CN107174868A - 一种车载空气净化片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气净化领域，公开了一种车载空气净化片及其制备方法。该车载空气净化片由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布；所述抗菌层为复合有抗菌物质的聚丙烯无纺布。本发明的空气净化片不仅对静电吸附剂的负载量大、牢度高，对PM2.5、花粉、粉尘、烟尘、尘螨等颗粒物的静电吸附效果好，透气度好，风阻小；而且还具有抗菌、降噪功能。

Description

一种车载空气净化片及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种车载空气净化片及其制备方法。
背景技术
近年来城市环境受到严重污染，尤其是空气污染最为严重。据有关部门调查数据显示，城市空气PM2.5污染主要来源是车辆尾气污染。因此对于行驶在道路上的车辆内的司机和乘客来说，由于处于污染源最为集中的道路上，受到空气污染的威胁更加严重。车辆的新风系统和空调系统都会对车内的空气和车外空气进行交换，虽然车辆这些系统自身也带有过滤装置，但是过滤效率并不理想。因此有必要对车辆内出风口处的空气再次进行净化。
通常对出风口过滤片的要求一是过滤效果好，能够阻挡或吸附大多数的颗粒物；二是风阻要小，尽量不影响空调的进风效率。现有技术中的出风口过滤片，通常只是普通的无纺布，为了保证其透气度，减小风阻，通常具有很大的孔隙率，但是如此便影响了其过滤效率。如果为了提高过滤效率又势必要降低孔隙率，又会影响出风效率，从而无法两全。
申请号为CN201610233859.6的中国专利公开了一种空气过滤用驻极体非织造过滤材料，由0.06D的PET超细纤维和3D的PE/PET皮芯复合纤维组成均匀分布的三维空间网络结构，皮芯复合纤维与其接触的纤维形成联接节点，在超细纤维和皮芯复合纤维的表面设置PTFE涂覆层。所述驻极体非织造过滤材料的制备方法为：PET/PET定岛型海岛短纤维和PE/PET皮芯型复合短纤维以一定质量比混合、梳理后，经针刺成网、碱液消融、轧压水洗、PTFE乳液浸渍、拉幅热定型和冷却固化而成。申请号为201410138905.5的中国专利公开了一种抗菌且过滤PM2.5颗粒的口罩滤片。与普通滤片和口罩相比，该发明滤片有三层结构，外层是附着酞菁锌类光敏材料的竹纤维溶喷无纺布，中间层是驻极化熔喷无纺布，内层是丙纶纺粘无纺布。
上述两份专利中都利用了静电吸附原理，能够有效吸附空气中的细小颗粒物，提高了过滤效率。但是也存在一些不足，由于上述两种过滤材料均不是用于出风口，在风阻上的要求不高，因此它们的风阻较高，不适用于出风口过滤片。另一方面，驻极化无纺布的制备过程中，无纺布对PTFE乳液浸渍后的吸附效率较低，使得PTFE乳液无法长久、牢固地被无纺布吸附，从而影响了静电吸附效果，特别是长时间后静电吸附力衰减严重。此外，上述无纺布还缺乏抗菌功能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车载空气净化片及其制备方法。本发明的空气净化片不仅对静电吸附剂的负载量大、牢度高，对PM2.5、花粉、粉尘、烟尘、尘螨等颗粒物的静电吸附效果好，透气度好，风阻小；而且还具有抗菌、降噪功能。
本发明的具体技术方案为：一种车载空气净化片，由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布；所述抗菌层为复合有抗菌物质的聚丙烯无纺布。
本发明的空气净化片为两层结构，其中静电吸附层为进风面，其中含有纳米驻极体，能够利用静电吸附原理，在无纺布的孔隙率较高，风阻较小的条件下也能够对空气中的PM2.5、花粉、粉尘、烟尘、尘螨等颗粒物进行有效过滤、吸附。抗菌层为复合有抗菌物质的聚丙烯无纺布，能够起到杀菌作用，特别是对于金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有较强抑制能力。本发明的空气过滤片的更换周期为15天左右。
作为优选，所述含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布由以下质量百分数的原料制得：
聚丙烯75-85％，
环糊精1-2％，
改性珊瑚粉1-5％，
纳米海泡石1-5％，
硅烷偶联剂0.5-1.5％，
聚四氟乙烯11-17％。
本发明中静电吸附层的无纺布选用聚丙烯为主要原料，先将聚丙烯与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石和硅烷偶联剂混合熔融，喷熔制得无纺布，由于纤维中复合有了环糊精、改性珊瑚粉和纳米海泡石，其中环糊精具有疏水空腔，对疏水性物质具有吸附性；改性珊瑚粉经过处理后具有高孔隙率，而纳米海泡石为纳米多孔无机物，也具有较好的吸附性。当环糊精与改性珊瑚粉、纳米海泡石均匀分布于纤维内部后，能够增强无纺布对聚四氟乙烯乳液的吸附能力，从而使得聚四氟乙烯乳液对无纺布充分浸润、渗透。因而克服了现有技术中普通无纺布对聚四氟乙烯乳液吸附效果较差的技术问题。由于改性珊瑚粉、纳米海泡石属于无机物，在聚丙烯等有机物的中分散性和相容性较差，硅烷偶联剂的作用是能够克服这一技术问题。此外，改性珊瑚粉和海泡石的加入，一方面其自身多余的孔隙还能够吸附细小颗粒和空气中的异味，另一方面在一定程度也能够使无纺布具有空心结构，从而具有吸收风噪、降低噪音的作用。
在制得无纺布后，将无纺布浸渍于聚四氟乙烯乳液中，能够大幅提高无纺布对聚四氟乙烯乳液的吸附量。
作为优选，所述改性珊瑚粉的制备方法如下：将珊瑚洗净并粗磨至60-100目，然后放置于马弗炉中在绝氧条件下升温至300-400℃，煅烧2-4h后取出并精磨至600-1000目，得到煅烧珊瑚粉，将煅烧珊瑚粉与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶(0.5-1.5)∶(0.5-1)混合，在65-75℃下研磨20-40min，制得改性珊瑚粉。
珊瑚为天然生物质材料，粗磨后在相对低温下进行焙烧，以除去珊瑚基质中的有机质，有机质除去后，珊瑚基质呈现为疏松多孔状，具有很高的孔隙率，具有较高的吸附容量。
未改性的珊瑚粉呈现为亲水性，而聚四氟乙烯为疏水性物质，用钛酸丁酯和十八碳烷酸对其改性后，能够使珊瑚粉具有疏水性，从而进一步提高对聚四氟乙烯的吸附能力。珊瑚粉具有疏水性的好处还在于：由于在较高湿度的环境下，不容易产生静电，而未改性的珊瑚粉具有较好的吸湿性，珊瑚粉大量吸湿后，必然会严重影响静电吸附效果。对珊瑚粉疏水处理后其不会进行吸湿，能够长期保障无纺布处于干燥状态，从而能够使无纺布长久地保持静电而衰退较慢。
作为优选，所述纳米海泡石为改性纳米海泡石，改性方法如下：将纳米海泡石在质量浓度为5-10％的醋酸溶液中浸泡2-4h，浸泡后取出清洗至中性，接着将纳米海泡石与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶(0.5-1.5)∶(0.5-1)混合，在65-75℃下研磨20-40min，制得改性纳米海泡石。
未改性的海泡石的吸附容量有限，对其进行酸处理后，能够拓展海泡石内部的空隙，从而增强吸附性和吸附容量。另一方面，与珊瑚类似，普通的纳米海泡石具有较好的亲水性，而聚四氟乙烯为疏水性物质，用钛酸丁酯和十八碳烷酸对其改性后，能够使海泡石具有疏水性，从而进一步提高对聚四氟乙烯的吸附能力。海泡石具有疏水性的好处还在于：由于在较高湿度的环境下，不容易产生静电，而未改性的海泡石具有较好的吸湿性，海泡石大量吸湿后，必然会严重影响静电吸附效果。对海泡石疏水处理后其不会进行吸湿，能够长期保障无纺布处于干燥状态，从而能够使无纺布长久地保持静电而衰退较慢。
作为优选，所述环糊精为疏水性环糊精。
作为优选，所述抗菌层的风阻小于所述静电吸附层的风阻。
由于本发明的空气净化片要求具有较低的风阻，因此在保持静电吸附层低风阻的条件下，还需要尽量降低抗菌层的风阻。由于静电吸附层的风阻大于抗菌层的风阻，因此即使复合上抗菌层后对无纺布的风阻也基本没有影响，其仍能够保持低风阻。
作为优选，所述车载空气净化片的风阻为1-6Pa。
作为优选，所述抗菌物质选自多肽银、纳米二氧化钛和季胺盐抗菌剂。上述抗菌物质的抗菌效果较好，能够有效杀菌。
一车载空气净化片的制备方法，包括以下步骤：
1)静电吸附层的制备：
1.1)将聚丙烯切片与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石、硅烷偶联剂按配比混合，添加至热熔装置中加热熔融，得到复合熔体；
1.2)将复合熔体通过喷熔方法制成无纺布；
1.3)将聚四氟乙烯配制为聚四氟乙烯乳液，将无纺布浸没于聚四氟乙烯乳液中，然后进行热压处理，最后经过烘干定型后制得静电吸附层。
本发明方法先将聚丙烯切片与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石、硅烷偶联剂混合热熔按照传统无纺布熔喷制备方法制得无纺布，然后将无纺布浸渍于聚四氟乙烯乳液中，如此能够极大的提高无纺布对聚四氟乙烯乳液的吸附能力，从而增强无纺布的静电吸附能力和持久性。
2)抗菌层的制备；
3)热压复合：将静电吸附层与抗菌层间隔叠层后，热压复合，制得成品。
作为优选，步骤1.3)中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为30-50％，浸渍时间为5-15min，热压处理温度为100-140℃。
本发明的无纺布配合上述特定工艺，对聚四氟乙烯乳液的吸附量和吸附牢度特别好，聚四氟乙烯的负载量最高可到无纺布质量的17％左右。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的空气净化片不仅对静电吸附剂的负载量大、牢度高，对PM2.5、花粉、粉尘、烟尘、尘螨等颗粒物的静电吸附效果好，透气度好，风阻小；而且还具有抗菌、降噪功能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种车载空气净化片，由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布；所述抗菌层为复合有多肽银的聚丙烯无纺布。所述抗菌层的风阻小于所述静电吸附层的风阻。
所述含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布由以下质量百分数的原料制得：聚丙烯75％，疏水性环糊精1％，改性珊瑚粉5％，纳米海泡石1.5％，硅烷偶联剂0.5％，聚四氟乙烯17％。
所述改性珊瑚粉的制备方法如下：将珊瑚洗净并粗磨至80目，然后放置于马弗炉中在绝氧条件下升温至350℃，煅烧3h后取出并精磨至800目，得到煅烧珊瑚粉，将煅烧珊瑚粉与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶1∶0.75混合，在70℃下研磨30min，制得改性珊瑚粉。
所述纳米海泡石为改性纳米海泡石，改性方法如下：将纳米海泡石在质量浓度为7.5％的醋酸溶液中浸泡3h，浸泡后取出清洗至中性，接着将纳米海泡石与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶1∶0.75混合，在70℃下研磨30min，制得改性纳米海泡石。
一种车载空气净化片的制备方法，包括以下步骤：
1)静电吸附层的制备：
1.1)将聚丙烯切片与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石、硅烷偶联剂按配比混合，添加至热熔装置中加热熔融，得到复合熔体。
1.2)将复合熔体通过喷熔方法制成无纺布。
1.3)将聚四氟乙烯配制为质量浓度为40％的聚四氟乙烯乳液，将无纺布浸没于聚四氟乙烯乳液中，10min后取出在120℃下进行热压处理，最后经过烘干定型后制得静电吸附层。
2)抗菌层的制备。
3)热压复合：将静电吸附层与抗菌层间隔叠层后，热压复合，制得成品。
实施例2
一种车载空气净化片，由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布；所述抗菌层为复合有纳米二氧化钛的聚丙烯无纺布。所述抗菌层的风阻小于所述静电吸附层的风阻。
所述含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布由以下质量百分数的原料制得：聚丙烯80％，疏水性环糊精1.5％，改性珊瑚粉3％，纳米海泡石3％，硅烷偶联剂1％，聚四氟乙烯11.5％。
所述改性珊瑚粉的制备方法如下：将珊瑚洗净并粗磨至60目，然后放置于马弗炉中在绝氧条件下升温至300℃，煅烧4h后取出并精磨至600目，得到煅烧珊瑚粉，将煅烧珊瑚粉与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶0.5∶0.5混合，在65℃下研磨40min，制得改性珊瑚粉。
所述纳米海泡石为改性纳米海泡石，改性方法如下：将纳米海泡石在质量浓度为5％的醋酸溶液中浸泡4h，浸泡后取出清洗至中性，接着将纳米海泡石与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20：0.5：0.5混合，在65℃下研磨40min，制得改性纳米海泡石。
一种车载空气净化片的制备方法，包括以下步骤：
1)静电吸附层的制备：
1.1)将聚丙烯切片与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石、硅烷偶联剂按配比混合，添加至热熔装置中加热熔融，得到复合熔体。
1.2)将复合熔体通过喷熔方法制成无纺布。
1.3)将聚四氟乙烯配制为质量浓度为30％的聚四氟乙烯乳液，将无纺布浸没于聚四氟乙烯乳液中，5min后取出在100℃下进行热压处理，最后经过烘干定型后制得静电吸附层。
2)抗菌层的制备。
3)热压复合：将静电吸附层与抗菌层间隔叠层后，热压复合，制得成品。
实施例3
一种车载空气净化片，由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布；所述抗菌层为复合有季胺盐抗菌剂的聚丙烯无纺布。所述抗菌层的风阻小于所述静电吸附层的风阻。
所述含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布由以下质量百分数的原料制得：聚丙烯85％，疏水性环糊精1.5％，改性珊瑚粉1％，纳米海泡石1％，硅烷偶联剂0.5％，聚四氟乙烯11％。
所述改性珊瑚粉的制备方法如下：将珊瑚洗净并粗磨至100目，然后放置于马弗炉中在绝氧条件下升温至400℃，煅烧2h后取出并精磨至1000目，得到煅烧珊瑚粉，将煅烧珊瑚粉与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶1.5∶1混合，在75℃下研磨20min，制得改性珊瑚粉。
所述纳米海泡石为改性纳米海泡石，改性方法如下：将纳米海泡石在质量浓度为10％的醋酸溶液中浸泡2h，浸泡后取出清洗至中性，接着将纳米海泡石与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20∶1.5∶1混合，在75℃下研磨20min，制得改性纳米海泡石。
一种车载空气净化片的制备方法，包括以下步骤：
1)静电吸附层的制备：
1.1)将聚丙烯切片与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石、硅烷偶联剂按配比混合，添加至热熔装置中加热熔融，得到复合熔体。
1.2)将复合熔体通过喷熔方法制成无纺布。
1.3)将聚四氟乙烯配制为质量浓度为50％的聚四氟乙烯乳液，将无纺布浸没于聚四氟乙烯乳液中，15min后取出在140℃下进行热压处理，最后经过烘干定型后制得静电吸附层。
2)抗菌层的制备。
3)热压复合：将静电吸附层与抗菌层间隔叠层后，热压复合，制得成品。
对比例1
一种空气净化片，由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为聚丙烯无纺布(经过聚四氟乙烯浸渍处理)；所述抗菌层为复合有多肽银的聚丙烯无纺布。所述抗菌层的风阻小于所述静电吸附层的风阻。
对比例2
市购的普通物理吸附空气过滤布。
综合性能对比：
将实施例1-3与对比例1-2的无纺布进行性能对比，结果如下所示：
厚度 克重 风阻 静电吸附保持时间 抗菌性
实施例1 2mm 46.5g/m2 1.4帕 4-5年 有
实施例2 2mm 45.6g/m2 1.3帕 4-5年 有
实施例3 2mm 44.7g/m2 1.2帕 4-5年 有
对比例1 2mm 44.8g/m2 2.5帕 2-3生 有
对比例2 2mm 54g/m2 5.5帕 无静电吸附效果 无
由上可知，本发明的无纺布风阻更小，静电吸附保持时间更久，且具有抗菌性。
空气净化效果检测：
对本发明实施例1的空气净化片进行空气净化效果检测：
检测单位：国家化学建材质量监督检验中心。
检测日期：2017年4月07日。
检测依据：QB/T 2761-2006室内空气净化产品净化效果测定方法。备注：试验舱容积：1.5m3；净化时间：30min。
检测样品：车载空气净化片(6.6cm*14cm*1.5mm)。
检测数量：10片。
检测数据如下：
序号 检测项目 技术要求 检测结果 单项结论 备注
1 颗粒物去除率，％ / 25.9 / 净化时间30min
抗菌性检测：
对实施例1的车载空气净化片进行抗菌性能评价：
检测单位：杭州杭美质量技术服务有限公司。
检测日期：2017年4月10-21日。
检测依据：QB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：震荡法，且根据该标准“条款12.5”评价试样的抗菌效果。试验细菌名称：金黄色葡萄球菌，大肠杆菌。对照样品：100％棉织物，未经任何处理。样品的预处理：121℃，103kPa，灭菌15min。
检测样品：车载空气净化片。
检测数量：10片。
检测数据如下：
1、测试菌种：金黄色葡萄球菌，抑菌率：97％。
2、测试菌种：大肠杆菌，抑菌率：57％。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种车载空气净化片，其特征在于：由静电吸附层和抗菌层复合而成，所述静电吸附层为进风面；其中，静电吸附层为含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布；所述抗菌层为复合有抗菌物质的聚丙烯无纺布。
2.如权利要求1所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述含有纳米驻极体的聚丙烯无纺布由以下质量百分数的原料制得：
聚丙烯75-85%，
环糊精1-2%，
改性珊瑚粉1-5%，
纳米海泡石1-5%，
硅烷偶联剂0.5-1.5%，
聚四氟乙烯11-17%。
3.如权利要求2所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述改性珊瑚粉的制备方法如下：将珊瑚洗净并粗磨至60-100目，然后放置于马弗炉中在绝氧条件下升温至300-400℃，煅烧2-4h后取出并精磨至600-1000目，得到煅烧珊瑚粉，将煅烧珊瑚粉与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20:（0.5-1.5）:（0.5-1）混合，在65-75℃下研磨20-40min，制得改性珊瑚粉。
4.如权利要求2所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述纳米海泡石为改性纳米海泡石，改性方法如下：将纳米海泡石在质量浓度为5-10%的醋酸溶液中浸泡2-4h，浸泡后取出清洗至中性，接着将纳米海泡石与钛酸丁酯、十八碳烷酸质量比20:（0.5-1.5）:（0.5-1）混合，在65-75℃下研磨20-40min，制得改性纳米海泡石。
5.如权利要求2所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述环糊精为疏水性环糊精。
6.如权利要求1所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述抗菌层的风阻小于所述静电吸附层的风阻。
7.如权利要求6所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述车载空气净化片的风阻为1-6Pa。
8.如权利要求1所述的一种车载空气净化片，其特征在于，所述抗菌物质选自多肽银、纳米二氧化钛和季胺盐抗菌剂。
9.一种如权利要求1-8之一所述的车载空气净化片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）静电吸附层的制备：
1.1）将聚丙烯切片与环糊精、改性珊瑚粉、纳米海泡石、硅烷偶联剂按配比混合，添加至热熔装置中加热熔融，得到复合熔体；
1.2）将复合熔体通过喷熔方法制成无纺布；
1.3）将聚四氟乙烯配制为聚四氟乙烯乳液，将无纺布浸没于聚四氟乙烯乳液中，然后进行热压处理，最后经过烘干定型后制得静电吸附层；
2）抗菌层的制备；
3）热压复合：将静电吸附层与抗菌层间隔叠层后，热压复合，制得成品。
10.如权利要求9所述的一种车载空气净化片的制备方法，其特征在于，步骤1.3）中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为30-50%，浸渍时间为5-15min，热压处理温度为100-140℃。
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