CN104831528A - 高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺及其制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提供的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，基体为高效空气粒子过滤无纺布，工艺包括：(1)真空度为10Pa～3.0×10-4Pa，加热温度为80℃～180℃，进行基体真空除水脱气处理；(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为-1℃～-35℃，基体运行速度1.0～20.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，采用复合离子镀膜方式产生密度为1.0～4.0g/m2的金属离子和纳米粒子，在基体表面镀上了纳米粒子粒度小于100nm的纳米金属镀层；(3)将上述材料分切、计量、真空封装。本发明具有纳米粒子分布窄、纳米金属镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点，制品具有很强的杀菌、杀病毒和抗菌功能。

Description

高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺及其制品
技术领域
本发明属于功能性纺织材料领域，具体涉及一种高效空气粒子过滤无纺布(简称HEPA)复合离子镀纳米金属工艺及其制品。
背景技术
纳米金属(银、铜、锌、镍及其合金等)是利用先进的纳米技术将金属材料纳米化，所述的金属纳米化粒子平均主要尺寸是小于100nm的单独粒子或粒子聚集体。纳米金属可产生强大和持久的各种性能，如导电性、电磁屏蔽性、防静电性、绝热性和杀菌抗菌性等。如纳米银、纳米铜、纳米锌、纳米镍合金等可在数分钟内杀死650多种细菌和病毒，广谱杀菌抗菌且无任何的耐药性和毒副刺激作用。目前空气净化器和空调过滤器产品中大量使用的是高效空气粒子过滤无纺布(HEPA)，它只有过滤功能，没有杀菌抗菌功能，即无纺布过滤材料上吸附的细菌和病毒继续存活，存在二次空气污染的问题。高效空气粒子过滤无纺布表面纳米金属化时，还存在一些核心的技术问题，一是纳米金属粒子数量不足和镀层附着力不强，而使材料的各种优异功能不够持久和充足；二是纳米金属镀层其纳米粒子分布范围难控、纳米粒子分布不均匀，使纳米级金属镀层变成为亚微米级甚至是微米级的金属镀层，而微米级金属层的表面性能与纳米级金属层表面所具有的性能(如比表面积、表面效应、体积效应和量子尺寸效应等)有巨大差别；三是基体含水含气率高，会直接影响纳米金属镀层附着力的强弱。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，使镀层的纳米粒子分布窄且分布均匀，镀层附着力强，使高效空气粒子过滤无纺布具有良好的抗菌杀菌功能。
为了实现上述目的，本发明提供的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，基体为高效空气粒子过滤无纺布，所述工艺包括以下步骤：
(1)所述基体在真空室内，真空度为10Pa～3.0×10-4Pa，加热温度为80℃～180℃，进行基体真空除水脱气处理；
(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为-1℃～-35℃，基体运行速度1.0～20.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，采用复合离子镀膜方式产生金属离子和纳米粒子，金属离子和纳米粒子密度为1.0～4.0g/m2，在基体表面镀上了纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm；
(3)将上述材料分切、计量、真空封装。
本发明以高效空气粒子过滤无纺布为基体，先对基体进行真空除水脱气处理，再采用复合离子镀膜方式镀纳米金属，具有纳米金属镀层的纳米粒子分布窄、纳米金属镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点，制品既保持了其对PM2.5、细菌、病毒等的过滤作用，又具有很强的杀菌、杀病毒和抗菌功能。
进一步地，所述复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合。电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式的结合，能很好地控制产生的金属离子和纳米粒子的密度和二者间的比例，使镀层附着力更强、均匀性更好。
更进一步地，所述纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。纳米粒子分布范围窄、纳米粒子分布均匀，镀层附着力更强、度量更好。
具体实施方式
本发明提供的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，基体为高效空气粒子过滤无纺布(HEPA)，高效空气粒子过滤无纺布广泛使用于空气净化器和空调过滤器产品中，具有过滤功能。高效空气粒子过滤无纺布为密度20～100g/m2、厚度0.15～0.51mm、纤维单丝直径0.006～0.050mm、细度1.8dtex～7.5dtex的聚酯纤维。
实施例1
基体为高效空气粒子过滤无纺布，密度35g/m2、厚度0.20mm、纤维单丝直径0.016mm、细度1.8dtex、幅宽1380mm。工艺步骤包括：
(1)将基体放置在真空室内，真空度为1.0×10-1Pa，加热温度80～120℃，加热时间30～50分钟，进行基体真空除水脱气处理。
(2)采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.6×10-1Pa，温度为-15℃，基体运行速度为5.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％高纯度银作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压460～880V，电流12～20A，采用复合离子镀膜方式产生银离子和纳米粒子，银离子和纳米粒子密度为1.0～2.0g/m2，在基体表面镀上了纳米银镀层，纳米银镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。得到的制品在基体上镀有纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。通过控制等离子体电源的功率和放卷速度，可以调节镀层的厚度。
(3)按要求将上述材料分切，计量，真空封装。
实施例2
基体为高效空气粒子过滤无纺布，密度35g/m2、厚度0.20mm、纤维单丝直径0.016mm、细度1.8dtex、幅宽1380mm。工艺步骤包括：
(1)将基体放置在真空室内，真空度为1.0×10-1Pa，加热温度80～120℃，加热时间30～50分钟，进行基体真空除水脱气处理。
(2)采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.8×10-1Pa，温度为-15℃，基体运行速度为8.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％无氧铜作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压320～580V，电流15～36A，采用复合离子镀膜方式产生铜离子和纳米粒子，铜离子和纳米粒子密度为1.0～3.0g/m2，在基体表面镀上了纳米铜镀层，纳米铜镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。得到的制品在基体上镀有纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。通过控制等离子体电源的功率和放卷速度，可以调节镀层的厚度。
(3)按要求将上述材料分切，计量，真空封装。
本发明在步骤(1)中，真空度可以在10Pa至3.0×10-4Pa范围内选择，加热温度可以在80℃至180℃范围内选择，加热时间控制在30至60分钟。步骤(1)能有效除去基体上的水分、气泡和杂质，为后续的镀膜做好准备，可以使镀层附着力强，不易脱落。在步骤(2)中，保护气体可以是氩气或氮气，真空度为1.0×10-1Pa至3.0×10-4Pa，温度为-1℃至-35℃，基体运行速度1.0至20.0m/min，产生的金属离子和纳米粒子密度为1.0至4.0g/m2。纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm，相应地，得到的制品的纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm。纳米金属镀层的纳米粒子的粒度在10～30nm为优选，纳米粒子分布范围窄、纳米粒子分布均匀，镀层附着力更强、度量更好。
复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合，该方式能很好地控制产生的金属离子和纳米粒子的密度和二者间的比例，使镀层附着力更强、均匀性更好。金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金，前述列出的金属为或的关系。最优先的是贵金属，其他的金属对本领域技术人员来说是显而易见的。
本发明可根据材料功能的具体要求设计纳米金属镀层，通过纳米金属镀层的叠加和材料复合得到的功能性材料，既保持了高效空气粒子过滤无纺布的透气性和湿水性，又具有良好的综合杀菌抗菌能力。
本发明具有纳米金属镀层的纳米粒子分布窄、纳米金属镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点，可连续化生产，成品率高、质量好、无污染且性能优异稳定。制品克服了目前高效空气粒子过滤无纺布产品中存在的空气被二次污染的重大技术缺陷，既使高效空气粒子过滤无纺布本身的优点充分表现出来(如透气性和吸水性等)，又可以使纳米金属镀层的综合杀菌抗菌能力充分发挥出来。具有纳米金属镀层的高效空气粒子过滤无纺布可广泛用于空气净化器、空调过滤器等产品中。

Claims (10)

1.高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，基体为高效空气粒子过滤无纺布，所述工艺包括以下步骤：
(1)所述基体在真空室内，真空度为10Pa～3.0×10-4Pa，加热温度为80℃～180℃，进行基体真空除水脱气处理；
(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为-1℃～-35℃，基体运行速度1.0～20.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，采用复合离子镀膜方式产生金属离子和纳米粒子，金属离子和纳米粒子密度为1.0～4.0g/m2，在基体表面镀上了纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm；
(3)将上述材料分切、计量、真空封装。
2.根据权利要求1所述的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合。
3.根据权利要求2所述的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。
4.根据权利要求3所述的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金。
5.根据权利要求4所述的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述高效空气粒子过滤无纺布为密度20～100g/m2、厚度0.15～0.51mm、纤维单丝直径0.006～0.050mm、细度1.8dtex～7.5dtex的聚酯纤维。
6.根据权利要求5所述的高效空气粒子过滤无纺布复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，加热时间为30～60分钟。
7.采用权利要求1所述工艺制备的制品，其特征在于，基体为高效空气粒子过滤无纺布，采用复合离子镀膜方式在所述基体上镀有纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm。
8.根据权利要求7所述的制品，其特征在于，所述复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合。
9.根据权利要求8所述的制品，其特征在于，所述纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为10～30nm。
10.根据权利要求9所述的制品，其特征在于，所述纳米金属镀层的金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金。
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