CN103446803A

CN103446803A - 一种抗菌空气过滤毡及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103446803A
Application number: CN201210174754XA
Authority: CN
Inventors: 刘艳萍; 邓一兵; 高鹏
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2012-05-28
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-05-28
Also published as: CN103446803B

Abstract

本发明涉及一种抗菌空气过滤毡及其制备方法和应用，其特征在于是以静电纺高分子纳米纤维毡作为载体材料，通过静电喷涂的方式负载有一定浓度的纳米抗菌剂，纳米抗菌剂选自纳米银抗菌剂，制备时先配制纳米银抗菌剂悬浮液和高分子纺丝液，然后采用静电纺丝制备纳米纤维毡同步静电喷涂负载纳米抗菌剂，最后真空干燥。本发明的抗菌空气过滤毡具有有效净化空气及灭菌作用，可以高效控制和杀灭多种微生物，同时制备工艺简单，载体材料可生物降解，使用安全可靠，使用时可装在风扇或空调风机口上，用于在无菌室、精密工业、涂饰行业、医院、家居、宾馆、办公楼、会议室、火车、飞机、轮船等仓室的空气消毒和净化。

Description

一种抗菌空气过滤毡及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于空气净化材料技术领域，具体涉及一种可以杀灭空气中病毒和细菌及清除污染物分子的抗菌空气过滤毡及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的发展，各行各业为保证生产、科研工作进行及保护人类健康，对环境空气的洁净度要求越来越高。为使环境达到高洁净度、要去除空气中微小生物及无机粒子，最有效的方法是过滤。过滤材料作为现代工业中必不可少的一种重要产品，在过去的数十年中获得快速发展，特别是在工业发达国家，过滤材料生产已成为一个重要工业部门，全世界的过滤材料生产企业有数千家之多。目前全世界过滤材料(含过滤装置、器件与过滤介质)市场有170亿美元之大，其中过滤介质(滤料)市场达42亿美元。据估计到2020年过滤市场将达到7000亿美元。

目前国内外通常采用上世纪50年代左右发明的超细玻璃纸过滤材料，是在空气送风口采用框架密封，安装，用以过滤空气中的微小粒子。该传统结构高效过滤器制作、安装复杂，阻力大，过滤≥0.3μm微粒，效率为99.97％，过滤速度0.025m/s时，初阻力达235.44Pa，能耗大，噪声高，价格昂贵，有粘胶气味，对环境产生污染，不耐湿，无法修补，废弃过滤器处理困难。此外，超细玻璃纤维加工使用中因脆性较大，折叠以后易断裂，既影响过滤效率又因脆性断裂脱落后有潜在的致癌可能。现代生物医学科技试管婴儿要求一百级洁净度及绝对无气味的环境，传统高效空气过滤器设备无法满足要求。传统过滤器由于上述众多缺陷，无法安装于现今大量应用于人类特殊环境的空调设备，以致无法对特殊环境中的空气进行净化处理，在发生流感、SARS等时，空气产生交叉感染，严重危害人们身体健康。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种优质高效的抗菌空气过滤毡，采用纳米银作为抗菌剂，经静电纺丝与静电喷涂同步制成，具有有效净化空气及灭菌作用。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种抗菌空气过滤毡的制备方法，通过静电喷涂、静电纺丝同步进行的方法将纳米银抗菌剂负载到静电纺丝纤维毡过滤基体上，制备工艺简单、制得的过滤毡具有有效净化空气及灭菌作用。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种抗菌空气过滤毡的应用。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种抗菌空气过滤毡，其特征在于：该抗菌空气过滤毡是以静电纺高分子纳米纤维毡作为载体材料，通过静电喷涂的方式负载有一定浓度的纳米抗菌剂，其中纳米抗菌剂选自纳米银抗菌剂，纳米银抗菌剂与静电纺高分子纳米纤维毡的质量比为8%-20%。

作为改进，所述抗菌空气过滤毡还包括分散剂，分散剂的量为纳米抗菌剂质量的0.1%~0.3%。

作为优选，所述分散剂为明胶、丙乙烯醇、果胶、阿拉伯树胶、碳酸镁、磷酸三钙、滑石粉或藻酸盐中的一种或几种。

最后，所述静电纺高分子纳米纤维毡是由高分子纺丝基体和溶剂通过静电纺丝的方法制备而成，其中高分子纺丝基体为三元乙丙橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚砜或未饱和橡胶中的一种或几种；溶剂为四氢呋喃、环己烷、甲苯、二甲苯、三氯甲烷中的一种或几种。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种抗菌空气过滤毡的制备方法，其特征在于步骤为：

1）配制纳米银抗菌剂悬浮液：将100份纳米银抗菌剂溶于40~60份溶剂中，加入分散剂0.1~0.3份，在氮气保护下，恒温至25~35℃，以300~400rpm/min的转速恒速搅拌1.5~2.5h，取上述搅拌液4~6mL，装入储液装置，排除气体，连接喷丝头，将喷丝头接高压电源的正极，准备静电喷涂；

2）配制高分子纺丝液：将高分子纺丝基体溶于溶剂中配置成质量百分比浓度为5~7%的溶液，搅匀、冷却、脱泡后取上述高分子纺丝液4~6mL，装入储液装置中，排除空气，连接喷丝头，将喷丝头接高压电源的正极，准备静电纺丝；

3）静电纺丝制备纳米纤维毡并静电喷涂负载纳米抗菌剂：安装铝箔接收装饰，将转鼓收集装置接地，同时将转鼓收集装置调节至静电喷涂喷丝头和静电纺丝喷丝头中间15~17cm处，保持环境温度、转鼓收集装置温度和储液装置中溶液的温度为28~32℃；开启给料装置，开启高压电源，调节电压至18~22Kv，环境的空气流速为4~6m³/h，溶液的给料速度为1.0~2.0mL/h，同步静电纺丝和静电喷涂，纳米银抗菌剂在静电吸引的作用下，被同步吸附负载到静电纺丝纤维毡基体上去，静电纺丝同步静电喷涂1~10h后断开高压电源，停止给料装置，同步结束静电纺丝和静电喷涂；

4）将收集装置上的喷涂了纳米银抗菌剂的聚合物纤维毡于35~45℃真空干燥40~60h，得到所需的抗菌空气过滤毡。

作为优选，所述步骤1）与步骤2）中的溶剂为四氢呋喃、环己烷、甲苯、二甲苯、三氯甲烷中的一种或几种。

再优选，所述溶剂采用体积比为4:1的四氢呋喃/环己烷。

最后，所述高分子纺丝基体优选为三元乙丙橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚砜或未饱和橡胶中的一种或几种。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种抗菌空气过滤毡的的应用，其特征在于将抗菌空气过滤毡置于风扇或空调机通风管路的空气入口或出口侧用于空气净化及杀菌。

与现有技术相比，本发明的优点在于：以纳米银作为抗菌剂，采用静电纺丝与静电喷涂同步进行的方式使得纳米银抗菌剂在静电吸引的作用下，被同步吸附负载到静电纺丝纤维毡过滤基体上，而且各部分的银离子层厚度均匀。本发明的抗菌空气过滤毡具有有效净化空气及灭菌作用，可以高效控制和杀灭多种微生物，并且制备工艺简单，载体材料可生物降解，使用安全可靠，使用时将过滤毡装在风扇或空调风机口上，用于在无菌室、精密工业、涂饰行业、医院、家居、宾馆、办公楼、会议室、火车、飞机、轮船等仓室的空气消毒和净化。

附图说明

图1是本发明的制备过程中静电纺丝同步静电喷涂的装置示意框图；

图2是本发明的制备工艺框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

1、配制纳米银抗菌剂悬浮液：将100份纳米银抗菌剂溶于50份四氢呋喃/环己烷溶液中。在带有搅拌器、温度计、惰性气体入管的三颈圆底烧瓶中，加入明胶0.1份、磷酸三钙0.05份，在氮气保护下，恒温至30℃，以350rpm的转速，恒速搅拌2h。去上述搅拌液约5mL，装入储液装置，排除气体，连接喷丝头（孔径1.2mm）。将喷丝头接高压电源的正极。准备静电喷涂。

2、配制高分子纺丝液：配置质量百分比浓度为6%的三元乙丙橡胶的四氢呋喃/环己烷溶液10mL，其中四氢呋喃/环己烷的体积比为4:1，在60℃下搅拌24小时，得到溶解均匀、透明的聚合物溶液，冷却至是问候放置4小时脱泡。取上述聚合物溶液约5mL，装入储液装置中，排除空气，连接喷丝头（孔径1.2mm）。将喷丝头接高压电源的正极。准备静电纺丝。

3、静电纺丝制备纳米纤维毡并静电喷涂负载纳米抗菌剂：安装10cm×10cm的铝箔接收装饰，转鼓收集装置的温度为30℃。转鼓收集装置接地。调节转鼓收集装置，转鼓收集装置位于静电喷涂喷丝头和静电纺丝喷丝头中间16cm处。环境温度为30℃，包括储液装置中溶液的温度和收集装置的温度均为30℃；开启给料装置，开启高压电源，调节电压至20Kv，环境的空气流速为5m³/h，溶液的给料速度为1.5mL/h，同步静电纺丝和静电喷涂，静电纺丝喷嘴出口处的纺丝原液客服表面张力而形成带电喷射流，静电力使该射流分裂并伸长，同时，随着分裂的喷射流内溶剂的不断挥发，最后凝固而形成纤维。静电喷涂喷嘴出口处银离子抗菌剂在静电吸引的作用下，被同步吸附负载到静电纺丝纤维毡基体上去，静电纺丝同步静电喷涂1~10小时后断开高压电源，停止给料装置，同步结束静电纺丝和静电喷涂。

4、将收集装置上的聚合物纤维毡于40℃真空干燥48h。使纳米银抗菌剂与静电纺高分子纳米纤维毡的质量比为8%-20%之间。

5、在一个面积为15m²，层高为3m的密闭房间里，空气体积约为45m³，放一台50w的风扇。在通常情况下，此风扇进出气量约为18m³/分钟。在其进风口放一片抗菌过滤纤维毡（总厚度约1mm），两边用聚乙烯丝网夹住抗菌过滤毡，在开动风扇时，由于空气阻力增大，风量减小约3/4,空气循环量约为4.5m³时，10分钟可以使月45m³空气（相当于房间体积）通过此滤材，每小时循环通过此风扇的空气体积约为房间体积的六倍，在风扇开动四小时后房间内粉尘、细菌和病毒绝大部分可以被除去。

实施例2：

在一间面积为20m²，层高约为2.6m的房间里，空气体积约为52m³，装一台离体式空调，在空调回风口装一片类似例1的抗菌过滤毡，空调开动四小时后房间内粉尘、细菌和病毒绝大部分可被清除。

静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。利用静电纺方法能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维，形成的纤维毡重量轻、渗透性好、比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好、容易与纳米级的化学物质或功能性物质相结合，很适合用作过滤材料。静电纺纳米原纤结构过滤材料性能比普通的纤维过滤材料更为优越，能挡住直径小于0.5μm的微粒，过滤效率非常高。静电纺纳米纤维毡应用于亚微米高效微粒空气净化和超细微粒空气净化，能有效地用于原子工业，无菌室、精密工业、涂饰等行业。

银的化学结构决定了银具有较高的催化能力，高氧化态银的还原势极高，足以使其周围空间产生原子氧。原子氧具有强氧化性可以灭菌，银离子可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基（-SH），迅速与其结合在一起，使蛋白酶丧失活性，导致细菌死亡。当细菌被银离子杀后，银离子又由细菌尸体中游离出来，再与其它菌落接触，周而复始地进行上述过程，这也是银杀菌持久性的原因。据测定，水中含银离子为0.01mg/1时，就能完全杀死水中的大杆菌，能保持长达90天内不繁衍出新的菌丛。银离子抗菌剂可以高效控制和杀灭许多微生物，包括但不限于：细菌：大肠埃希氏菌、肺炎克雷伯氏菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌、产氨棒杆菌、白色念珠菌等霉菌：黑曲霉、土曲菌、宛氏拟青霉、绳状青霉、出芽短梗霉、球毛壳霉等，从而达到空气净化消毒的目的。银离子抗菌剂杀灭微生物的有效性取决于涂覆在物品上银的浓度。

静电喷涂技术是静电纺丝技术的前身，这是粉末涂装中目前发展最快的一种重要施工工艺。静电喷涂过程中，在喷枪与过滤毡之间形成一个高压电晕放电电场，当银离子抗菌剂由喷枪口喷出经过放电区时，在静电吸引的作用下，被同步吸附负载到静电纺丝纤维毡过滤基体上去。当离子颗粒附着到一定厚度时，则会发生“同性相斥”的作用，不能再吸附粒子，从而使各部分的银离子层厚度均匀，然后固化成毡。

本发明的抗菌空气过滤毡，可以用于以下场合：

（1）环境消毒：医院、超市、学校、候车室、候机室、码头、网吧、影院、体育场馆。将本发明的抗菌空气过滤毡放在风扇或空调机通风管路的空气入口或出口侧，当空气通过时出粉尘被过滤外，细菌和病毒也被过滤灭杀，有机污染物会被氧化分解，从而达到空气消毒和净化的目的。

（2）交通运载工具消毒：汽车、火车、飞机、轮船、出租车及公共交通。在上述交通工具内，将抗菌空气过滤材料装在风扇或空调风机口上即可达到空气净化的作用。

（3）厨房空气净化：厨房油烟、餐厅脱味。室内烹调产生的油烟不仅有碍一般卫生，更重要的是其中含有致突变物。据研究表明，城市女性中肺癌患者增多，经医院诊断大部分患者为腺癌，它是一种与吸烟极少有联系的肺癌病例。进一步的调研发现，致癌途径与厨房油烟导致突变性和高温食用油氧化分解的致变物有关。厨房内的另一主要污染源为燃料的燃烧。在通风差的情况下，燃具产生的一氧化碳和氮氧化物的浓度远远超过空气质量标准规定的极限值，这样的浓度必然会造成对人体的危害。将本发明的加置在在排风扇或换气扇上，放置在合适的位置，可以油烟不往厨师角度传送，并氧化分解油烟中的有机物，避免室内空气污染。

（4）净化畜禽养殖环境：养殖、屠宰场场所脱味除臭。在集约化养殖、屠宰场所，将抗菌空气过滤材料装在排风扇或换气扇风机口上即可达到该场所空气净化消毒的作用。

（5）预防“空调综合症”：长期在空调环境中工作的人，往往会感到烦闷、乏力、嗜睡、肌肉痛，感冒的发生机率也较高，工作效率和健康明显下降，这些症状统称为"空调综合症"。造成这些不良反应的主要原因是在密闭的空间内停留过久，CO₂、CO、可吸入颗粒物、挥发性有机化合物以及一些致病微生物等的逐渐聚集而使污染加重。上述种种原因造成室内空气质量不佳，引起人们出现很多疾病，继而影响了工作效率。将本发明的抗菌空气过滤毡放在风扇或空调机通风管路的空气入口或出口侧，可有效预防空调综合症。

Claims

1.一种抗菌空气过滤毡，其特征在于：该抗菌空气过滤毡是以静电纺高分子纳米纤维毡作为载体材料，通过静电喷涂的方式负载有一定浓度的纳米抗菌剂，其中纳米抗菌剂选自纳米银抗菌剂，纳米银抗菌剂与静电纺高分子纳米纤维毡的质量比为8%-20%。

2.根据权利要求1所述的抗菌空气过滤毡，其特征在于所述抗菌空气过滤毡还包括分散剂，分散剂的量为纳米抗菌剂质量的0.1%~0.3%。

3.根据权利要求2所述的抗菌空气过滤毡，其特征在于所述分散剂为明胶、丙乙烯醇、果胶、阿拉伯树胶、碳酸镁、磷酸三钙、滑石粉或藻酸盐中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的抗菌空气过滤毡，其特征在于所述静电纺高分子纳米纤维毡是由高分子纺丝基体和溶剂通过静电纺丝的方法制备而成，其中高分子纺丝基体为三元乙丙橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚砜或未饱和橡胶中的一种或几种；溶剂为四氢呋喃、环己烷、甲苯、二甲苯、三氯甲烷中的一种或几种。

5.一种权利要求1～3任意一项权利要求所述抗菌空气过滤毡的制备方法，其特征在于步骤为：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述步骤1）与步骤2）中的溶剂为四氢呋喃、环己烷、甲苯、二甲苯、三氯甲烷中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述溶剂采用体积比为4:1的四氢呋喃/环己烷。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述分散剂为明胶、丙乙烯醇、果胶、阿拉伯树胶、碳酸镁、磷酸三钙、滑石粉或藻酸盐中的一种或几种。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述高分子纺丝基体为三元乙丙橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚砜或未饱和橡胶中的一种或几种。

10.一种抗菌空气过滤毡的的应用，其特征在于将抗菌空气过滤毡置于风扇或空调机通风管路的空气入口或出口侧用于空气过滤。