PDA/APTES锚定石墨烯，让聚丙烯无纺膜兼具耐久抗静电与防水透气

1成果简介

　　聚丙烯（PP）无纺膜凭借其质轻、防水与低成本等优势，在医疗防护服等一次性卫生用品中应用广泛。然而，表面活性剂类抗静电剂在 PP 基体中易迁移，不仅抗静电效果难以持久，还会损害相邻聚乙烯（PE）层的耐静水压，致使"防水透气"与"抗静电"两大功能难以兼得。因此，开发一种稳定锚定、耐洗涤且不影响防水透气的抗静电改性策略具有重要意义。基于此，本文，苏州理工学院Xibo Hao、嘉兴大学谢胜 副教授等在《Journal of Applied Polymer Science》期刊发表名为"Bio-Inspired Antistatic Modification of Polypropylene Nonwoven Membranes via PDA/APTES-Assisted Graphene Anchoring"的论文，研究提出了一种受贻贝启发的 PDA/APTES 共沉积锚定策略。该工艺通过聚多巴胺（PDA）的黏附特性与硅烷偶联剂（APTES）的桥连作用，将工业级多层石墨烯稳定固定在 PP 纤维表面，构建出耐久的抗静电功能层。此外，PDA 自聚合涂层与 APTES 硅烷化协同，在纤维–石墨烯界面形成稳固的杂化网络，抑制了石墨烯在反复摩擦与洗涤过程中的脱落。经综合表征，改性材料表面电阻显著降至10⁷–10⁹ Ω量级，且反复洗涤后性能依然稳定，展现出优异的耐久性。同时，该材料在 28 天接触后仍保持了相邻 PE 膜的耐静水压，透湿量保留约86%的原始值，并在 3000 次摩擦循环后仅出现约2.2%的质量损失，证明其在赋予抗静电的同时几乎不牺牲原有的防水透气与机械完整性。本研究提出了一种 PDA/APTES辅助石墨烯锚定的生物启发改性策略，该策略显著增强了 PP 无纺膜的抗静电耐久性与界面稳定性，并为医用防护服用高性能抗静电 PP材料的开发提供了新的思路。

2图文导读

图1、Reaction mechanism of PDA–APTES co-deposition and anchoring on PP fibers.

图2、Preparation process of PP–graphene/PDA/APTES.

图3、Representative SEM images of the samples: (a) pristine PP, (b) PP–graphene, (c) PP–graphene/PDA, and (d) PP–graphene/PDA/APTES.

图4、Fiber-diameter distributions of (a) pristine PP, (b) PP–graphene, (c) PP–graphene/PDA, and (d) PP–graphene/PDA/APTES nonwoven membranes.

图5、(a) FTIR spectra, (b) Raman spectra, (c) XPS survey spectra of pristine PP and PP–graphene/PDA/APTES, and high-resolution (d) C 1s, (e) N 1s, (f) O 1s, and (g) Si 2p XPS spectra of PP–graphene/PDA/APTES.

图6、Hydrostatic pressure of pristine PE membrane and PE membranes after contact with PP-MOA-3PK or PP–graphene/PDA/APTES for different storage periods.

图7、Mass loss of PP–graphene/PDA and PP–graphene/PDA/APTES nonwoven membranes after different numbers of abrasion cycles.

3小结

　　本研究开发了一种受生物启发的PDA/APTES锚定策略，以实现石墨烯在PP纤维上的稳定沉积，有效解决了基于表面活性剂的抗静电剂常伴随的迁移问题。结果表明，该策略显著增强了石墨烯与惰性PP基体之间的微弱界面附着力。通过对石墨烯浓度、PDA聚合时间及APTES用量的系统优化，改性PP材料的表面电阻降至10⁷–10⁹ Ω。值得注意的是，即使经过清洗，表面电阻仍保持在10⁹ Ω范围内，表明其具有优异的耐久性。多技术表征提供了连贯的证据：SEM和EDS显示纤维表面存在连续且均匀的石墨烯涂层； FTIR和XPS证实了PDA成功聚合，并通过Si–O–Si和Si–O–C共价键形成了稳定的杂化网络；拉曼光谱证实了改性后石墨烯的结构完整性。这些从形态、元素和结构角度得出的结果，共同验证了所提出策略的成功实施。

　　文献：
https://doi.org/10.1002/app.71519

来源：材料分析与应用1