本发明涉及净水滤芯技术领域，具体地说，涉及一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯。
背景技术：
聚丙烯(PP)熔喷滤芯广泛用作家庭净水器的初道过滤芯，具有价格低廉、安全无毒等许多优点。但当使用一段时间后，过滤的污染物逐渐积累在滤芯表面和内部，为各种细菌的滋生提供了天然的土壤，为家庭成员的身体健康带来了潜在的威胁。另外，现有聚丙烯熔喷滤芯的过滤原理只是凭借熔喷的超细纤维进行简单的物理隔离，不存在任何吸附、中和等功能，对水里的有机物、余氯等几乎不起作用，限制了该产品的单独使用。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯。本发明使用改性的还原氧化石墨烯(RGO)改性了聚丙烯树脂，使用该树脂熔喷的净水滤芯具有良好的抗菌性能，为净水器的使用安全带来了更高级别的保障。同时在熔喷机械的模口旁新增两个粉末喷涂枪，将超细活性炭粉末随气流均匀喷洒在熔喷聚丙烯纤维表面并粘附在尚未固化的熔融聚丙烯表面，形成活性炭粉末包覆的超细纤维，从而大大增强了熔喷滤芯对有机物和余氯的过滤能力。本发明巧妙的将石墨烯的高抗菌活性及活性炭的高吸附能力同时加载在了聚丙烯熔喷过滤芯中，大大提高了该产品的综合过滤效果和附加值，具有很好的市场前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯，包括以下质量百分含量的各组分：
聚丙烯 76.36～97.95％；
硅烷改性的还原氧化石墨烯 0.04～4.45％；
活性炭 2～20％。
优选地，所述硅烷改性还原氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
A1、常温下将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，得溶液a；
A2、将正十二烷基甲基硅烷溶解在乙醇中，磁力搅拌混合均匀，得溶液b；
A3、将溶液a和溶液b混合均匀，然后升温到70℃，磁力搅拌反应1～3h，得到硅烷接枝改性的氧化石墨烯溶液；
A4、向硅烷接枝改性的氧化石墨烯溶液中添加水合肼和氨水，搅拌下进行还原反应1～5h，随后进行抽滤干燥，得到硅烷改性的还原氧化石墨烯。
优选地，步骤A1中，所述氧化石墨烯和去离子水的质量比为1:500～1500；步骤A2中，所述正十二烷基甲基硅烷与乙醇的质量比率约为1:50～1:500。
优选地，根据权利要求2所述的抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯，其特征在于，步骤A3中，所述溶液a和溶液b的质量比为8:1～2:1；步骤A4中，所述水合肼和氨水的质量比为1:5～1:20。
优选地，所述活性炭的粒径为1～20μm。所述活性炭粒径太大，会导致喷涂过程不畅，且会导致净水滤芯间隙变大，过滤精度降低。
本发明还提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将一部分聚丙烯粒子和硅烷改性的还原氧化石墨烯溶于130℃的二甲苯中，在磁力搅拌下分散2～10h，随后真空干燥，粉碎制得还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料；
S2、将还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料与其他聚丙烯粒子进行共混，在170℃～190℃下经双螺杆挤出机挤出造粒制得还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷料；
S3、将还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷料经熔喷滤芯设备熔融后喷出，同时将活性炭粉末喷涂到喷出后的还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷料表面，即得所述抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯。
优选地，步骤S1中，所述聚丙烯粒子与硅烷改性的还原氧化石墨烯的质量比为100:1～10:1。
优选地，步骤S2中，所述还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料与聚丙烯的质量比为1:1～1:20。
优选地，步骤S3中，所述活性炭的喷涂质量比率为2％～20％。
本发明还提供了一种用于制备抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的熔喷滤芯设备，所述设备的熔喷模口处设置有若干粉末喷涂枪，用于喷涂活性炭粉末。
本发明采用硅烷改性还原氧化石墨烯，可增加石墨烯在聚丙烯中的分散性。本发明采用溶剂分散法将硅烷改性还原氧化石墨烯与聚丙烯均匀复合，制成的母粒中石墨烯分散性较常规熔融共混法更好，该工艺也为制备石墨烯改性聚丙烯熔喷料的创新性的新工艺。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明将硅烷改性的还原氧化石墨烯与聚丙烯粒子均匀复合在一起并熔喷成超细纤维，经检测证明该滤芯对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、大肠杆菌都有显著的抗菌作用，保证了滤芯在滤除自来水的过程中不会滋生细菌；
2.该滤芯在熔喷过程中同时引入超细活性炭粉末并均匀粘附在聚丙烯纤维表面，由于活性炭的吸附作用，可以较好的除去自来水中的有害有机物和余氯等杂质；
3.由于还原氧化石墨烯与聚丙烯树脂是完全融合在一起，所以该滤芯具有持久的抗菌效应；
4.由于超细活性炭粉末在聚丙烯纤维尚未固化时就附着在纤维表面，所以当纤维固化后石墨烯会牢固的嵌入在纤维表面，不会由于自来水的压力而脱落，保证了使用过程中对有害物质的吸附能力不会有明显损失。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.常温下将氧化石墨烯GO(改进型Hummers法制得)经超声作用分散在去离子水中，其中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比率约为1:500；
2.常温下取适量正十二烷基甲基硅烷溶解在乙醇中，磁力搅拌混合均匀，其中所述正十二烷基甲基硅烷与乙醇的质量比率约为1:50；
3.将步骤1，2制备的溶液按照质量比例2:1的比例混合均匀，然后升温到70℃，磁力搅拌反应1h，得到硅烷接枝改性的氧化石墨烯；
4.向步骤3制备的溶液中添加微量的水合肼和氨水，其中水合肼和氨水的质量比率约为1:5，搅拌下进行还原反应1h，随后进行抽滤干燥，得到硅烷改性的还原氧化石墨烯(RGO)；
5.取适量聚丙烯粒子(PP)2kg和改性还原氧化石墨烯(RGO)100g溶于130℃的二甲苯中，其中所述聚丙烯和改性还原氧化石墨烯的质量比率为20:1；
6.将步骤5制备的溶液在磁力搅拌下分散2h，随后真空干燥5h除去二甲苯，粉碎制得还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料；
7.将步骤6制得的还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料2.1kg与纯聚丙烯粒子10.5kg按照既定的比率约1:5进行共混，在170℃～190℃下经双螺杆挤出机挤出造粒制得石墨烯改性聚丙烯熔喷料；
8.将粗粒的活性炭粉料在气流粉碎机中粉碎、筛分，获得平均粒径约为1～20μm的超细活性炭粉末；
9.在熔喷滤芯设备的熔喷模口处放置两个粉末喷涂枪，喷涂枪中加满步骤8所得的超细活性炭粉末，设定活性炭的喷涂质量比率为15％；
10.将步骤7制得的还原氧化石墨烯改性聚丙烯粒料经熔喷滤芯设备熔融后喷出，同时在熔喷模口处的活性炭喷涂枪开启喷涂，在滤芯接收装置上获得石墨烯改性及活性炭表面嵌入的聚丙烯熔喷净水滤芯。
实施例2
本实施例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.常温下将氧化石墨烯GO(改进型Hummers法制得)经超声作用分散在去离子水中，其中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比率约为1:500；
2.常温下取适量正十二烷基甲基硅烷溶解在乙醇中，磁力搅拌混合均匀，其中所述正十二烷基甲基硅烷与乙醇的质量比率约为1:50；
3.将步骤1，2制备的溶液按照质量比例2:1的比例混合均匀，然后升温到70℃，磁力搅拌反应1h，得到硅烷接枝改性的氧化石墨烯；
4.向步骤3制备的溶液中添加微量的水合肼和氨水，其中水合肼和氨水的质量比率约为1:5，搅拌下进行还原反应1h，随后进行抽滤干燥，得到硅烷改性的还原氧化石墨烯(RGO)；
5.取适量聚丙烯粒子(PP)2kg和改性还原氧化石墨烯(RGO)20g溶于130℃的二甲苯中，其中所述聚丙烯和改性还原氧化石墨烯的质量比率为100:1；
6.将步骤5制备的溶液在磁力搅拌下分散2h，随后真空干燥5h除去二甲苯，粉碎制得还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料；
7.将步骤6制得的还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料2.02kg与纯聚丙烯粒子40.4kg按照既定的比率约1:20进行共混，在170℃～190℃下经双螺杆挤出机挤出造粒制得石墨烯改性聚丙烯熔喷料；
8.将粗粒的活性炭粉料在气流粉碎机中粉碎、筛分，获得平均粒径约为1～20μm的超细活性炭粉末；
9.在熔喷滤芯设备的熔喷模口处放置两个粉末喷涂枪，喷涂枪中加满步骤8所得的超细活性炭粉末，设定活性炭的喷涂质量比率为2％；
10.将步骤7制得的还原氧化石墨烯改性聚丙烯粒料经熔喷滤芯设备熔融后喷出，同时在熔喷模口处的活性炭喷涂枪开启喷涂，在滤芯接收装置上获得石墨烯改性及活性炭表面嵌入的聚丙烯熔喷净水滤芯。
实施例3
本实施例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.常温下将氧化石墨烯GO(改进型Hummers法制得)经超声作用分散在去离子水中，其中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比率约为1:500；
2.常温下取适量正十二烷基甲基硅烷溶解在乙醇中，磁力搅拌混合均匀，其中所述正十二烷基甲基硅烷与乙醇的质量比率约为1:50；
3.将步骤1，2制备的溶液按照质量比例2:1的比例混合均匀，然后升温到70℃，磁力搅拌反应1h，得到硅烷接枝改性的氧化石墨烯；
4.向步骤3制备的溶液中添加微量的水合肼和氨水，其中水合肼和氨水的质量比率约为1:5，搅拌下进行还原反应1h，随后进行抽滤干燥，得到硅烷改性的还原氧化石墨烯(RGO)；
5.取适量聚丙烯粒子(PP)2kg和改性还原氧化石墨烯(RGO)200g溶于130℃的二甲苯中，其中所述聚丙烯和改性还原氧化石墨烯的质量比率为10:1；
6.将步骤5制备的溶液在磁力搅拌下分散2h，随后真空干燥5h除去二甲苯，粉碎制得还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料；
7.将步骤6制得的还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料2.2kg与纯聚丙烯粒子2.2kg按照既定的比率约1:1进行共混，在170℃～190℃下经双螺杆挤出机挤出造粒制得石墨烯改性聚丙烯熔喷料；
8.将粗粒的活性炭粉料在气流粉碎机中粉碎、筛分，获得平均粒径约为1～20μm的超细活性炭粉末；
9.在熔喷滤芯设备的熔喷模口处放置两个粉末喷涂枪，喷涂枪中加满步骤8所得的超细活性炭粉末，设定活性炭的喷涂质量比率为2％；
10.将步骤7制得的还原氧化石墨烯改性聚丙烯粒料经熔喷滤芯设备熔融后喷出，同时在熔喷模口处的活性炭喷涂枪开启喷涂，在滤芯接收装置上获得石墨烯改性及活性炭表面嵌入的聚丙烯熔喷净水滤芯。
实施例4
本实施例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.常温下将氧化石墨烯GO(改进型Hummers法制得)经超声作用分散在去离子水中，其中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比率约为1:500；
2.常温下取适量正十二烷基甲基硅烷溶解在乙醇中，磁力搅拌混合均匀，其中所述正十二烷基甲基硅烷与乙醇的质量比率约为1:50；
3.将步骤1，2制备的溶液按照质量比例2:1的比例混合均匀，然后升温到70℃，磁力搅拌反应1h，得到硅烷接枝改性的氧化石墨烯；
4.向步骤3制备的溶液中添加微量的水合肼和氨水，其中水合肼和氨水的质量比率约为1:5，搅拌下进行还原反应1h，随后进行抽滤干燥，得到硅烷改性的还原氧化石墨烯(RGO)；
5.取适量聚丙烯粒子(PP)2kg和改性还原氧化石墨烯(RGO)20g溶于130℃的二甲苯中，其中所述聚丙烯和改性还原氧化石墨烯的质量比率为100:1；
6.将步骤5制备的溶液在磁力搅拌下分散2h，随后真空干燥5h除去二甲苯，粉碎制得还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料；
7.将步骤6制得的还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料2.02kg与纯聚丙烯粒子40.4kg按照既定的比率约1:20进行共混，在170℃～190℃下经双螺杆挤出机挤出造粒制得石墨烯改性聚丙烯熔喷料；
8.将粗粒的活性炭粉料在气流粉碎机中粉碎、筛分，获得平均粒径约为1～20μm的超细活性炭粉末；
9.在熔喷滤芯设备的熔喷模口处放置两个粉末喷涂枪，喷涂枪中加满步骤8所得的超细活性炭粉末，设定活性炭的喷涂质量比率为20％；
10.将步骤7制得的还原氧化石墨烯改性聚丙烯粒料经熔喷滤芯设备熔融后喷出，同时在熔喷模口处的活性炭喷涂枪开启喷涂，在滤芯接收装置上获得石墨烯改性及活性炭表面嵌入的聚丙烯熔喷净水滤芯。
实施例5
本实施例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤如下：
1.常温下将氧化石墨烯GO(改进型Hummers法制得)经超声作用分散在去离子水中，其中所述氧化石墨烯与去离子水的质量比率约为1:500；
2.常温下取适量正十二烷基甲基硅烷溶解在乙醇中，磁力搅拌混合均匀，其中所述正十二烷基甲基硅烷与乙醇的质量比率约为1:50；
3.将步骤1，2制备的溶液按照质量比例2:1的比例混合均匀，然后升温到70℃，磁力搅拌反应1h，得到硅烷接枝改性的氧化石墨烯；
4.向步骤3制备的溶液中添加微量的水合肼和氨水，其中水合肼和氨水的质量比率约为1:5，搅拌下进行还原反应1h，随后进行抽滤干燥，得到硅烷改性的还原氧化石墨烯(RGO)；
5.取适量聚丙烯粒子(PP)2kg和改性还原氧化石墨烯(RGO)200g溶于130℃的二甲苯中，其中所述聚丙烯和改性还原氧化石墨烯的质量比率为10:1；
6.将步骤5制备的溶液在磁力搅拌下分散2h，随后真空干燥5h除去二甲苯，粉碎制得还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料；
7.将步骤6制得的还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料2.2kg与纯聚丙烯粒子2.2kg按照既定的比率约1:1进行共混，在170℃～190℃下经双螺杆挤出机挤出造粒制得石墨烯改性聚丙烯熔喷料；
8.将粗粒的活性炭粉料在气流粉碎机中粉碎、筛分，获得平均粒径约为1～20μm的超细活性炭粉末；
9.在熔喷滤芯设备的熔喷模口处放置两个粉末喷涂枪，喷涂枪中加满步骤8所得的超细活性炭粉末，设定活性炭的喷涂质量比率为20％；
10.将步骤7制得的还原氧化石墨烯改性聚丙烯粒料经熔喷滤芯设备熔融后喷出，同时在熔喷模口处的活性炭喷涂枪开启喷涂，在滤芯接收装置上获得石墨烯改性及活性炭表面嵌入的聚丙烯熔喷净水滤芯。
对比例1
本实施例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：步骤9为：将步骤7制得的还原氧化石墨烯改性聚丙烯粒料与活性炭混合后熔融喷出，在滤芯接收装置上获得石墨烯改性及活性炭嵌入的聚丙烯熔喷净水滤芯。
本对比例中，活性炭与聚丙烯熔融共混后，活性炭将被包埋在聚丙烯树脂内部，裸露的活性炭表面会大大减少，而活性炭对有机物的吸附性能主要依赖其较大的表面积，因而熔融共混后将导致活性炭吸附效果大大降低。
对比例2
本对比例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，采用的是步骤3制得的硅烷接枝改性的氧化石墨烯直接进行步骤5的操作。
对比例3
本对比例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，不进行步骤5和6的操作，直接将步骤4制备的硅烷改性的还原氧化石墨烯(RGO)与纯聚丙烯粒子进行步骤7的共混造粒。
对比例4
本对比例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤与实施例5基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，步骤9采用的活性炭的喷涂质量比率为1％。
对比例5
本对比例提供了一种抗菌性还原氧化石墨烯改性聚丙烯熔喷净水滤芯的制备方法，具体步骤与实施例5基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，步骤5采用的聚丙烯和改性还原氧化石墨烯的质量比率约为150:1；步骤7采用的还原氧化石墨烯-聚丙烯复合母料与剩余的纯聚丙烯粒子共混。
将以上本实施例和对比例制得的熔喷净水滤芯进行性能测试，结果如表1所示。
表1
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。