P.R.Wallace计算出石墨烯的电子结构，和其独特的线性色散性质，但长久以来一直被怀疑是否可以在现实中存在，二维平面原子层一直被视为是三维结构中的一部份，无法单独稳定存在。故石墨烯早期被视为假设性的结构，仅作为模型用来描述碳材料的物理性能，2010年AndreGeim教授和他的学生KostyaNovoselov凭借着在石墨烯方面的创新研究而获得了诺贝尔物理学奖。由于石墨烯具有无毒、化学和热学性能优异、热传导佳、机械强度大等特性，使得以石墨烯为基础的材料开始广泛的应用在各工业范围，尤其在纺织领域有更多的应用，例如中国专利CN103046151号揭露一种石墨烯共混再生纤维素纤维及其制备方法，由该制备方法可知，其是先将氧化石墨烯溶液与再生纤维素溶液混合，并通过粘胶法纺丝工艺得到〝中间产物石墨烯共混再生纤维素纤维〞，最后再将该〝中间产物石墨烯共混再生纤维素纤维〞经由还原步骤而制得石墨烯共混再生纤维素纤维成品，其中，前述的还原步骤是选取质量百分比浓度为1％的水合肼溶液作为还原剂，在20℃条件下，将氧化石墨烯共混再生纤维素纤维按浴比为1:100的比例放置在水合肼溶液中还原120min，水洗烘干后而获得石墨烯共混再生纤维素纤维。众所周知，水合肼溶液是无色透明的油状发烟液体，具有特殊的氨臭味，在湿空气中会冒烟并具有强碱性和吸湿性，其在毒理学的毒性分类中属于高毒类，遇明火或高热时会燃烧，若不慎与氧化剂接触更会引起爆炸，另外，对人体健康的危害亦可经由吸入、食入或皮肤等方式来吸收，故执行上述还原步骤的操作人员，在长时间的皮肤反复接触下，会经由皮肤的吸收而引起中毒，或者在长时间的吸入下，也会出现头晕、恶心的健康危害，故使用水合肼溶液作为还原剂来将〝中间产物石墨烯共混再生纤维素纤维〞还原成〝石墨烯共混再生纤维素纤维〞，是属于不安全且危害操作人员风险极高的制程。因此，在本专利技术人已具有制备不危害自然环境的天然纤维素不织布技术的基础(例如由本专利技术人已申请授权的中国专利CN102127842、CN102127841及CN102127840等)上，并采用安全且又不危害操作人员健康的制程条件下，来达成制备石墨烯掺混天然纤维素不织布的方法，便显得急为迫切与需要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在提供一种制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法，其步骤包含：a.在石墨粉中加入硫酸(H2SO4)；将浓度为1wt％～10wt％的硫酸倒入装有石墨粉的烧杯中，并在冰浴的环境下搅拌30分钟；b.再加入过锰酸钾(KMnO4)；将浓度为1wt％～20wt％的过锰酸钾加入步骤a中进行搅拌1～2小时，并加入适量的蒸馏水，该加入的蒸馏水会产生紫色烟雾，持续加至不会冒烟为止；c.滴入过氧化氢(H2O2)及过滤；是以浓度为1wt％～10wt％的过氧化氢滴入步骤b的溶液进行反应时间1小时，其过程中溶液会产生气泡，持续加到不再产生气泡为止，且该溶液会同步反应成为墨绿色溶液，再将该墨绿色液体过滤成滤饼；d.以盐酸冲洗滤饼及水洗至中性；是以5.0％盐酸冲洗滤饼，来去除硫酸根离子，再用蒸馏水冲洗至中性；e.烘干形成氧化石墨固体；将滤饼拿至烘烤箱以40℃进行干燥2小时，即可得到干燥的氧化石墨固体；f.加入蒸馏水形成氧化石墨水溶液；取干燥的氧化石墨0.06g加入烧杯中并加蒸馏水至200ml，再以超音波震荡处理30分钟，得到氧化石墨水溶液，其浓度为0.03wt％～0.5wt％；g.加入硼氢化钠(NaBH4)形成含有硼氢化钠石墨烯水溶液；将0.06g及浓度为1wt％～10wt％的硼氢化钠(NaBH4)加入步骤f的氧化石墨水溶液，再以超音波震荡处理30～60分钟，而得到含有硼氢化钠石墨烯水溶液，其中，该含有硼氢化钠石墨烯水溶液中氧化石墨与硼氢化钠的重量比为1:1～1:5；h.过滤、水洗及反滤后制得石墨烯水溶液；将含有硼氢化钠石墨烯水溶液先在滤纸上全数过滤后，再用水洗过滤3～5次来洗除硼氢化钠，最后将该滤纸用水进行反滤后即制得石墨烯水溶液；i.将石墨烯水溶液加入木浆与氧化甲基玛琳(N-methylmorpholineN-oxide，简称NMMO)混合溶解的浆液内；其先将木浆原料切碎并与氧化甲基玛琳、安定剂共同投入膨胀溶解槽中混合搅拌，槽内需恒温加热于60℃～80℃之间，并搭配真空冷凝设备进行除水，该膨胀溶解槽内的真空度介于－9.33*10^4Pa，其中，石墨烯水溶液的添加比例为0.11wt％～5.0wt％，该木浆原料为长纤木浆(softwoodpulp)与短纤木浆(hardwoodpulp)相混合，其两者纤维素的混合比例为0：100～100：0，使用的木浆聚合度为500～1500，α－纤维素含量在65％以上，该氧化甲基玛琳浓度为50％～78％；j.去除石墨烯与天然纤维素共混浆液的水分形成纺丝粘液(dope)；其是使用真空薄膜蒸发器(ThinFilmEvaporator,TFE)蒸发多余的水份，该真空薄膜蒸发器内的真空度介于－9.39*10^4～－9.26*10^4Pa，并以80℃～130℃加热，5分钟内排除水分至5％～13％，即可将纤维素溶解成纺丝的粘液，其中，粘液中各成份所占比例为：水(H2O)占5％～15％，氧化甲基玛琳(NMMO)占70％～90％，纤维素(cellulose)占5％～15％；k.以纺粘方式(spunbond)将粘液从纺口挤压出来形成石墨烯掺混天然纤维素丝束；其是以计量泵增压输送纺丝粘液，经连续过滤机(CPF)过滤、脱泡后进入纺丝箱中，再经纺口向外以空气隔距冷却方式进行拉伸形成石墨烯掺混天然纤维素丝束，该黏液经挤压机压出后，由齿轮泵打入纺口模具内，经纺口向外以空气隔距(airgap)冷却方式进行拉伸形成石墨烯掺混天然纤维素丝束；及l.凝固再生、水洗、水针轧、干燥、上油及卷取；将石墨烯掺混天然纤维素丝束进入凝固液中凝固再生，并以气流牵伸器高压高速拉伸，使其在承接网上堆迭成纤维网状结构，再经由水洗、水针轧、干燥、上油及卷取后，即制得石墨烯天然纤维素不织布。经由上述本专利技术制程所制得的石墨烯天然纤维素不织布，不需再经过还原制程的程序以及还原制程所使用的高毒性水合肼溶液，也不会有因使用高毒性水合肼溶液，所导致操作人员吸入或皮肤接触出现头晕、恶心等的健康危害发生，其属于安全且不会危害操作人员的制程。本专利技术的另一目的是在提供一种制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法，由于本专利技术是将石墨烯水溶液加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法，其特征在于，步骤包含：a.在石墨粉中加入硫酸；将浓度为1wt％～10wt％的硫酸倒入装有石墨粉的烧杯中，并在冰浴的环境下搅拌30分钟；b.再加入过锰酸钾；将浓度为1wt％～20wt％的过锰酸钾加入步骤a中进行搅拌1～2小时，并加入适量的蒸馏水，该加入的蒸馏水会产生紫色烟雾，持续加至不会冒烟为止；c.滴入过氧化氢及过滤；是以浓度为1wt％～10wt％的过氧化氢滴入步骤b的溶液进行反应时间1小时，其过程中溶液会产生气泡，持续加到不再产生气泡为止，且该溶液会同步反应成为墨绿色溶液，再将该墨绿色液体过滤成滤饼；d.以盐酸冲洗滤饼及水洗至中性；是以5.0％盐酸冲洗滤饼，来去除硫酸根离子，再用蒸馏水冲洗至中性；e.烘干形成氧化石墨固体；将滤饼拿至烘烤箱以40℃进行干燥2小时，即可得到干燥的氧化石墨固体；f.加入蒸馏水形成氧化石墨水溶液；取干燥的氧化石墨0.06g加入烧杯中并加蒸馏水至200ml，再以超音波震荡处理30分钟，得到氧化石墨水溶液，其浓度为0.03wt％～0.5wt％；g.加入硼氢化钠形成含有硼氢化钠石墨烯水溶液；将0.06g及浓度为1wt％～10wt％的硼氢化钠加入步骤f的氧化石墨水溶液，再以超音波震荡处理30～60分钟，而得到含有硼氢化钠石墨烯水溶液，其中，该含有硼氢化钠石墨烯水溶液中氧化石墨与硼氢化钠的重量比为1:1～1:5；h.过滤、水洗及反滤后制得石墨烯水溶液；将含有硼氢化钠石墨烯水溶液先在滤纸上全数过滤后，再用水洗过滤3～5次来洗除硼氢化钠，最后将该滤纸用水进行反滤后即制得石墨烯水溶液；i.将石墨烯水溶液加入木浆与氧化甲基玛琳混合溶解的浆液内；其先将木浆原料切碎并与氧化甲基玛琳、安定剂共同投入膨胀溶解槽中混合搅拌，槽内需恒温加热于60℃～80℃之间，并搭配真空冷凝设备进行除水，该膨胀溶解槽内的真空度介于－9.33*10^4Pa，其中，石墨烯水溶液的添加比例为0.11wt％～5.0wt％，该木浆原料为长纤木浆与短纤木浆相混合，其两者纤维素的混合比例为0：100～100：0，使用的木浆聚合度为500～1500，α－纤维素含量在65％以上，该氧化甲基玛琳浓度为50％～78％；j.去除石墨烯与天然纤维素共混浆液的水分形成纺丝粘液；其是使用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水份，该真空薄膜蒸发器内的真空度介于－9.39*10^4～－9.26*10^4Pa，并以80℃～130℃加热，5分钟内排除水分至5％～13％，即可将纤维素溶解成纺丝的粘液，其中，粘液中各成份所占比例为：水占5％～15％，氧化甲基玛琳占70％～90％，石墨烯掺混天然纤维素占5％～15％；k.以纺粘方式将粘液从纺口挤压出来形成石墨烯掺混天然纤维素丝束；其是以计量泵增压输送纺丝粘液，经连续过滤机过滤、脱泡后进入纺丝箱中，再经纺口向外以空气隔距冷却方式进行拉伸形成石墨烯掺混天然纤维素丝束；及l.凝固再生、水洗、水针轧、干燥、上油及卷取；将石墨烯掺混天然纤维素丝束进入凝固液中凝固再生，并以气流牵伸器高压高速拉伸，使其在承接网上堆迭成纤维网状结构，再经由水洗、水针轧、干燥、上油及卷取后，即制得石墨烯天然纤维素不织布；其中，凝固液浓度介于2.0％～10.0％，水洗后残留的氧化甲基玛琳溶剂量低于0.1％。...

【技术特征摘要】
1.一种制备石墨烯掺混天然纤维素纺粘不织布的方法，其特征在于，步骤包含：a.在石墨粉中加入硫酸；将浓度为1wt％～10wt％的硫酸倒入装有石墨粉的烧杯中，并在冰浴的环境下搅拌30分钟；b.再加入过锰酸钾；将浓度为1wt％～20wt％的过锰酸钾加入步骤a中进行搅拌1～2小时，并加入适量的蒸馏水，该加入的蒸馏水会产生紫色烟雾，持续加至不会冒烟为止；c.滴入过氧化氢及过滤；是以浓度为1wt％～10wt％的过氧化氢滴入步骤b的溶液进行反应时间1小时，其过程中溶液会产生气泡，持续加到不再产生气泡为止，且该溶液会同步反应成为墨绿色溶液，再将该墨绿色液体过滤成滤饼；d.以盐酸冲洗滤饼及水洗至中性；是以5.0％盐酸冲洗滤饼，来去除硫酸根离子，再用蒸馏水冲洗至中性；e.烘干形成氧化石墨固体；将滤饼拿至烘烤箱以40℃进行干燥2小时，即可得到干燥的氧化石墨固体；f.加入蒸馏水形成氧化石墨水溶液；取干燥的氧化石墨0.06g加入烧杯中并加蒸馏水至200ml，再以超音波震荡处理30分钟，得到氧化石墨水溶液，其浓度为0.03wt％～0.5wt％；g.加入硼氢化钠形成含有硼氢化钠石墨烯水溶液；将0.06g及浓度为1wt％～10wt％的硼氢化钠加入步骤f的氧化石墨水溶液，再以超音波震荡处理30～60分钟，而得到含有硼氢化钠石墨烯水溶液，其中，该含有硼氢化钠石墨烯水溶液中氧化石墨与硼氢化钠的重量比为1:1～1:5；h.过滤、水洗及反滤后制得石墨烯水溶液；将含有硼氢化钠石墨烯水溶液先在滤纸上全数过滤后，再用水洗过滤3～5次来洗除硼氢化钠，最后将该滤纸用水进行反滤后即制得石墨烯水溶液；i.将石墨烯水溶液加入木浆与氧化甲基玛琳混合溶解的浆液内；其先将木浆原料切碎并与氧化甲基玛琳、安定剂共同投入膨胀溶解槽中混合搅拌，槽内需恒温加热于60℃～80℃之间，并搭配真空冷凝设备进行除水，该膨胀溶解槽内的真空度介于－9.33*10^4Pa，其中，石墨烯水溶液的添加比例为0.11wt％～5.0wt％，该木浆原料为长纤木浆与短纤木浆相混合，其两者纤维素的混合比例为0：100～100：0，使用的木浆聚合度为500～1500，α－纤维素含量在65％以上，该氧化甲基玛琳浓度为50％～78％；j.去除石墨烯与天然纤维素共混浆液的水分形成纺丝粘液；其是使用真空薄膜蒸发器蒸发多余的水份，该真空薄膜蒸发器内的真空度介于－9.39*10^4～－9.26*10^4Pa，并以80℃～130℃加热，5分钟内排除水分至5％～13％，即可将纤维素溶解成纺丝的粘液，其中，粘液中各成份所占比例为：水占5％～15％，氧化甲基玛琳占70％～90％...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文东，赖明毅，黄坤山，周绍华，许家瑜，
申请(专利权)人：聚隆纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71