CN106731225B - 一种抗菌滤料及其整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌滤料及其整理方法，以提高滤料的过滤效率和抗菌性能。该抗菌滤料包括滤料本体、聚丙烯酰胺微孔薄膜和致密层，聚丙烯酰胺微孔薄膜连接在滤料本体和致密层之间；所述的聚丙烯酰胺微孔薄膜通过冷等离子体工艺在滤料本体一表面形成；致密层通过静电纺丝工艺在聚丙烯酰胺微孔薄膜表面形成。

Description

一种抗菌滤料及其整理方法
技术领域
本发明涉及一种滤料，具体来说，涉及一种抗菌滤料及其整理方法。
背景技术
由于滤料的除尘功能及所处环境的特殊性，微生物在滤料内容易繁殖与传播，代谢产物将对空气造成二次污染。目前，控制或消除滤料的微生物污染已经成为一个急需解决的问题。为了减少滤料的微生物污染，抗菌滤料成为研究热点和发展趋势，尤其学校、医院、写字楼等公共场所的空气空调净化除尘滤料对抗菌性的需求日益增加。因此，需要开发一种除尘效率高、抗菌性高效持久的滤料的绿色环保整理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌滤料及其整理方法，以提高滤料的过滤效率和抗菌性能。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：
一方面，本发明实施例提供一种抗菌滤料，包括滤料本体、聚丙烯酰胺微孔薄膜和致密层，聚丙烯酰胺微孔薄膜连接在滤料本体和致密层之间；所述的聚丙烯酰胺微孔薄膜通过冷等离子体工艺在滤料本体一表面形成；致密层通过静电纺丝工艺在聚丙烯酰胺微孔薄膜表面形成。
另一方面，本发明实施例还提供一种抗菌滤料的整理方法，包括以下步骤：
步骤10)采用冷等离子体工艺预处理滤料表面；
步骤20)制备羧甲基壳聚糖/银纺丝液；
步骤30)采用静电纺丝工艺，将步骤20)制备的羧甲基壳聚糖/银纺丝液电纺在步骤10)预处理后的滤料表面。
作为优选例，所述的步骤10)具体包括：将滤料放入真空反应室中，开启真空泵，向真空反应室中通入工作气体；然后打开冷等离子体处理仪，产生冷等离子体，预处理滤料表面；随后向真空反应室中通入丙烯酰胺气体，在预处理后的滤料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜。
作为优选例，所述的预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa。
作为优选例，所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
作为优选例，所述的步骤20)具体包括：配制质量浓度为1～5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入硝酸银，形成混合溶液；混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；将混合溶液在避光环境下搅拌2h后，进行等离子体处理，使混合溶液中的银离子还原成纳米银，得到羧甲基壳聚糖/银纺丝液。
作为优选例，所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
作为优选例，所述的步骤30)具体包括：将羧甲基壳聚糖/银纺丝液置于静电纺丝设备的微量注射泵中，将滤料卷绕在自动收卷装置上，微量注射泵正对滤料表面，开启静电纺丝设备和自动收卷装置，将羧甲基壳聚糖/银纺丝液电纺在预处理后的滤料表面，形成由纳米纤维构成的致密层。
作为优选例，所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
作为优选例，所述的滤料由涤纶纤维、玻璃纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维和聚芳酯纤维中一种或任意组合制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明实施例的抗菌滤料及其整理方法，可以提高滤料的过滤效率和抗菌性能。本发明实施例的整理方法以无毒生物活性抗菌材料羧甲基壳聚糖为母体，利用等离子体干法处理技术和静电纺丝技术对滤料表面进行整理，使得整理后的滤料具有较高的过滤效率。该方法首先采用等离子体引发丙烯酰胺气相聚合在滤料表面形成微孔薄膜，然后采用静电纺丝技术，在微孔薄膜上由超细纤维形成致密层，从而能形成超细梯度结构滤料，过滤效率达95％以上。同时，本发明整理后的滤料具有高效持久的抗菌性。活性抗菌羧甲基壳聚糖和光谱抗菌银在等离子体预处理的滤料表面形成复合超细纳米纤维抗菌层。本发明实施例的抗菌滤料在洗涤前和10次洗涤后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率均达99％以上。
附图说明
图1是本发明实施例的结构剖视图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种抗菌滤料，该滤料包括滤料本体1、聚丙烯酰胺微孔薄膜2和致密层3，聚丙烯酰胺微孔薄膜2连接在滤料本体1和致密层3之间。
本发明实施例的抗菌滤料，通过设置聚丙烯酰胺微孔薄膜2和致密层3，极大的提高了滤料的抗菌性能和过滤性能。本实施例中的聚丙烯酰胺微孔薄膜2通过冷等离子体工艺在滤料本体1一表面形成；致密层3通过静电纺丝工艺在聚丙烯酰胺微孔薄膜2表面形成。
上述实施例的抗菌滤料的整理方法，该整理方法包括以下步骤：
步骤10)采用冷等离子体工艺预处理滤料表面；
步骤20)制备羧甲基壳聚糖/银纺丝液；
步骤30)采用静电纺丝工艺，将步骤20)制备的羧甲基壳聚糖/银纺丝液电纺在步骤10)预处理后的滤料表面。
上述实施例的整理方法中，通过冷等离子体工艺和静电纺丝工艺，在滤料表面制成聚丙烯酰胺微孔薄膜2和致密层3，以提高其过滤性能和抗菌性能。
上述实施例中，作为优选，所述的步骤10)具体包括：将滤料放入真空反应室中，开启真空泵，向真空反应室中通入工作气体；然后打开冷等离子体处理仪，产生冷等离子体，预处理滤料表面；随后向真空反应室中通入丙烯酰胺气体，在预处理后的滤料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜。预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa。向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
步骤10)中，预处理滤料表面有两方面作用，一是增加滤料表面的比面积和极性基团，增强滤料表面与纳米纤维层(即致密层3)的粘结，二是形成的微孔薄膜与纳米纤维层及滤料本体构成滤料的超细梯度结构，提高滤料的过滤效率。
作为优选方案，所述的步骤20)具体包括：配制质量浓度为1～5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入硝酸银，形成混合溶液；混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；将混合溶液在避光环境下搅拌2h后，进行等离子体处理，使混合溶液中的银离子还原成纳米银，得到羧甲基壳聚糖/银纺丝液。等离子体处理方法还原纳米银是一种无需化学试剂的干式方法。在该步骤中，所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
作为优选，所述的步骤30)具体包括：将羧甲基壳聚糖/银纺丝液置于静电纺丝设备的微量注射泵中，将滤料卷绕在自动收卷装置上，微量注射泵正对滤料表面，开启静电纺丝设备和自动收卷装置，将羧甲基壳聚糖/银纺丝液电放在预处理后的滤料表面，形成由纳米纤维构成的致密层。该步骤中，静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
本发明实施例中，所述的滤料由涤纶纤维、玻璃纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维和聚芳酯纤维中一种或任意组合制成。
滤料经过上述实施例的整理方法整理之后，具有较高的过滤效率。首先采用等离子体引发丙烯酰胺气相聚合在滤料表面形成微孔薄膜，然后采用静电纺丝技术，在微孔薄膜上形成由纳米纤维构成的致密层3。滤料本体1、等离子体处理形成的微孔薄膜2和静电纺丝形成的纳米纤维层(即致密层3)构成超细梯度结构的滤料，过滤效率达97％以上。同时，本发明整理后的滤料具有高效持久的抗菌性。活性抗菌羧甲基壳聚糖和光谱抗菌银在等离子体预处理的滤料表面形成复合纳米纤维抗菌层。将具有抗菌性的羧甲基壳聚糖和纳米银复合在一起，一方面避免纳米银的团聚，另一方面提高抗菌率。等离子体处理形成的微孔薄膜2增加纳米纤维抗菌层(即致密层3)与滤料本体1的粘结，提高抗菌的持久性。
羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，分子结构中没有被取代的氨基，在酸性条件下带正电荷，能与细菌细胞表面带有负电荷的大分子基团结合，从而附着于细菌表面，阻止了营养物质向细胞内运输，杀死细菌。纳米银分布在滤料表面，能起到催化活性中心的作用。该活性中心吸收环境的能量，自行分解出自由电子(e-)，同时留下带正电的空穴(h+)，该空穴可激活吸附在材料表面的空气或水中的氧，产生羟自由基(·OH)和活性氧离子(O- 2)。它们与多种微生物发生氧化反应，破坏细菌细胞的繁殖。
本发明实施例中，羧甲基壳聚糖除了具有抗菌性能外，还可以分散纳米银，避免纳米银发生团聚。羧甲基壳聚糖在纳米银的制备中用作稳定剂。在水溶液中，羧甲基壳聚糖可以吸附在金属银离子的表面形成配合物，起到稳定纳米银的作用。另外，羧甲基壳聚糖上的多羟基、羧基和氨基结构，使其通过分子间和分子内氢键的作用可形成分子水平上的独立空间，为纳米银的生长提供良好的模板，避免纳米银团聚，
本发明实施例中，微孔薄膜2可以提高滤料本体1和致密层3之间的结合牢度。等离子体引发丙烯酰胺气相聚合在滤料表面形成的聚丙烯酰胺微孔薄膜，增加滤料表面的比表面积和极性基团，增强与其它物质的物理和化学结合，提高其表面的粘结性，从而有利于滤料表面更牢固地吸附更多的羧甲基壳聚糖/银复合纳米纤维，使滤料具有高效持久的抗菌性。
下面通过实验，来验证经过本发明实施例的整理方法整理后的滤料具有良好抗菌性能和过滤性能。
实施例1
滤料由涤纶纤维制成。该滤料的整理方法，包括以下步骤：
步骤10)采用冷等离子体工艺预处理滤料表面：将滤料放入真空反应室中，开启真空泵，向真空反应室中通入工作气体；然后打开冷等离子体处理仪，产生冷等离子体，预处理滤料表面；随后向真空反应室中通入丙烯酰胺气体，在预处理后的滤料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜；
预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa；
所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
步骤20)制备羧甲基壳聚糖/银纺丝液：配制质量浓度为1～5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入硝酸银，形成混合溶液；混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；将混合溶液在避光环境下搅拌2h后，进行等离子体处理，使混合溶液中的银离子还原成纳米银，得到羧甲基壳聚糖/银纺丝液；
所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
步骤30)采用静电纺丝工艺，将步骤20)制备的羧甲基壳聚糖/银纺丝液电纺在步骤10)预处理后的滤料表面：将羧甲基壳聚糖/银纺丝液置于静电纺丝设备的微量注射泵中，将滤料卷绕在自动收卷装置上，微量注射泵正对滤料表面，开启静电纺丝设备和自动收卷装置，将羧甲基壳聚糖/银纺丝液电放在预处理后的滤料表面，形成由纳米纤维构成的致密层；
所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
实施例2
滤料由玻璃纤维制成，该滤料的整理方法与实施例1相同，所不同的是：
步骤10)：预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa；
所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
步骤20)羧甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为1～5％，混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；
所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
步骤30)所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
实施例3
滤料由聚苯硫醚纤维和聚酰胺纤维按照质量比1:1制成。该滤料的整理方法与实施例1相同，所不同的是：
步骤10)：预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa；
所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
步骤20)羧甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为1～5％，混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；
所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
步骤30)所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
实施例4
滤料由聚芳酯纤维制成。该滤料的整理方法与实施例1相同，所不同的是：
步骤10)：预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa；
所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
步骤20)羧甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为1～5％，混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；
所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
步骤30)所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
实施例5
滤料由玻璃纤维、聚酰胺纤维和聚芳酯纤维按照质量比1:1:2制成。该滤料的整理方法与实施例1相同，所不同的是：
步骤10)：预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa；
所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa以下。
步骤20)羧甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为1～5％，混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；
所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
步骤30)所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
对比例1
滤料由涤纶纤维制成。没有经过本发明的整理方法进行整理。
对比例2
滤料由玻璃纤维制成。没有经过本发明的整理方法进行整理。
对比例3
该滤料由聚苯硫醚纤维和聚酰胺纤维按照质量比1:1制成。没有经过本发明的整理方法进行整理。
对比例4
该滤料由聚芳酯纤维制成。没有经过本发明的整理方法进行整理。没有经过本发明的整理方法进行整理。
对比例5
该滤料由玻璃纤维、聚酰胺纤维和聚芳酯纤维按照质量比1:1:2制成。没有经过本发明的整理方法进行整理。
对上述实施例和对比例进行抗菌性能测试。测试方法按照AATCC100-2012《纺织品抗菌整理的评价》进行。测试结果如表1所示。
对上述实施例和对比例进行过滤性能测试。测试方法按照ASTM D6830-02:2008
表1
从表1可以看出：本实施例1—5的滤料在洗涤前和10次洗涤后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率达99％以上，具有持久高效的抗菌性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种抗菌滤料的整理方法，其特征在于：该整理方法包括以下步骤：
步骤10)采用冷等离子体工艺预处理滤料表面；
步骤20)制备羧甲基壳聚糖/银纺丝液；所述的步骤20)具体包括：配制质量浓度为1～5％的羧甲基壳聚糖水溶液，向羧甲基壳聚糖水溶液中加入硝酸银，形成混合溶液；混合溶液中硝酸银溶液的质量浓度为0.5～1.25％；将混合溶液在避光环境下搅拌2h后，进行等离子体处理，使混合溶液中的银离子还原成纳米银，得到羧甲基壳聚糖/银纺丝液；
步骤30)采用静电纺丝工艺，将步骤20)制备的羧甲基壳聚糖/银纺丝液电纺在步骤10)预处理后的滤料表面。
2.根据权利要求1所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述的步骤10)具体包括：将滤料放入真空反应室中，开启真空泵，向真空反应室中通入工作气体；然后打开冷等离子体处理仪，产生冷等离子体，预处理滤料表面；随后向真空反应室中通入丙烯酰胺气体，在预处理后的滤料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜。
3.根据权利要求2所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述的预处理滤料表面过程中，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，预处理时间为30～120S，真空反应室的真空度为1～20Pa。
4.根据权利要求2所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述的向真空反应室中通入丙烯酰胺气体时，冷等离子体处理仪的输出功率为50～400W，聚合时间为7～10min，真空反应室的真空度在1～100Pa。
5.根据权利要求1所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述进行等离子体处理的过程中，工作气体为氧气、氮气、氩气或氦气，输出功率为50～400W，处理时间为1～5min，处理时的真空度为1～10Pa。
6.根据权利要求1所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述的步骤30)具体包括：将羧甲基壳聚糖/银纺丝液置于静电纺丝设备的微量注射泵中，将滤料卷绕在自动收卷装置上，微量注射泵正对滤料表面，开启静电纺丝设备和自动收卷装置，将羧甲基壳聚糖/银纺丝液电纺在预处理后的滤料表面，形成由纳米纤维构成的致密层。
7.根据权利要求6所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述的静电纺丝设备工作时：静电纺丝机高压电源的正电压为20～30kV，负电压为0～10kV；微量注射泵的流速为0.8～1.2mL/h；接收距离为19～22cm；自动收卷装置的卷绕速度为0.5～10mm/min。
8.根据权利要求1所述的抗菌滤料的整理方法，其特征在于：所述的滤料由涤纶纤维、玻璃纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维和聚芳酯纤维中一种或任意组合制成。
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