CN101275361A - 纳米银无纺布及其在杀菌滤芯上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米银无纺布及其在滤芯上的应用，具体为一种利用高科技产业使用的溅镀设备在各种无纺布上溅镀具有抑菌效果的纳米等级的银薄膜，并将其应用在滤芯产品上，包含上述纳米银无纺布的滤芯，所述的滤芯为中空柱状体，包括滤材保护层、活性炭部分、胶盖、胶垫和伸缩网；所述的活性炭部分和伸缩网之间包覆有上述方法制得的纳米银无纺布。制成的滤芯具备有清除异味，色素，水中的氯，抗菌等作用，使用安全可靠，抗菌率达到99.9％，大大提高了饮用水的质量，对人体的健康有很大的帮助。

Description

纳米银无纺布及其在杀菌滤芯上的应用

技术领域

本发明涉及纳米银无纺布及其在杀菌滤芯上的应用，具体为一种利用高科技产业使用的溅镀设备在无纺布上溅镀具有抑菌效果的纳米等级的银薄膜，并将其应用在滤芯产品上。

背景技术

抗菌材料的起源从远古时代人们就开始使用，人们发现用银和铜容器留存的水不宜变质，后来皇宫达贵富人吃饭时又习惯使用银筷子，民间又用银制成饰品佩带，我国民间很早就开始认识到银有抗菌作用。虽然如此，但时到今日，科学家对其杀菌机制所知还是甚为有限。大体而言，它们均是透过破坏细菌用来传递营养的酶素(一种蛋白质)，或是削弱细菌之细胞膜壁或细胞质功能来达到杀菌的目的。例如，银粒子可作为氧化反应的催化剂，破坏酵母素中的-SH键结，使细菌无法有效地合成其生存所需的蛋白质或营养。银粒子也可在水或空气中做为产生原子氧的催化剂，来达到像双氧水一样的杀菌效果。Song等人的研究显示：纳米银虽是很好的空气杀菌剂，但其杀菌机制可能因菌种之不同而异。Burrell等人的研究甚至发现含银衣物在空气中的抗菌效果比常用的硝酸银溶液等更佳。

银还有卓越的抗生素及灭菌作用。一般的抗生素平均只能对6种病菌起到作用，但银能消灭650种病菌。银离子能消弱病菌体内做活力作用的酵素，因而能够防止副作用和病菌的耐性强化，根本上控制病菌的繁殖。

所谓纳米银是将贵金属中的“银”纳米化，然后运用在各式消费品上。但目前的纳米化技术都着重于如何制造纳米微粒的技术研究，再以其它方式附着于应用产品上，其纳米银本身制造成本极为昂贵。

目前纳米化技艺中的制造方法通常有以下几种：

1、浸染纳米银溶液后干燥。材料先经纳米制程，成本高且附着性不强，容易脱落。

2、纳米银粉混合胶体喷涂。材料先经纳米制程，胶体包覆于银粒子表面，材料利用面有限，为达效果须增加材料比例，且干燥过程污染高。

3、抽银纤维混纺。混纺比例高虽然效果增加，但成本极高且手感变差。混纺比例低抗菌效果差。

4、纳米银粉混合于原材料射出。成本高利用率低，绝大部分非附着表面的纳米银无作用。

真空溅镀使用于半导体、光电、显示器等产业，其基本功能为可溅镀半导体产业中所需的膜层，如金属以及非金属类的金属氧化物、氮化物，其应用的溅镀厚度介于

(1.0μm)间，作为半导体材料的导电层或绝缘层使用，目前已有技术将此方法应用在纳米银抑菌薄膜生产制造方面。如专利公开号为CN1387760公开的一种钠米银杀菌布、其制造方法以及其用途，其特点是基布的外表面溅射有一层状的金属银膜，方法是在真空室内放有固体金属银柱，将基布送入真空室内，使真空室内的真空度达到5×10^-5-9×10^-5托，注入氩气，使真空室内的真空度保持在7×10^-4-9×10^-4托，确保冷却水正常流动的情况下，打开直流电源开关，溅射1-2分钟后，使基布运动线速度在1米/分-3米/分，基布全部走完，继续溅射1-2分钟后，基布即制成钠米银杀菌布，该钠米银杀菌布具有杀菌功能，可制成日用品、医用品。这种技术虽然在基布的外表面形成了金属银膜，但也存在以下缺陷：1、溅镀设备不能连续送料，致使工作效率低；2、形成的银薄膜较厚，浪费银材料，造价较高。

发明内容

本发明的目的是在提供一种纳米银无纺布，既解决传统银薄膜的抑菌无纺布制造方法中上述各种问题，又弥补了现有溅镀纳米银技术的缺陷。

本发明的另一个目的是提供一种含有上述纳米银无纺布的滤芯产品，该产品将替代原来水过滤系统的第三支活性炭滤芯部分。

本发明的发明目的可以通过以下技术方案来实现。

一种纳米银无纺布，包括无纺布本体，在所述无纺布本体上溅镀有20-40nm厚度的银薄膜，具有杀菌功能。

这种纳米银无纺布的制造方法，包括以下步骤：

1)溅镀准备：在预抽腔前将无纺布放置于可传动的载具上，打开预抽腔，将无纺布送进预抽腔内。将预抽腔的压力抽至10^-4托后，无纺布在此等侍；一旦溅镀腔内送出已溅镀过的无纺布后，即可开腔让待镀之无纺布进入。

2)溅镀形成纳米级银薄膜：在溅镀腔中设置一溅镀靶源，此溅镀靶源上放置靶材；当无纺布传动至溅镀腔内后，即可关闭腔门开始抽气。当压力达到10×10^-6～6×10^-6托时，即可充入惰性气体氩，并通过预定功率的电流使其形成Ar⁺电浆；当Ar⁺被加速往银靶材上撞击后，它们能将银原子轰击溅出，并沉积附着在底材的表面，形成纳米级的银薄膜。

3)送出成品：溅镀完后，即可开腔将无纺布向另一预抽腔送出。

步骤2中所述的靶材为银靶材或氧化银靶材。

步骤2中所述的气体为氩气，(流量为1～10mtorr)运用等离子电浆的氩气原子(带正电)撞击负极的银靶，将银原子撞出后，以一定的加速度附着于转动的无纺布上。

步骤2中所述的预定功率为5～20kw及无纺布转动的速度为1～10米/分的条件下，所制得的纳米银粒子厚度可有效控制在15～50nm的范围，均匀的分布在被镀之无纺布上。

无纺布与靶材的面积比是4∶5两者间的距离为3～7cm。

所得的银薄膜的厚度为20～40nm，堆积层数为120-160个银原子。

制造上述纳米银无纺布的装置，包括预抽腔和溅镀腔，所述的预抽腔设置于两端，中间为溅镀腔，预抽腔与溅镀腔相连通；载具水平贯通于预抽腔和溅镀腔，并通过传动轴传动，无纺布可以在其上移动；所述的预抽腔上设置有抽气机构，所述的抽气机构自腔体向外依次为气阀、鲁式泵和旋转泵；所述的溅镀腔上设置有抽气机构，所述的抽气机构自腔体向外依次为涡轮泵、气阀、鲁式泵和旋转泵；在溅镀腔上还设有与氩气源相通，溅镀腔与氩气源之间由气阀控制。预抽腔的主要目的是当溅镀腔在工作时，它可预抽空气，缩短将溅镀腔抽气的时间。

所述载具材质为铝合金，传送部分为齿轮。

本装置的气阀和各类泵持续工作，预抽腔的使用大大缩短了溅镀腔抽气的时间，使溅镀腔内气压可迅速达到所需气压，从而可以连续地送料至溅镀装置。

通过本发明技术方案制得的纳米银无纺布，具有成本低，在无纺布表面形成的银薄膜厚度均匀且不易脱落，具有很好的附着力等优点，本发明的装置具有可以连续送料的特点，大大提高了生产效率。

包含上述纳米银无纺布的滤芯，所述的滤芯为中空柱状体，包括滤材保护层、活性炭部分、胶盖、胶垫和伸缩网；所述的活性炭部分和伸缩网之间包覆有上述方法制得的纳米银无纺布。

上述纳米银无纺布滤芯的规格为20cm×24cm，制成的滤芯具备有清除异味，色素，水中的氯，抗菌等作用，使用安全可靠，抗菌率达到99.99％，大大提高了饮用水的质量，对人体的健康有很大的帮助。

附图说明

图1为本发明溅镀装置的结构示意图；

图2为本发明的滤芯产品的结构示意图；

图3为本发明滤芯产品的剖视结构示意图；

图中：1、溅镀腔    2、预抽腔    3、载具    4、传动轴    5、气阀    6、鲁式泵    7、旋转泵    8、涡轮泵    9、胶垫    10、胶盖    11、伸缩网12、纳米银无纺布    13、滤材保护层    14、活性碳

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步阐述本发明的特点。

如图1所示(图中MFC为质量流量控制器)的制造纳米银无纺布的装置，包括预抽腔2和溅镀腔1，所述的预抽腔2设置于两端，中间为溅镀腔1，预抽腔2与溅镀腔1相连通；载具3水平贯通于预抽腔2和溅镀腔1，并通过传动轴4传动，将水刺无纺布连载到下一个腔体；所述的预抽腔2上设置有抽气机构，所述的抽气机构自腔体向外依次为气阀5、鲁式泵6和旋转泵7；所述的溅镀腔1上设置有抽气机构，所述的抽气机构自腔体向外依次为涡轮泵8、气阀5、鲁式泵6和旋转泵7；在溅镀腔1上还设有管道与氩气源相通，溅镀腔1与氩气源之间由气阀5控制。预抽腔2的主要目的是当溅镀腔1在工作时，它可预抽空气，缩短将溅镀腔1抽气的时间。

如图2和图3所示的滤材，为中空柱状体，包括滤材保护层13、活性炭14部分、胶盖10、胶垫9和伸缩网11；所述的活性炭14部分和伸缩网11之间包覆有上述方法制得的纳米银无纺布12。

实施例1

选取一块无纺布；

将真空腔体内的气压控制在6×10^-6Torr，当无纺布到达溅镀腔后，在溅镀腔体内充入1mtorr/min流量的氩气，启动直流电源供应器对磁控式溅镀靶通以功率为5Kw的直流电源形成氩气电浆；银靶材上的银原子被电浆轰击溅出，并沉积附着在无纺布的一表面形成纳米级的银薄膜。前述预定功率在银靶材的功率密度值(电功率/银靶材被电浆轰击表面的面积)控制在0.5w/cm²～25w/cm²之间，使形成之纳米银厚度在20～40纳米之间(借由银原子一个个堆栈在无纺布的表面上，来形成该银薄膜)，因为在该尺度下可以具备更为强力的银离子抑菌的功能。底材和银靶材间的距离为30mm。

实施例2

选取一块无纺布；

将真空腔体内的气压控制在10×10^-6Torr，当无纺布到达溅镀腔后，在溅镀腔体内充入10mtorr/min流量的氩气，启动直流电源供应器对磁控式溅镀靶通以功率为20Kw的直流电源形成氩气电浆；银靶材上的银原子被电浆轰击溅出，并沉积附着在无纺布的一表面形成纳米级的银薄膜。前述预定功率在银靶材的功率密度值(电功率/银靶材被电浆轰击表面的面积)控制在0.5w/cm²～25w/cm²之间，使形成之纳米银厚度在30～40纳米之间(借由银原子一个个堆栈在无纺布的表面上，来形成该银薄膜)，因为在该尺度下可以具备更为强力的银离子抑菌的功能。底材和银靶材间的距离为70mm。

实施例3

选取一块无纺布；

将真空腔体内的气压控制在8×10^-6Torr，当无纺布到达溅镀腔后，在溅镀腔体内充入20mtorr/min流量的氩气，启动直流电源供应器对磁控式溅镀靶通以功率为15Kw的直流电源形成氩气电浆；银靶材上的银原子被电浆轰击溅出，并沉积附着在无纺布的一表面形成纳米级的银薄膜。前述预定功率在银靶材的功率密度值(电功率/银靶材被电浆轰击表面的面积)控制在0.5w/cm²～25w/cm²之间，使形成之纳米银厚度在35～40纳米之间(借由银原子一个个堆栈在无纺布的表面上，来形成该银薄膜)，因为在该尺度下可以具备更为强力的银离子抑菌的功能。底材和银靶材间的距离为50mm。

用上述方法制得的做为滤芯杀菌层的无纺布，具备消毒杀菌功能，其测试数据如下：

试验菌种：金黄色葡萄球菌ATCC 6538

试验要求：对纱布样品指定部位进行杀菌效果测试。

试验方法：ATCC 100-2004纺织品抗菌性测试  定量试验

其测试结果如下表：

通过抑菌实验证实，本发明技术方案设计而成的纳米滤芯杀菌层的杀菌率大于99.9％，有明显的杀菌作用。不同于一般市售滤芯，具有明显的杀菌效果。针对生活饮用水标准中其他细菌及微生物指标，纳米银杀菌滤芯符合其标准并有明显的杀菌作用。

Claims (11)

1、一种纳米银无纺布，包括无纺布本体，其特征在于：在所述无纺布本体上溅镀有20-40nm厚度的银薄膜，具有杀菌功能。

2、上述纳米银无纺布的制造方法，包括以下步骤：

1)溅镀准备：在预抽腔前将无纺布放置于可传动的载具上，打开预抽腔，将无纺布送进预抽腔内。将预抽腔的压力抽至10^-4托后，无纺布在此等侍；一旦溅镀腔内送出已溅镀过的无纺布后，即可开腔让待镀之无纺布进入；

2)溅镀形成纳米级银薄膜：在溅镀腔中设置一溅镀靶源，此溅镀靶源上放置靶材；当无纺布传动至溅镀腔内后，即可关闭腔门开始抽气。当压力达到10×10^-6～6×10^-6托时，即可充入惰性气体氩，并通过预定功率的电流使其形成Ar⁺电浆；当Ar⁺被加速往银靶材上撞击后，它们能将银原子轰击溅出，并沉积附着在底材的表面，形成纳米级的银薄膜；

3)送出成品：溅镀完后，即可开腔将无纺布向另一预抽腔送出。

3、根据权利要求2所述的一种纳米银无纺布的制造方法，其特征在于：步骤2)中所述的靶材为银靶材或氧化银靶材。

4、根据权利要求2所述的一种纳米银无纺布的制造方法，其特征在于：步骤2)中所述的气体为氩气，流量为1～10mtorr。

5、根据权利要求2所述的一种纳米银无纺布的制造方法，其特征在于：步骤2)中所述的预定功率为5～20kw及无纺布转动的速度为1～10米/分。

6、根据权利要求2所述的一种纳米银无纺布的制造方法，其特征在于：无纺布与靶材的面积比是4∶5两者间的距离为3～7cm。

7、根据权利要求2所述的一种纳米银无纺布的制造方法，其特征在于：所得的银薄膜的厚度为20～40nm。

8、制造权利要求1所述的纳米银无纺布的装置，其特征在于：包括预抽腔和溅镀腔，所述的预抽腔设置于两端，中间为溅镀腔，预抽腔与溅镀腔相连通；载具水平贯通于预抽腔和溅镀腔，并通过传动轴传动，无纺布可以在其上移动；所述的预抽腔上设置有抽气机构，所述的抽气机构自腔体向外依次为气阀、鲁式泵和旋转泵；所述的溅镀腔上设置有抽气机构，所述的抽气机构自腔体向外依次为涡轮泵、气阀、鲁式泵和旋转泵；在溅镀腔上还设有与氩气源相通，溅镀腔与氩气源之间由气阀控制。预抽腔的主要目的是当溅镀腔在工作时，它可预抽空气，缩短将溅镀腔抽气的时间。

9、根据权利要求8所述的一种制造纳米银无纺布的装置，其特征在于：所述载具材质为铝合金，通过齿轮传动。

10、包含权利要求1所述的纳米银无纺布的滤芯，所述的滤芯为中空柱状体，包括滤材保护层、活性炭部分、胶盖、胶垫和伸缩网；其特征在于：所述的活性炭部分和伸缩网之间包覆有上述方法制得的纳米银无纺布。

11、根据权利要求10所述的纳米银无纺布滤芯，其特征在于：滤芯的规格为20cm×24cm。

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