CN101934170B

CN101934170B - 具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网及其制作方法

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Publication number: CN101934170B
Application number: CN2009101500672A
Authority: CN
Inventors: 张文礼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: CN101934170A

Abstract

本发明是关于一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网及其制作方法，所述方法是将氧化锌纳米粒子及银纳米粒子制成塑料母粒，再将塑料母粒混入塑化原料中，执行融熔押出及抽纱程序，制出含氧化锌纳米粒子及银纳米粒子的全延伸纱，再裁切成短纤维；另，将能产生负离子的矿物粉末或具辐射性的金属氧化物混入胶浆中，并将该胶浆涂布至滤网织物表面；最后，利用静电植毛技术，将短纤维布植在滤网织物表面，待胶浆干燥后，短纤维即被黏着固定在滤网织物表面上，形成绵密的过滤层，即制出本发明的空气滤网，该空气滤网能滤除通过网孔的空气中的杂质、污垢及灰尘，还能释放负离子，并能实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的降解，产生绝佳的抗菌及灭菌效果。

Description

具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网及其制作方法

技术领域

本发明是关于一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网及其制作方法，尤其是指一种能使空气滤网表面辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，藉附加或失去电子的方式，把电子释放到空气中，以持续释放出负离子，且能激发空气滤网表面上布植的短纤维分别产生辅助光触媒及触媒作用，以实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的降解的空气滤网及其制作方法。

背景技术

据统计，在大都会中，人们每天约有80％～90％的时间生活在室内环境(包括：住家、办公室或其它建筑物内)，室内空气质量的良窳，将直接影响人们的生活质量及工作效率，因此，室内空气污染物对人们身体健康的影响，自然受到极大的重视。在密闭建筑物内，如果室内通气量不足时，污染物容易随着时间而蓄积，导致室内空气质量恶化。另外，室外的污染物包括：户外汽机车、工厂排放的废气，或因中央空调冷气系统的进气口或滤网未定期清理而孳生的微生物等，也会影响室内空气的质量。尤其是，中国台湾地处亚热带，属于长年潮湿高温的气候型态，细菌、病毒及霉菌容易孳生，因此，空调通风系统及其中空气滤网的定期维护及清理，即成为必须格外注意且确实执行的重要事项。

一般而言，现今空调通风系统中所使用的空气滤网，主要功能是在于滤除空气中的悬浮微粒，这些悬浮微粒依其粒径大小对呼吸道会造成不同的影响，一般将粒径小于或等于10μm的微粒称之为呼吸性微粒，因为这些微粒会随着呼吸作用进入呼吸系统，并依其粒径由大至小分别沉积于鼻腔、呼吸道及肺泡细胞，而室内环境中呼吸性悬浮微粒的来源有吸烟、烹煮、建材中的石绵、人造矿物纤维、植物花粉、动物性过敏原、微生物的细菌、霉菌及病毒等，依其性质不同，对人体造成不同形式的危害，其中由于所述微生物又属于前述悬浮微粒中体积最小的，且各种不同型态的细菌、霉菌及病毒等微生物又普遍存在于自然界中，对人体造成的危害不仅最快且最为明显，如：引起过敏、感染、毒性反应，甚至对人体有致命性的杀伤力，然而，现今空调通风系统中所使用的空气滤网却对其束手无策，并无法有效发挥滤除空气中这些微生物的作用。有鉴于此，近年来，空调通风系统的设计及制造业者，虽已将各式杀菌功能的电子机构(如：具紫外光杀菌功能的电子机构或能产生光触媒杀菌功能的电子机构)设计至空调通风系统中，但，这些先进的空调通风系统却因成本较高且占用较大空间，尚未普及于一般家庭及公共场所，因此，对于广大的使用传统空调通风系统的用户而言，空气中的微生物对人们身体健康造成的严重威胁至今仍未获得有效解决。

此外，近年来，由于电子及电器产品日益普及，都市居住空间过于密集且封闭，都市环境的离子平衡已遭严重破坏，因此，许多空调通风系统的设计及制造业者，乃思及以人工方式补充环境中的负离子，各式负离子产生机及其相关产品乃应运而生，且逐渐受到人们青睐，然而，添购负离子相关产品不仅会对人们造成额外的支出负担，整个社会亦会因诸多衍生性电器产品的使用，而造成电力资源消耗的沉重负担，形成了另一种型态的环保问题。

因此，如何设计出一种崭新的空气滤网，使得该空气滤网能被广泛地使用在现存的各式空调通风系统中，除能滤除空气中的杂质、污垢及灰尘外，尚能持续释放负离子，且在有光或无光的状态下，均能产生光触媒(催化)及触媒作用，以实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的降解，产生绝佳的抗菌、灭菌及除臭效果，即成为本发明在此欲探讨的一重要课题。

发明内容

有鉴于前述传统空调通风系统中存在的诸多问题，发明人经过长久努力研究与实验，终于开发设计出本发明的一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网及其制作方法，以期使该空气滤网的表面能辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，藉附加或失去电子的方式，将电子释放到空气中，以持续释放出负离子，且能激发该空气滤网表面上布植的短纤维能分别产生辅助光触媒及触媒作用，以实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的抗菌、灭菌及除臭效果。

本发明的一个目的是在于提供一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网。

本发明的另一目的是在于提供一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网的制作方法。

本发明提供了一种空气滤网，其包括：一滤网织物，该滤网织物均匀分布有多个网孔；一胶浆层，该胶浆层是由胶浆干燥而成，该胶浆内包含至少一种矿物粉末，该矿物粉末能辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，及产生负离子，该胶浆是均匀地被涂布在该滤网织物表面邻近所述网孔的周缘；及多个短纤维，这些短纤维是由含氧化锌纳米粒子及银纳米粒子的全延伸纱裁切而成，这些短纤维是利用静电植毛技术，被密集地布植在该胶浆上，且通过该胶浆层，被黏着固定在该滤网织物的表面上，形成一绵密的过滤层。这样，本发明的空气滤网除了能滤除通过网孔的空气中的杂质、污垢及灰尘外，由于胶浆层中的矿物粉末所辐射出来的α射线、β射线、γ射线或X射线，能以附加或失去电子的方式把电子释放到空气中，令空气中的分子形成带负电的负离子，而使该矿物粉末成为负离子的发生源，持续释放负离子，这些射线尚会激发该短纤维上的氧化锌纳米粒子及银纳米粒子分别产生辅助光触媒及触媒作用，使氧化锌纳米粒子成为强氧化剂，且使银纳米粒子更容易释放出带正电荷的银离子，实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的降解，产生绝佳的抗菌、灭菌及除臭效果。

本发明提供了一种空气滤网的制作方法，其中是将氧化锌纳米粒子及银纳米粒子制成塑料母粒(masterbatch)，再将塑料母粒均匀地混入塑化原料中，对该塑化原料执行融熔押出(熔融押出)及抽纱程序，以制作出一种含氧化锌纳米粒子及银纳米粒子的全延伸纱，且将该全延伸纱裁切成所需的短纤维；另，将能产生负离子的矿物粉末(如：二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO₂)、氧化铬(CrO)、氧化镧(LaO)、氧化硒(SeO)或具辐射性的金属氧化物等)，均匀混入一胶浆(如：压克力(acrylic)胶或树脂)中，并将该胶浆均匀地涂布至一滤网织物的表面；最后，利用静电植毛技术，将该短纤维密集地布植在该滤网织物的表面，待该胶浆干燥后，该短纤维即能被黏着固定在该滤网织物的表面上，使得该短纤维上密布的氧化锌纳米粒子及银纳米粒子，在有光或无光的状态下，均能实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的抗菌及灭菌效果，由于该空气滤网具有不会产生抗药性、无毒性、无刺激过敏性、无须光照活化及不受酸碱值影响等诸多优点，故具有长效型抗病菌、防霉及除臭等效果，能在定期清洗后，反复使用，符合绿色环保的要求。

为使阅读者能对本发明的目的、技术特征及其功效有更进一步的认识与了解，兹特举若干实施例，并配合图式，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的空气滤网的剖面示意图；及

图2是本发明的空气滤网的局部剖面示意图；及

图3是本发明的制作方法的流程示意图。

主要组件符号说明：

10空气滤网 11滤网织物 111网孔

12胶浆层 121胶浆 122矿物粉末

13短纤维 131氧化锌纳米粒子 132银纳米粒子

具体实施方式

“触媒”是一种催化剂，用以降低化学反应所需的能量，加快化学反应的速度，但却不会因化学反应而破坏本身的结构，“光触媒”顾名思义是能利用自然界存在的光能，来产生催化作用，以发挥触媒的特性。一般而言，许多纳米级的光触媒材料在经过光的激发后，会使周围的氧气及水分子激发成极具氧化力的H₂·及O₂·自由基，这些自由基可分解所有对人体或环境有害的有机物质及无机物质，不仅能加速反应，且不会衍生污染。另，由于这些光触媒材料通常具有一种半导体结晶的结构，故在被UV光子或其它辐射线(如：α射线、β射线、γ射线或X射线)撞击后，半导体结晶中的电子会跳出来，留下一个具有强大氧化能力的带正电孔洞，这些电子与电洞(空穴)在化学上称为“电子洞对”，当电子与空气中的氧分子(O₂)相遇时，即生成反应性很强的超级氧分子自由基(·O₂)，当电洞与空气中的水气(H₂O)相遇时，会通过光化学反应，抢夺水中氢氧基的电子，此时，失去电子的氢氧基立刻变成不安定的氢氧自由基(·OH)，不安定的氢氧自由基一旦遇到外来的或附在这些光触媒材料表面上的有机物时，会藉由抢夺对方电子的方式，使自己趋于稳定，这样，这些有机物即因被氧化而变成水和二氧化碳，消散在空气中。

以银为例，在被纳米化后，由于颗粒变细，导致整体表面积大幅增加，活性变大，使得银纳米粒子极易释放出活性银离子，以吸引细菌体内酶蛋白上的硫氢基，并与其迅速地结合在一起，使含硫氢基的酶失去活性，导致细菌死亡，尤其是，带正电荷的银离子在接触到带负电荷的微生物细胞后，便会相互吸附，且穿刺微生物的细胞外壁，使微生物内部变性，降低生长能力，让细胞无法代谢及繁殖，直至死亡，故具有绝佳的抗病菌及灭菌效果。此外，当细菌被银离子杀死后，银离子又会从死去的细菌上游离出来，持续对活细菌做重复的动作，直到所有细菌被消灭为止，因此，银纳米粒子具有长效型抗病菌、不会产生抗药性、无毒性、无刺激过敏性、无须光照活化及不受酸碱值影响等诸多优点，更可抑制霉菌生长，有效达到防腐功能。

以氧化锌为例，在被纳米化后，由于其晶粒的尺寸与光波相当或更小，其尺寸效应将导致导带及价带的间隔增加，使得光吸收能力显著增强，且在光照射下，当一个具有一定能量的光子，或具有超过半导体带隙能量的光子，射入氧化锌纳米粒子的半导体电子结构时，一个电子会从价带激发到导带，而留下一个空穴，价带的空穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来，使羟基变成自由基，故能作为强氧化剂，实现对病菌和病毒等有机物的降解，以杀死病菌和病毒。

一般而言，离子是带有电荷的原子、原子团或分子，是极小的微粒，离子有两种，带正电的称为“正离子”，带负电的则是“负离子”。以水(H₂O)为例，氢(H)的原子是一个带正电质子的核被一个带负电的电子所环绕，若因某种力量的介入使电子离开原处，氢原子因而成为带正电的状态，即离子化的氢(H⁺)。对氧(O)而言，原子核中有8个带正电的质子，周围有8个电子围绕，2个在内层，6个在外层，但外层能阶可容纳8个电子，尚有2个空位，因此，氧很容易自他处夺取电子的原子态，这一过程又称为“氧化”。因此，亟欲获取电子的氧原子与拥有1个电子的氢原子，很容易结合而成水分子，若利用外来能量把水分解，就会使它变成一个带正电的氢离子(H⁺)，及一个带负电的氢氧根离子(OH^-)。但在自然环境中，氢氧根离子是以附着于水(H₂O+OH^-＝H₃O₂ ^-)的负离子方式存在，由于水分子是自然环境中最容易离子化的分子之一，因此，当环境中有较多负离子时，即表示环境中负离子化的水分子含量十分丰富，含有较多负离子化水分子的空气一般认为会让生物体感到舒适愉快，故亦将“负离子”称为“舒适离子”、“元气离子”或“空气中的维他命”。

地球上有许多的矿物，如：二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO₂)、氧化铬(CrO)、氧化镧(LaO)、氧化硒(SeO)或具辐射性的金属氧化物等，因能辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，故能使这些矿物以附加或失去电子的方式，把电子释放到空气中，而使空气中的水分子形成带负电的负离子。本发明即利用这些矿物能产生负离子的特性，及其辐射出的射线能激发氧化锌纳米粒子及银纳米粒子产生触媒反应的特性，而在本发明中，将这些矿物的粉末、氧化锌纳米粒子及银纳米粒子等材料，应用至空气滤网的制作过程，使得所制成的空气滤网，被安装至空调通风系统内黑暗的安装位置时，除能滤除空气中的杂质、污垢及灰尘，及持续释放负离子外，仍能使其上的氧化锌纳米粒子及银纳米粒子分别产生辅助光触媒及触媒作用，以在无光的状态下，实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的抗菌及灭菌效果。在本发明中，为了使空气滤网能持续释放负离子，且在无光的状态下，产生对细菌、病毒及霉菌等有机物的抗菌及灭菌效果，该空气滤网必需具备下列结构特性：

(1)所述矿物粉末必需能稳固地附着在滤网表面，使这些矿物能以附加或失去电子的方式，把电子释放到空气中，而使空气中的水分子形成带负电的负离子，以持续地释放出负离子；

(2)氧化锌纳米粒子及银纳米粒子必需能稳固地附着在滤网表面，且能与通过滤网的空气有较大的接触面积及时间，以对细菌、病毒及霉菌等有机物产生较佳的抗菌及灭菌效果；及

(3)所述矿物粉末所辐射出的射线能随着空气流通方向，激发氧化锌纳米粒子及银纳米粒子分别产生辅助光触媒及触媒作用，使氧化锌纳米粒子成为强氧化剂，且使银纳米粒子更易释放出带正电荷的银离子，以实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的降解作用。

本发明提供了一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网，参阅图1所示，该空气滤网10包括一滤网织物11，该滤网织物11上均匀分布有多个网孔111；一胶浆层12，该胶浆层12是由胶浆121干燥而成，该胶浆121内包含至少一种矿物粉末122，该矿物粉末122能辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，及产生负离子，该胶浆121是被均匀地涂布在滤网织物11表面邻近所述网孔111的周缘；及多个短纤维13，参阅图2所示，这些短纤维13是由含氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132的全延伸纱裁切而成，这些短纤维13是利用静电植毛技术，被密集地布植在所述胶浆121上，且通过胶浆层12被黏着固定在滤网织物11的表面上，形成一绵密的过滤层。在本发明中，该空气滤网的制作方法，参阅图2及图3所示，包括下列步骤：

(21)将氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132以一预定的重量百分比，制成塑料母粒(master batch)；

(22)将塑料母粒以一预定的重量百分比均匀地混入一塑化原料中；

(23)对该塑化原料执行融熔押出及抽纱程序，以制作出一种含氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132的全延伸纱，且将该全延伸纱裁切成所需的短纤维13；

(24)将能产生负离子的矿物粉末122，以一预定的重量百分比，均匀混入胶浆121中；

(25)将该胶浆121均匀地涂布至滤网织物11的表面；

(26)利用静电植毛技术，将短纤维13密集地布植在滤网织物11的表面；及

(27)待胶浆121干燥后，短纤维13即能被黏着固定在滤网织物11的表面上，形成一绵密的过滤层，这样，即制成本发明的空气滤网10。

在本发明的一最佳实施例中，该方法是将氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132分别以一预定的重量百分比，制成塑料母粒(master batch)，再将塑料母粒以一预定的重量百分比均匀地混入塑化原料中，执行融熔押出及抽纱程序，以制作出全延伸纱，接下来，将该全延伸纱裁切成所需的短纤维13，使得所述氧化锌纳米粒子及银纳米粒子在各短纤维中的含量，分别为0.05％～5％及0.001％～1％的重量百分比，且利用静电植毛技术，将这些短纤维13密集地布植在滤网织物11的表面，形成绵密的过滤层后，再请参阅图2所示，该短纤维13内所含的氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132即能与通过网孔111的空气形成极大的接触面积及接触时间，充分发挥其对细菌、病毒及霉菌等有机物的抗菌及灭菌效果。另，在该实施例中，该方法至少使用一种以上的矿物粉末122，该矿物粉末122包括二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钙(CaO)、二氧化钛(TiO₂)、氧化铬(CrO)、氧化镧(LaO)、氧化硒(SeO)或具辐射性的金属氧化物等，且以1％～20％的重量百分比，将该矿物粉末122均匀混入压克力胶或树脂等胶浆121中，使得这些矿物粉末122得以稳固地附着在滤网织物11表面，且能以附加或失去电子的方式，把电子释放到空气中，而使通过网孔111的空气中的水分子形成带负电的负离子，以持续地释放出负离子，且使所辐射出的α射线、β射线、γ射线或X射线能随着空气流通方向(参阅图2所示虚线的箭头方向)，激发短纤维13内所含的氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132，分别产生辅助光触媒及触媒作用，使氧化锌纳米粒子成为强氧化剂，且使银纳米粒子更易释放出带正电荷的银离子，实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的降解作用。在本发明的前述最佳实施例中，经反复实验证明，氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132间的重量百分比，以5∶1～60∶1能对细菌、病毒及霉菌等有机物产生最佳的抗菌及灭菌效果。

这样，该空气滤网10除了能滤除通过该滤网织物11网孔111的空气中的杂质、污垢及灰尘外，由于胶浆层12中的矿物粉末122所辐射出来的α射线、β射线、γ射线或X射线，能以附加或失去电子的方式把电子释放到空气中，令空气中的分子形成带负电的负离子，而使矿物粉末122成为负离子的发生源，持续释放负离子，所述射线尚会激发短纤维13上的氧化锌纳米粒子131及银纳米粒子132分别产生辅助光触媒及触媒作用，使氧化锌纳米粒子131成为强氧化剂，且使银纳米粒子132更易释放出带正电荷的银离子，因此，本发明的空气滤网10在有光或无光的状态下，均能实现对细菌、病毒及霉菌等有机物的抗菌及灭菌效果，由于该空气滤网10具有完全不会产生抗药性、无毒性、无刺激过敏性、无须光照活化及不受酸碱值影响等诸多优点，故具有长效型抗病菌、防霉及除臭等效果，且仅需定期清洗后，即能反复使用，符合绿色环保的要求。

以上所述，仅为本发明的一最佳具体实施例，本发明的特征并不局限于此，任何熟悉该领域技术的人员在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆应涵盖在本发明的保护范围中。

Claims

1.一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网，该空气滤网包括：

一滤网织物，该滤网织物上均匀分布有多个网孔；

一胶浆层，该胶浆层是由胶浆干燥而成，该胶浆内包含至少一种矿物粉末，该矿物粉末能辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，及产生负离子，所述胶浆是被均匀地涂布在所述滤网织物表面邻近网孔的周缘；及

多个短纤维，这些短纤维是由含氧化锌纳米粒子及银纳米粒子的全延伸纱裁切而成，且被密集地布植在所述胶浆上，以通过胶浆层被黏着固定在滤网织物的表面，形成一绵密的过滤层。

2.如权利要求1所述的空气滤网，其中所述氧化锌纳米粒子及银纳米粒子在各短纤维中的含量分别为0.05％～5％及0.001％～1％的重量百分比。

3.如权利要求2所述的空气滤网，其中所述氧化锌纳米粒子及银纳米粒子间的重量百分比为5∶1～60∶1。

4.如权利要求3所述的空气滤网，其中所述矿物粉末在胶浆中的含量为1％～20％的重量百分比。

5.如权利要求4所述的空气滤网，其中所述矿物粉末包括氧化镧或氧化硒。

6.如权利要求5所述的空气滤网，其中所述胶浆包括压克力胶或树脂。

7.一种具纳米抗病菌及除臭效果的空气滤网的制作方法，该方法包括：

将氧化锌纳米粒子及银纳米粒子制成塑料母粒；

将该塑料母粒均匀地混入一塑化原料中；

对该塑化原料执行融熔押出及抽纱程序，以制作出一全延伸纱，且将该全延伸纱裁切成所需的短纤维；

将能辐射出α射线、β射线、γ射线或X射线，及产生负离子的矿物粉末，均匀混入一胶浆中；

将该胶浆均匀地涂布至一滤网织物的表面；

利用静电植毛技术，将所述短纤维密集地布植在所述滤网织物的表面；及

待所述胶浆干燥后，所述短纤维即能被黏着固定在滤网织物的表面上，形成一绵密的过滤层。

8.如权利要求7所述的制作方法，其中所述氧化锌纳米粒子及银纳米粒子在各短纤维中的含量分别为0.05％～5％及0.001％～1％的重量百分比。

9.如权利要求8所述的制作方法，其中所述氧化锌纳米粒子及银纳米粒子间的重量百分比为5∶1～60∶1。

10.如权利要求9所述的制作方法，其中所述矿物粉末在胶浆中的含量为1％～20％的重量百分比。

11.如权利要求10所述的制作方法，其中所述矿物粉末包括氧化镧或氧化硒。

12.如权利要求11所述的制作方法，其中所述胶浆包括压克力胶或树脂。