CN104129108B - 一种可预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料及其制备方法，以网状聚酯过滤海绵为基材进行真空磁控溅射镀金属膜和电镀金属膜后与化纤网格织物复合为一体，化纤网格织物单面或双面贴合在镀金属膜后的网状聚酯过滤海绵上，形成多层复合结构。化纤网格织物双面贴合时已镀金属膜的网状聚酯过滤海绵在内层，两面贴化纤网格织物，形成三明治状结构。本发明复合材料充分利用了活性炭网状聚酯过滤海绵比表面积大的特点，使表面的金属离子充分和水中分子接触，快速释放达到杀菌效果，同时也克服了活性炭网状聚酯过滤海绵在水中不耐冲击的缺陷。
Description
技术领域
本发明提供一种预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料，属于新材料技术领域。
背景技术
随着城镇化和工业化的快速发展，城镇街道不断拓宽，新的住宅开发项目不断扩大，工业项目和农业项目也不断增加，还有高速公路和高速铁路的快速延伸，这些项目的开发使一部分地区饮用水水源地减少，地下水、地表水等造成了不同程度的污染，使饮用水质量不断下降。譬如：1，一些河流水塘被工业排放的超标水污染，使原来的饮用水水源地逐渐减少，有的地方因饮用水质量下降，影响了居民的正常生活。2，广大农村的大规模养殖场，禽畜的粪便对水塘沟渠污染严重，有机物、微生物，寄生虫对地表水、地下水都有不同程度的污染。3，城市高层建筑的二次供水采用的储水箱不能定期清洗，使一些高层住宅区的居民饮用水水质超标。4，在一些干旱地区，修建了很多收集雨水的水窖。由于收集雨水的地面不干净，有许多水窖微生物超标。5，海岛上的渔民和驻军，饮用水水质也需要提高。6，远洋运输中的船载饮用水、建筑工地的水塔、临时储水罐等都容易滋生细菌，致使饮用水二次污染。总之，当前我国城乡居民的饮用水质量，有些地区还需要提高。
当前饮用水常规的杀菌方法：1、化学灭菌法：采用液氯、二氧化氯、次氯酸盐等化学药品，向水中定时添加，这种方法在应用中会有化学残留物遗留在水中，因此不能保证水的质量，长期饮用会影响人的身体健康。另外，氯气的刺激气味也影响了水的口感。2、加热消毒法：该方法成本较高，再就是在取水点、水处理厂不容易操作。3、紫外线消毒法。4、电解消毒法。3、4两种方法在取水点或水厂都难以操作，而且也无力做到持续杀菌，价格也比较贵，这两种方法只应用在特殊领域。目前，市场上出现了采用纳米银离子网消毒的方法，该银离子网放在饮水机中，有的干脆套在水龙头上，作为过滤网。这种方式根本起不到杀菌作用，只是一种营销手段。首先是水从水龙头瞬间流过银网，由于水与银网接触时间太短，在单位时间内银网向水系统内释放的银离子不足以将水中的微生物杀灭。
专利号2005800367791，名称为用于安装在饮用水系统和其它流体输送系统中的线丝系统的发明专利，提供了一种完全由具有杀菌功能的线丝制造的线丝系统；和一种由至少一根具有杀菌功能的线丝与至少一根没有杀菌功能的线丝组合而制造的线丝系统，用于饮用水的消毒杀菌。该专利线丝系统中具有杀菌功能的线丝实际是单根的银纤维，因为银纤维的比表面积较小，在单位时间内，线丝系统释放的银离子数量不够多，杀菌效果不是很理想。
综上所述，现有的净水材料技术，还不能满足饮用水消毒的需求，现提供一种用于饮用水消毒的复合材料供消费者选用。
发明内容
为了克服现有技术方面的不足，满足净水领域的市场需求和社会需要。本发明提供一种可预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料及其制备方法，是由聚酯、聚酰胺、活性炭和金属银、钛、铜等材料，采用真空磁控溅射镀银、钛、铜及复合电镀银的技术方法加工而成。
本发明的技术方案如下：
一种可预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料，以网状聚酯过滤海绵为基材进行真空磁控溅射镀金属膜后与化纤网格织物复合为一体，化纤网格织物单面或双面贴合在镀金属膜后的网状聚酯过滤海绵上，形成多层复合结构。化纤网格织物双面贴合时已镀金属膜的网状聚酯过滤海绵在内层，两面贴化纤网格织物，形成三明治状结构。
所述网状聚酯过滤海绵为含活性炭的三维网状结构的聚酯过滤海绵。所述化纤网格织物是指聚酯方格织物、聚酯菱形格织物、聚酯六边形网格织物、聚酯“三明治”织物；聚酰胺方格织物、聚酰胺菱形格织物、聚酰胺六边形网格织物、聚酰胺“三明治”织物。
为进一步提高本发明杀菌效果，优选地，在所述化纤网格织物中至少有一根银金属纤维。
本发明还提供一种可预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)准备基材：化纤网格织物和网状聚酯过滤海绵；
(2)将网状聚酯过滤海绵卷切，然后卷装整齐，进行除污，超声波清洗，粗化，烘干，卷装到真空磁控溅射镀膜辊上备用；
(3)将卷装完好的网状聚酯过滤海绵基材装入真空室，进行真空磁控溅射镀银和/或铜、钛；
(4)将镀银和/或铜、钛的网状聚酯过滤海绵与化纤网格织物复合；
(5)将复合材料分切为各种几何形状，计量、包装。
所述步骤(3)真空磁控溅射镀银和/或铜、钛的方法是：将真空室内压力抽至1.12×10-2Pa—1.53×10-3Pa，然后向真空室内注入氩气，流量为195ml/min—280ml/min，此时真空室内压力保持在1.20×10-1Pa—2.23×10-1Pa范围内，通电流使两极之间直流电流和电压调节在3A—20A和360V—450V范围内；将网状聚酯过滤海绵基材的运行速度调整在0.8m/min—10m/min范围内，表面温度控制在160℃—230℃，基材经真空磁控溅射镀银和/或铜、钛后表面电阻达到500Ω/cm—2000Ω/cm。
为了进一步提高本发明复合材料的杀菌消毒效果，可以将所述步骤(3)真空磁控溅射镀银和/或铜、钛后的聚酯过滤海绵基材，进一步采用卷绕电镀银方法加厚镀银层：即在电镀机镀槽一端，将已真空磁控溅射镀银和/或铜、钛的海绵固定，放卷穿过镀液槽上方的导电辊，进入镀液槽进行电镀银。镀液温度25℃—35℃。电流密度0.1—0.3A/dm2，基材运行速度2—10m/min，镀层厚度达到0.2um—3um。然后镀银海绵进入电镀机三级水洗槽，进行清洗，最后烘干收卷。上述电镀银所用电镀液为本领域常用电镀液。
所述步骤(4)复合在海绵复合机上进行：a、在镀银和/或铜、钛海绵一面或双面涂粘合剂，即将粘合剂固化在镀银和/或铜、钛海绵外层表面；b、将化纤网格织物与涂有粘合剂的镀银和/或铜、钛海绵粘合在一起，复合在海绵复合机辊筒上进行；c、复合机辊筒贴合温度控制在160℃以内，基材运行速度6m/min—15m/min；d、复合材料卷装成卷。
本发明复合材料充分利用了活性炭网状聚酯过滤海绵比表面积大的特点，使表面的银、钛、铜金属离子充分和水中分子接触，快速释放达到杀菌效果，同时也克服了活性炭网状聚酯过滤海绵在水中不耐冲击的缺陷。具有如下优点：
1、与化学镀银相比：本发明采用的方法可以使银、钛、铜等金属离子与活性炭网状聚酯过滤海绵结合牢固、无污染，可连续化生产。
2、镀金属膜后的活性炭网状聚酯过滤海绵与化纤网格织物的复合，增加了活性炭网状聚酯过滤海绵的强力，该材料置于流动的水系统中，经过长时间的冲击也不易被撕裂。
3、已电镀的活性炭网状聚酯过滤海绵表面的银离子，还可以透过化纤网格织物充分和水分子接触，加快银离子向水中释放的速度，提高杀菌效果。
相对于专利号2005800367791的线丝系统而言，在该专利线丝系统中具有杀菌功能的线丝实际是单根的银纤维，因为银纤维的比表面积远远没有镀银海绵的比表面积大，在单位时间内，镀银海绵释放的银离子比线丝系统释放的银离子要大得多，为此本发明采用镀银海绵的杀菌效果要比专利2005800367791的杀菌效果更好。
本发明复合材料与现有的饮用水消毒材料相比，具有如下创新特点：
1、将该复合材料安装在饮水系统中，可以连续、持久、均衡的向饮水中释放银离子，并不会超过所设置的银离子限量，具有智能化材料的特点。
2、确保饮用水消毒效果稳定可靠，不会因停电，设备故障停止工作，可降低运营成本。
3、不需附加动力，只要把该复合材料置于流动的水系统中即可。
4、不需再向水中投放任何化学药品，仅需一次加入该复合材料，即可在一年中保持饮用水达标，并可以确保饮用水的口感，保持饮用水新鲜。
本发明复合材料可用于住宅临时储水设备、长途车辆饮用水箱、军用野营车辆的储水箱、水塔、船舶上的储水箱、火车上的储水箱等饮用水消毒；消除生产过程中水的生物膜；二次供水储水池、干旱地区的水窖消毒；还可用于加湿器、水循环空调中的水消毒、一些大型养殖场中的畜禽饮用水消毒。本发明复合材料，工艺简单可靠、价格低廉。是饮用水消毒材料中的首选材料。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步说明。
实施例一：一种预防和消除饮水中微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材的准备：化纤网格织物采用聚酰胺六边形网格织物，该织物中聚酰胺纤维与含银金属纤维1∶1；活性炭网状聚酯过滤海绵。
(2)将活性炭网状聚酯过滤海绵卷切，切割厚度4mm，长度80m--100m，宽度1.2m。然后卷装整齐，进行除污，超声波清洗，粗化，烘干，然后将活性炭网状聚酯过滤海绵卷到真空磁控溅射镀膜辊上备用。
(3)将卷装完备的活性炭网状聚酯过滤海绵放入真空室，进行真空磁控溅射镀银、铜、钛。先将真空室压力抽至1.2×10-2Pa左右，然后向真空室注入氩气，氩气流量为240ml/min左右，这时真空室压力为2.2×10-1Pa左右，然后通电流使两极之间直流电流和电压达到4A—15A和360V—450V的范围内。再将活性炭网状聚酯过滤海绵的运行速度调整为1.5m/min。真空室内活性炭网状聚酯过滤海绵基材的表面温度控制在160℃-230℃。经过真空磁控溅射银、铜、钛的基材电阻可达1000Ω/cm左右。
(4)将真空磁控溅射银、铜、钛后的活性炭网状聚酯过滤海绵基材进行电镀银。采用卷绕电镀银的方法：即在电镀机镀槽一端，将已溅射镀银、铜、钛的海绵固定，放卷穿过镀液槽上方的导电辊，进入镀液槽进行电镀银。镀液温度25℃—35℃。电流密度0.1—0.3A/dm2，基材运行速度2—10m/min，镀层厚度达到0.2um—3um。然后镀银海绵进入电镀机三级水洗槽，进行清洗，最后烘干收卷。上述电镀银所用电镀液为本领域常用电镀液。
(5)将电镀银后的活性炭网状聚酯过滤海绵与聚酰胺六边形网格织物复合，即在电镀银的活性炭网状聚酯过滤海绵上单面贴合。贴合在海绵复合机上进行：a、在镀银海绵一面涂粘合剂，即将粘合剂固化在镀银海绵外层表面。b、将聚酰胺六边形网格织物与涂有粘合剂的镀银海绵粘合在一起，复合在海绵复合机辊筒上进行。c、复合机辊筒贴合温度控制在160℃以内，基材运行速度6m/min—15m/min。d、复合材料卷装成卷。粘合剂为本领域常用粘合剂。
(6)将(5)中的复合材料分切成各种几何形状，计量，包装。
实施例二：一种预防和消除饮水中微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材的准备：化纤网格织物采用聚酰胺六边形网格织物，该织物中聚酰胺纤维与含银金属纤维1﹕1；活性炭网状聚酯过滤海绵。
(2)将活性炭网状聚酯过滤海绵卷切，切割厚度4mm，长度80m—100m，宽度1.2m。然后卷装整齐，进行除污，超声波清洗，粗化，烘干，然后将活性炭网状聚酯过滤海绵卷到真空磁控溅射镀膜辊上备用。
(3)将卷装完备的活性炭网状聚酯过滤海绵放入真空室，进行真空磁控溅射镀银。先将真空室压力抽至1.2×10-2Pa左右，然后向真空室注入氩气，氩气流量为240ml/min左右，这时真空室压力为2.2×10-1Pa左右，然后通电流使两极之间直流电流和电压达到4A—15A和360V—450V的范围内。再将活性炭网状聚酯过滤海绵的运行速度调整为1.2m/min。真空室内活性炭网状聚酯过滤海绵基材的表面温度控制在160℃—230℃。经过真空磁控溅射银基材电阻可达500Ω/cm左右。
(4)将镀银的活性炭网状聚酯过滤海绵与聚酰胺六边形网格织物复合，即在电镀银的活性炭网状聚酯过滤海绵上单面复合。复合方法同实施例一中的第(5)项。
(5)将(4)中的复合材料分切成各种几何形状，计量，包装。
实施例三：与实施例一不同的是，化纤网格织物为聚酯纤维菱形网格。
实施例四：与实施例一不同的是，将电镀银的活性炭网状聚酯过滤海绵两面贴合聚酯六边形网格织物。贴合在海绵复合机上进行：a、在镀银海绵双面涂粘合剂，即将粘合剂固化在镀银海绵两外层表面。b、将聚酯六边形网格织物(上层与下层)与两面涂有粘合剂的镀银海绵(中间层)粘合在一起，复合在海绵复合机辊筒上进行。c、复合机辊筒贴合温度控制在160℃以内，基材运行速度8m/min左右。d、复合材料卷装成卷。
实施例五：与实施例一不同的是，基材的运行速度为2m/min，真空磁控溅射镀银、铜、钛的基材表面电阻为2000Ω/cm左右。
实施例六：与实施例一不同的是，将电镀银活性炭网状聚酯过滤海绵两面贴合聚酯“三明治”网格织物。
实施例七：与实施例一不同的是，在进行活性炭网状聚酯过滤海绵真空磁控溅射镀金属膜时仅真空磁控溅射镀银离子。
实施例八：将该发明复合材料置于储水箱中，制作自杀菌净化储水箱，测试其杀菌效果。
1、储水箱尺寸及容积2m(长)×1.6m(宽)×1.2m(高)＝3.84m3。
2、制作三件塑料格栅支架，将复合材料固定在格栅支架上；格栅支架垂直于水箱纵向体，尺寸为1.6m×1.2m，复合材料的尺寸为1.56m×1.16m，复合材料位于格栅支架中间，将三件附有复合材料的格栅支架固定在水箱中，支架沿箱体纵向长度均匀排布，支架与箱体端距离0.5m。支架与支架间距离0.5m，即将长方体储水箱分割为4个可透水单元。进水口设置在箱体顶部一端，出水口设置在箱体底部与进水口呈对角线的另一端。3、通入自来水进入水箱经过72小时，测试储水箱中的储水。
4、测试结果：
(a)储水含银离子4-30ug/L符合国家生活饮用水卫生标准【国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)银离子最高限值50ug/L】。
(b)测试总大肠菌群、耐热大肠菌群、大肠埃希氏菌群，三种菌群均未检出。符合国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。本发明复合材料对军团菌、细菌，病毒和真菌等具有很好的杀菌效果。
5、含有复合材料的水箱可用于实验室、临时饮用水区域、易引起二次供水污染的区域等。本储水箱可日供水800Kg--1000kg。
Claims (6)
1.一种可预防和消除饮用水中微生物污染的复合材料，其特征在于，以网状聚酯过滤海绵为基材进行真空磁控溅射镀金属膜后与化纤网格织物复合为一体，化纤网格织物单面或双面贴合在镀金属膜后的网状聚酯过滤海绵上，形成多层复合结构；
所述化纤网格织物双面贴合时已镀金属膜的网状聚酯过滤海绵在内层，两面贴化纤网格织物，形成三明治状结构；
所述网状聚酯过滤海绵为含活性炭的三维网状结构的聚酯过滤海绵；
所述化纤网格织物是指聚酯方格织物、聚酯菱形格织物、聚酯六边形网格织物、聚酯“三明治”织物；聚酰胺方格织物、聚酰胺菱形格织物、聚酰胺六边形网格织物、聚酰胺“三明治”织物；
在所述化纤网格织物中至少有一根银金属纤维。
2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料可以置于储水箱中，制作杀菌净化储水箱。
3.权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)准备基材：化纤网格织物和网状聚酯过滤海绵；
(2)将网状聚酯过滤海绵卷切，然后卷装整齐，进行除污，超声波清洗，粗化，烘干，卷装到真空磁控溅射镀膜辊上备用；
(3)将卷装完好的网状聚酯过滤海绵基材装入真空室，进行真空磁控溅射镀银和/或铜、钛；
(4)将镀银和/或铜、钛的网状聚酯过滤海绵与化纤网格织物复合；
(5)将复合材料分切为各种几何形状，计量、包装。
4.如权利要求3所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)真空磁控溅射镀银和/或铜、钛的方法是：将真空室内压力抽至1.12×10-2Pa—1.53×10-3Pa，然后向真空室内注入氩气，流量为195ml/min—280ml/min，此时真空室内压力保持在1.20×10-1Pa—2.23×10-1Pa范围内，通电流使两极之间直流电流和电压调节在3A—20A和360V—450V范围内；将网状聚酯过滤海绵基材的运行速度调整在0.8m/min—10m/min范围内，表面温度控制在160℃—230℃，基材经真空磁控溅射镀银和/或铜、钛后表面电阻达到500Ω/cm—2000Ω/cm。
5.如权利要求3或4所述的复合材料的制备方法，其特征在于，将所述步骤(3)真空磁控溅射镀银和/或铜、钛后的聚酯过滤海绵基材，进一步采用卷绕电镀银方法加厚镀银层：即在电镀机镀槽一端，将已溅射镀银和/或铜、钛的海绵固定，放卷穿过镀液槽上方的导电辊，进入镀液槽进行电镀银；镀液温度25℃—35℃；电流密度0.1—0.3A/dm2，基材运行速度2—10m/min，镀层厚度达到0.2um—3um；然后镀银海绵进入电镀机三级水洗槽，进行清洗，最后烘干收卷。
6.如权利要求3所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)复合在海绵复合机上进行：a、在镀银和/或铜、钛海绵一面或双面涂粘合剂，即将粘合剂固化在镀银和/或铜、钛海绵外层表面；b、将化纤网格织物与涂有粘合剂的镀银和/或铜、钛海绵粘合在一起，复合在海绵复合机辊筒上进行；c、复合机辊筒贴合温度控制在160℃以内，基材运行速度6m/min-15m/min；d、复合材料卷装成卷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |