一种多色石墨烯抗菌液及其制备方法和应用与流程

本发明属于抗菌剂材料技术领域，尤其涉及一种多色石墨烯抗菌液及其制备方法。

背景技术：

随着各类病菌病毒的危害席卷全世界，人们对健康与卫生防护的意识日渐增强，不同生活及工作空间的质量和卫生需求也提出了更高的要求，因此，不同场景下带有抗菌功能的产品也会更受到消费者的青睐，对具有长效抗菌性能的材料及相关产品的研究越来越受到研发人员的关注。现当下市面常见的抗菌剂包括以下几类：有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂。有机抗菌剂主要品类包括季铵盐、苯胺类、咪唑类等，但有机类抗菌剂存在易分解，加工生产过程对环境影响较大，且其效果没有无机类抗菌剂优异；无机抗菌剂是当下市面上使用范围最广，效果最好的一类抗菌剂，主要包括银、铜、锌等金属或其氧化物，其中使用最普遍的银系抗菌剂具有耐高温、广谱抗菌等优点，但其具有一定的细胞毒性，若大剂量使用，严重会导致人体中毒；天然抗菌剂主要从植物部位或精华提取，例如牡丹萃取液、甲壳素、罗布麻的叶、茎等，但天然抗菌剂的作用范围有限，杀菌周期短，虽然此类抗菌剂对人体不会造成影响，但使用范围有限，不适合广泛使用。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道形成六角形蜂窝晶格的平面薄膜，是一种具有单原子厚度的准二维结构材料，因其独特的物理和化学性能，石墨烯也同样具有抗菌性；经过一定的改性后，石墨烯可制出具有多官能团的石墨烯系材料，包括氧化石墨烯，石墨烯的抗菌作用更具广谱性。大量的文献和研究表明，因石墨烯特殊的二维结构，令其具有高效且直接的抗菌机制，石墨烯材料在抗菌技术领域有极大的发掘潜力。石墨烯材料抗菌的机制主要有以下四种说法：（1）物理穿刺，或者叫做“纳米刀”切割机制；（2）氧化应激引发的细菌/膜物质破坏；（3）包覆导致的跨膜运输阻滞，细菌生长阻遏；（4）通过插入和破坏细胞膜物质造成细胞膜不稳定。通过这几种机制协同作用，根据石墨烯材料和细菌接触的状态，可完全破环细菌的细胞膜，阻隔细菌的生长。石墨烯的抗菌机制，与传统使用抗生素的方式相比，这一系列杀菌机理不会对细菌产生耐药性，且具有广谱性和持久性，未来在医疗器械、食品、环境和农业等领域，石墨烯系列的抗菌产品及应用将会有极为深远的使用前景。

但纵观现有的石墨烯材料制备而成的产品，普遍成品的颜色仅具有与石墨烯本身相同的灰黑色，显得色调单一，使用范围有所局限，且无法保证这一系列产品在长期使用的过程中，其抗菌性能具有高效性和持久性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有石墨烯材料为基地的抗菌材料颜色单一和随着长期使用过程中逐渐下降的抗菌性能两方面缺陷，提供一种多色石墨烯抗菌液及其制备方法，并延伸描述其在不同领域的应用。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多色石墨烯抗菌液，包括以下组分：石墨烯材料0.01%-5%、染料0-30%、表面活性剂0.01%-0.5%、分散剂0.01%-0.5%、消泡剂0.01%-2%、余量为水。

优选地，所述石墨烯材料为石墨烯、氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、改性石墨烯的一种或两种以上的组合。

优选地，所述染料为直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、缩聚染料、活性荧光染料、分散染料、天然染料一种或两种以上的组合。所述染料状态可为粉末或液体，根据实际用途和所需颜色添加相应适合的染料对所述抗菌液进行调色，染色后所述抗菌液依旧具有未染色前几乎同等的抗菌效果。

优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酸共聚物的一种或两种以上的组合。所述表面活性剂主要作用是将所述石墨烯材料更均匀溶于水中，使所述抗菌液具有高匀性，后续应用中所述抗菌液能与其他材料平均结合制得成品。

优选地，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、木质素磺酸盐、微晶纤维素、亚甲基双甲基萘磺酸钠、聚丙烯酸钠、丙酰胺共聚物的一种或者两种以上的组合。所述分散剂主要作用在于将所述染料均匀分散在溶液中，使所述抗菌液具有均匀成色，后续应用产品也可直接均匀上色。

优选地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂（聚二甲基硅氧烷）、硅类消泡剂、聚醚改性硅、聚醚类消泡剂、高碳醇消泡剂的一种或者两种以上的组合。在制备过程中若未加所述消泡剂，溶液内会产生气泡，对于所述抗菌液的稳定性会有一定影响。

本发明的另一目的是提供一种多色石墨烯抗菌液的制备方法，包括以下步骤：

s01、按比例称取石墨烯材料、表面活性剂按序加入去离子水内，超声分散均匀，制备石墨烯材料溶液，其中各组分按重量百分比的构成为：石墨烯材料0.01%-5%、表面活性剂0.01%-0.5%；

s02、按比例称取染料、分散剂和消泡剂按序加入所述步骤s01制成的石墨烯材料溶液中，超声分散均匀，其中各组分按重量百分比的构成为：染料0-30%、分散剂0-0.5%、消泡剂0.01%-2%。

优选地，所述步骤s01中，溶液制备过程温度为20-80℃。

所述抗菌液使用用途广泛，可用于纺织品、涂料、家居及母婴日用品、空气净化材料、医疗卫生用品、工业生产等领域。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

（1）本发明选用具有优异的抗菌性能且无耐药性的石墨烯材料作为所述抗菌液的主要抗菌成分，其安全系数高，抗菌效果极佳，能有效杀灭包括大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色念珠菌等对人体健康有害的细菌，抗菌率高达99%。

（2）本发明制备方法流程简单，易于操作，无需过多特殊反应条件；原料成本低廉、易于获得且环保，其中，表面活性剂能使石墨烯在溶液中均匀分散性且长时间稳定存在不易沉降，而分散剂能控制染料在溶液中长时间均匀分散，稳定存在。工艺过程中无需其他特殊设备，且环境友好，充分实现绿色环保的可持续发展理念，适合大规模推广和使用。可直接大规模批量生产并且直接投入应用，制备出的产品具有一致性和稳定性。

（3）将本发明加入不同材料生产场合中，其制成产品安全性能高，对人体无刺激性；在原材料的基础上，可根据产品成型需求，实现染色和抗菌功能一步到位。加入本发明整理生产出的产品，不仅可以定制出所需颜色，上色性能稳定，不易脱色褪色，还具有长效的抗菌性能，在放置较长时间、或是水洗多次后，依旧具有高效的抗菌性能，在具体实施方式中，将会举出具体例子来阐明本优势。

附图说明

以下附图是对本发明的制备技术方案作进一步详细的描述，其中：

图1为本发明提供的一种多色石墨烯抗菌液的制备流程图。

图2为加入本发明提供的一种多色石墨烯抗菌液制成的抗菌棉布缝制在拖鞋表层和边缘部位的示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，通过实施例对本发明进行详细说明。显然，所述实施例仅为帮助理解本发明，不应视作对本发明的具体限制。

实施例1

一种多色石墨烯抗菌液的制备方法，其特征在于，制备流程如下：

s01、按比例称取石墨烯材料、表面活性剂按序加入去离子水内，超声分散均匀，制备石墨烯材料溶液，其中各组分按重量百分比的构成为：石墨烯5%、表面活性剂十二烷基硫酸钠0.2%。制备过程中，温度控制在50℃；

s02、按比例称取染料、分散剂和消泡剂按序加入所述步骤s01制成的石墨烯材料溶液中，超声分散均匀，其中各组分按重量百分比的构成为：染料0%、分散剂0%、消泡剂聚二甲基硅氧烷0.1%。当溶液分散完全均匀后，获得所述抗菌液。

为进一步描述所述抗菌液运用领域，本实施例举例将所述抗菌液用于纺织品领域，获得利用所述抗菌液制备而成的抗菌棉花，其操作流程如下：

（1）将经过松解、分梳和除杂处理后的天然棉花，所述抗菌液以浴比为1:10的比例进行混合，在60℃的混合浆料中浸泡4h,浸泡过程中不断对天然棉花进行翻动动作，促使棉花充分吸附所述抗菌液。

（2）将浸泡好的棉花进行脱水，脱水后，棉花的含水率为27%，最后将其在100℃下烘干，得到利用所述抗菌液制得的抗菌棉花。

实施例2

本对比例提供一种多色石墨烯抗菌液，与实施例1不同地方在于：

s02、按比例称取染料、分散剂和消泡剂按序加入所述步骤s01制成的石墨烯材料溶液中，超声分散均匀，其中各组分按重量百分比的构成为：染料食用色素甜菜红8%、分散剂亚甲基双甲基萘磺酸钠0.04%、消泡剂聚二甲基硅氧烷0.1%。当溶液分散完全均匀后，获得所述抗菌液。

为进一步描述所述抗菌液运用领域，本实施例将所述抗菌液用于纺织品领域，获得利用所述抗菌液制备而成的抗菌棉花。为保证参数不同导致制得的抗菌棉花与实施例1有区别，使用与实施例1相同的操作流程制得利用所述抗菌剂制备的抗菌棉花。

实施例3

一种多色石墨烯抗菌液的制备方法，其特征在于，制备流程如下：

s01、按比例称取石墨烯材料、表面活性剂按序加入去离子水内，超声分散均匀，制备石墨烯材料溶液，其中各组分按重量百分比的构成为：氧化石墨烯3%、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠0.1%。制备过程中，温度控制在25℃；

s02、按比例称取染料、分散剂和消泡剂按序加入所述步骤s01制成的石墨烯材料溶液中，超声分散均匀，其中各组分按重量百分比的构成为：染料活性黄染料5%、分散剂聚丙烯酸钠0.08%、聚醚改性硅消泡剂0.5%。当溶液分散完全均匀后，获得所述抗菌液。

为进一步描述所述抗菌液运用领域，本实施例举例将所述抗菌液用于纺织品领域，获得利用所述抗菌液制备而成的抗菌棉布，操作流程简述如下：

（1）将棉布经过一系列前处理（煮布-烧毛-食毛-丝光）后，进入染色步骤时，所述抗菌液以浴比1：12的比例（浴比可随浸泡程度加水调整）加入与棉布混合，在70℃下浸泡8h，浸泡过程中不断对棉布进行翻动动作，促使棉布充分吸附所述抗菌液。

（2）将浸泡好的棉布进行脱水，最后将其通过烘干装置烘干，得到利用所述抗菌液制得的抗菌棉布。

其中，图2箭头所示部位即为利用所述抗菌液制成的抗菌棉布，抗菌棉布缝制在男士拖鞋主要与人体脚部接触部位上，能直接给用户带来抗菌效果，避免脚部细菌滋生，且可适应潮流变化，替换上述拖鞋部位的颜色。

实施例4

一种多色石墨烯抗菌液的制备方法，其特征在于，制备流程如下：

s01、按比例称取石墨烯材料、表面活性剂按序加入去离子水内，超声分散均匀，制备石墨烯材料溶液，其中各组分按重量百分比的构成为：氧化石墨烯2%、表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵0.3%。制备过程中，温度控制在60℃；

s02、按比例称取染料、分散剂和消泡剂按序加入所述步骤s01制成的石墨烯材料溶液中，超声分散均匀，其中各组分按重量百分比的构成为：染料酸性染料弱酸性蓝10%、分散剂木质素磺酸铵0.15%、非硅性消泡剂1%。当溶液分散完全均匀后，获得所述抗菌液。

为进一步描述所述抗菌液运用领域，本实施例将所述抗菌液用于空气净化材料领域，获得利用所述抗菌液制备而成的熔喷布，其操作流程简述如下：

称取一定量聚丙烯（pp）粉末并倒入双螺杆挤出机，同时以氧化石墨烯重量占比聚丙烯总重量1%的比例，计算倒入所述抗菌液的重量，并在加工过程中，按照相应操作方式均匀混合聚丙烯粉末和所述抗菌液。挤出机将原料加热、挤出，通过水冷冷却，再过切粒机造粒，制备得到利用所述抗菌液制得的pp母粒。

之后，将制备好的pp母粒经过熔融挤压→计量泵计算→熔体过滤器过滤→输送网帘接收熔喷纤维→纺丝箱体喷射超细纤维→卷取机采用全自动卷取，获得利用所述抗菌液制备的抗菌熔喷布。

实施例5

将实施例1-4中所得产品按照gb/t20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价：震荡法对其抗菌性能进行测试，将实施例1-3中所得产品按照fz/t73023-2006抗菌针织品对其水洗50次后的抗菌性能进行测试，结果如表1所示：

表1实施例1-4抗菌产品的抗菌及水洗抗菌性能

由表1可见，本发明制成的产品对常见的大肠埃希氏菌（即大肠杆菌）、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌具有优异的抗菌性能，加入不同石墨烯材料制备而得的所述抗菌液，均大大提升了不同基质材料的抗菌性能；纺织品系列的产品，在染料加入的情况下，经过50次水洗后，仍然具有优异的抗菌性能，说明所述抗菌液在与基质材料的结合牢度强，且不受到不同染料添加的影响，依然具有长效的抗菌性能。

除此之外，对于实施例4，由所述抗菌液制成抗菌熔喷布在放置一年后，再按照gb/t20944.3-2008进行测试，发现其对金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏菌的抗菌率依然可以分别达到99%和89%，说明添加了本发明所述抗菌液的产品，能够持久地存在于产品内，并且在改变颜色的同时，不影响产品从所述抗菌液获得的高效抗菌性能，再次证明本发明用途领域广泛，可同时满足当下市场对不同领域产品的颜色和抗菌需求。

以上所述仅为本发明的较佳具体实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和结构的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。