石墨烯抗菌浆料的制备方法

本发明属于石墨烯材料，具体地，涉及一种石墨烯抗菌浆料的制备方法。

背景技术：

1、石墨烯是由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状平面结构。它的厚度仅为0.34nm，是目前世界已知的最薄的材料。这种特殊的结构特征使得石墨烯成为构建其它维度碳材料的基础单元石墨烯具有卓越的力学、电学、热学和阻隔性能。

2、这些优异性能使得以石墨烯为主要活性成分配制的浆料在纺织面料领域有着重要的应用价值，将其作为整理液对面料进行整理，经过整理后的面料其抗菌性、抗紫外性、抗静电性均能得到提升，且细胞毒性为0级，可与皮肤直接接触，满足人们对衣服性能的更高追求，但是石墨烯亲水性与生物相容性较差，限制了其使用领域。

3、氧化石墨烯(go)为石墨烯的衍生物，是一种新型的碳材料，边缘处具有羧酸官能团并且其表面含有羟基和环氧基团，具有良好的分散性、亲水性、生物相容性等性能，被视当代最具有发展前景的碳材料之一。但氧化石墨烯的单一抗菌性能和亲水性仍有待提高，特别是将其应用于浆料的主要活性成分时，其抗菌性以及在溶剂中的分散稳定性均需要进一步提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种石墨烯抗菌浆料的制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种石墨烯抗菌浆料的制备方法，包括以下步骤：

4、a1、将改性氧化石墨烯和稳定剂分散在去离子水中，分散的线速度为8m/s，分散120-160min；

5、a2、对第一步得到的混合物进行超微细化，压力为55-75mpa，最后进行真空脱泡，获得石墨烯抗菌浆料；

6、制得石墨烯抗菌浆料选用改性氧化石墨烯作为浆料主要活性成分，并能在稳定剂的作用下，在浆料中均匀稳定分散，使其抗菌性、抗紫外、抗静电性能得以充分发挥。

7、进一步地，步骤a1所述改性氧化石墨烯、稳定剂、去离子水的质量之比为5-15:0.5-0.8:100。

8、进一步地，步骤a1所述稳定剂为海藻酸钠、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠和明胶中的一种。

9、进一步地，所述改性氧化石墨烯通过以下步骤制得：

10、s1、在装有搅拌回流装置三口烧瓶中将烯丙基聚氧乙烯醚、微量过氧化氢与三氯甲烷混合均匀，控制反应温度在60℃，缓慢通入溴化氢气体，回流反应4h，反应结束后，减压蒸馏去除溶剂，得到中间体1；烯丙基聚氧乙烯醚、溴化氢气体的用量之比为0.1mol:0.1mol；

11、溴化氢与双键发生加成反应，在微量过氧化氢的作用下，发生反马氏加成，得到中间体1；具体反应过程如下所示：

12、

13、s2、室温，氮气保护下在装有搅拌装置三口烧瓶中将中间体1、乙二胺、三乙胺与四氢呋喃搅拌混合均匀，控制反应温度为75℃，反应4h，反应完成，先旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用甲醇/氯仿的混合溶剂，二者的体积比为7:2)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体2；中间体1、乙二胺、三乙胺、四氢呋喃的用量之比为0.1mol:10.5g:50ml:200ml；

14、中间体1和乙二胺发生亲核取代，通过控制二者的摩尔比接近1:1且乙二胺略微过量，使乙二胺上只有一个氨基参与反应，三乙胺除去反应生成的氯化氢，加速反应的进行，得到中间体2；具体反应过程如下所示：

15、

16、s3、在装有搅拌装置三口烧瓶中将中间体2溶于dmf(n,n-二甲基甲酰胺)中，加入dcc(二环己基碳二亚胺，脱水剂)混合搅拌均匀；然后缓慢加入氧化石墨烯分散液，边加边磁力搅拌，超声处理30min使其分散均匀，60℃下反应6h，期间不停搅拌，反应完成，减压蒸馏、洗涤、冷冻干燥，得到中间体3；中间体2、dmf、dcc、氧化石墨烯分散液的用量之比为10g:100ml:25.8g:200ml；氧化石墨烯分散液以dmf作为分散介质；

17、在dcc脱水剂的作用下，羧基与氨基反应不需要很高的条件就能发生，中间体2上的氨基接枝到氧化石墨烯上，得到中间体3；具体反应过程如下所示：

18、

19、s4、在装有搅拌装置的三口烧瓶中将中间体3和碘化钾混合搅拌均匀，超声分散10min，控制反应温度在80℃，反应8h，反应完成，减压蒸馏，洗涤，冷却干燥，得到改性氧化石墨烯；中间体3、碘化钾的用量之比为1g:50ml；

20、中间体3上仲氨基与过量的碘甲烷发生烷基化反应，得到改性氧化石墨烯(季铵化产物)；改性氧化石墨烯的结构如下图所示：

21、

22、制得的改性氧化石墨烯表面通过酰胺基接枝分子链且一端为聚乙二醇结构，聚乙二醇是一种亲水性极高的分子链，引入聚乙二醇能大幅提高氧化石墨烯的亲水性，进而提升与水的相容性，将其应用于面料，还能提供不俗的抗静电性能；此外，有机分子链中含有季铵盐结构，季铵盐作为一种出色的抗菌结构，凭借所带正电荷与负电荷的菌体之间会产生强的静电相互作用，对菌体会产生强烈的吸附作用，且渗透性良好、低毒、性能稳定，进一步加强了氧化石墨烯的抗菌性能，不仅如此，季铵盐离子还能提供一定的抗静电和亲水性能。

23、本发明的有益效果：

24、本发明的石墨烯抗菌浆料由改性氧化石墨烯和稳定剂分散在去离子水中制得，稳定剂能让改性氧化石墨烯，在浆料中均匀稳定分散，使其抗菌性、抗紫外、抗静电性能得以充分发挥；通过氧化石墨烯表面接枝分子链得到改性氧化石墨烯，分子链中各项官能团使得浆料的抗菌性、抗静电性和亲水性都得到了极大的提升；因此制得的浆料具有稳定高效的抗菌性、亲水性和一定程度的抗静电性与抗紫外性能，将其作为整理剂在纺织面料领域具备重要应用意义。

技术特征：

1.石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，步骤a1中改性氧化石墨烯、稳定剂、去离子水的质量之比为5-15:0.5-0.8:100。

3.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，步骤a1中稳定剂为海藻酸钠、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠和明胶中的一种。

4.根据权利要求1所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，所述改性氧化石墨烯通过以下步骤制得：

5.根据权利要求4所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，步骤s1中烯丙基聚氧乙烯醚、溴化氢气体的用量之比为0.1mol:0.1mol。

6.根据权利要求4所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，步骤s2中中间体1、乙二胺、三乙胺、四氢呋喃的用量之比为0.1mol:10.5g:50ml:200ml。

7.根据权利要求4所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，步骤s3中中间体2、dmf、dcc、氧化石墨烯分散液的用量之比为10g:100ml:25.8g:200ml；氧化石墨烯分散液以dmf作为分散介质。

8.根据权利要求4所述的石墨烯抗菌浆料的制备方法，其特征在于，步骤s4中中间体3、碘化钾的用量之比为1g:50ml。

技术总结
本发明公开了一种石墨烯抗菌浆料的制备方法，属于石墨烯材料技术领域。由改性氧化石墨烯、稳定剂、去离子水以质量之比为5‑15:0.5‑0.8:100分散混合制得。其中稳定剂能让改性氧化石墨烯，在浆料中稳定分散，使性能得以充分发挥；通过氧化石墨烯表面接枝有机分子链得到改性氧化石墨烯，分子链中各项官能团使得浆料的抗菌性、抗静电性和亲水性都得到了极大的提升；因此制得的浆料具有稳定高效的抗菌性、亲水性和一定程度的抗静电性与抗紫外性能，将其作为整理剂在纺织面料领域具备重要应用意义。

技术研发人员：吕鸿君,代欣如,张栋魁,李光辰,毛海旭,李健彬,郭滨赫,张佳然
受保护的技术使用者：吉林电子信息职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15