CN107261865A - 一种功能型空气过滤材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功能型空气过滤材料，所述功能型空气过滤材料由基材和抗菌型静电纺丝纳米纤维层复合而成，所述抗菌型静电纺丝纳米纤维层中的抗菌剂为生物抗菌剂。本发明功能型空气过滤材料通过静电纺丝制备工艺，将添加生物抗菌剂的纺丝液纺到基材上。本申请的空气过滤材料具有柔韧性好、纤维直径小、孔隙率高、孔径分布均匀、质量轻、透气性好、环保性好、过滤效果明显的优势。

Description

一种功能型空气过滤材料

技术领域

本发明涉及材料领域，特别地，涉及一种功能型空气过滤材料。

背景技术

近年来,我国的工业化发展迅速,城镇化速度不断加快,各种污染问题纷至沓来,其 中空气污染己成为当下环境污染的一个主要问题。工厂废气、汽车尾气、建筑粉尘、 居民生活等排放了大量的烟尘颗粒,而这些颗粒物也为细菌提供了生长繁殖的载体。这 些不单单会严重威胁人们的身体健康,同时也会对自然气候产生不良影响,破坏动物、 植物赖以生存的自然环境。2014年1月4日,国家减灾办、民政部通报2013年自然灾 情,首次将雾霾天气纳入。因此,设计和制备出能有效阻挡空气中细微粉尘颗粒物并具 有优良抗菌性能的口罩滤布材料是摆在人类面前的、关乎人类身体健康的重大课题。 对于尺寸在微米级以上的颗粒,传统非织造口罩滤布可以具有较好的过滤性能,但对于 尺寸在亚微米甚至纳米级的颗粒物质或细菌,传统非织造口罩滤布对其过滤性能较差, 而且具有抗菌功能化的空气过滤材料更是少之又少。

但是现有技术中，用于口罩的抗菌型空气过滤材料大多添加的抗菌剂为有机抗菌剂或无机抗菌剂，环保性存在一定风险，因此，开发一种高效实用的无毒性的抗菌型 的空气净化材料是十分必要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种功能型空气过滤材料，通过静电纺丝制备工艺，将添加生物抗菌剂的纺丝液纺到基材上。本申请的空气过滤材料具有柔韧性好、纤维直径小、 孔隙率高、孔径分布均匀、质量轻、透气性好、环保性好、过滤效果明显的优势。

为实现上述目的，本发明提供了一种功能型空气过滤材料，所述功能型空气过滤材料由基材和抗菌型静电纺丝纳米纤维层复合而成，所述抗菌型静电纺丝纳米纤维层 中的抗菌剂为生物抗菌剂；

进一步地，所述基材为无纺布、碳纤维；

进一步地，所述生物抗菌剂为倍半萜类生物碱、胆甾烷类生物碱、多糖抗菌肽、 木质素、诃子、白花酸藤子、松萝酸中的一种或几种组合，白花酸藤子和松萝酸配合 使用时，能够有效的对白色念珠菌的细胞质凝聚，从而导致细菌死亡；倍半萜类生物 碱、胆甾烷类生物碱可以直接将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌溶解，导致病毒死亡；多 糖抗菌肽能够将金黄色葡萄球菌的细胞壁破坏，增强细胞膜通透性，从而导致细胞内 生命物质外泄，损害细菌酶系统，导致金黄色葡萄球菌病毒死亡；诃子、木质素可以 快速渗入大肠杆菌的细胞膜内致使大肠杆菌病毒失去活性，导致大肠杆菌病毒死亡；

进一步地，静电纺丝所用的聚合物为聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种；

所述的功能型空气过滤材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)纺丝液的制备：将聚合物、抗菌剂、添加剂和溶剂按比例通过熔融或溶解共混，经充分搅拌、超声分散形成均一溶液；

(2)静电纺丝：在18～35℃，相对湿度20～60％条件下，以0.1～10mL/h的灌注 速度将静电纺丝液、固化催化剂溶液输送到各自喷丝口，在纺丝电压为10～100kV， 将纺丝液纺到基材上；

进一步地，所述抗菌剂与聚合物的质量比为1～10:80～120；

进一步地，所述添加剂为大豆油、棕榈油、蓖麻油、亚麻油中的任意一种，所述 添加剂的用量为总量的1～5wt％，所述添加剂的加入能有效的调节溶剂体系的溶度参 数，有利于纤维膜结构的形成，增大孔隙率，从而增强透气性；

进一步地，所述溶剂为水和任意浓度的水和任意浓度的乙醇、正丙醇、异丙醇、 正戊醇、丁醇、丙二醇乙醚、丙醚、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙 酯、乙酸丁酯、乙酸中的任意一种，所述溶剂的用量为总量的20～50wt％；

进一步地，所述固化剂是二乙撑三胺、2-乙基4-甲基咪唑、顺丁烯二酸酐、苯酚、二氨基氨苯基甲烷中的一种，所述固化剂的用量为总量的0.1～6wt％；

进一步地，所述所得的抗菌空气过滤膜的纳米纤维层的克重为15～80克/平方米，纳米纤维直径30nm～1μm。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明目的在于提供一种功能型空气过滤材料，通过静电纺丝制备工艺，将添加生物抗菌剂的纺丝液纺到基材上，空气过滤材料具有柔韧性好、纤维直径小、孔 隙率高、孔径分布均匀、质量轻、透气性好、环保性好、过滤效果明显的优势。

(2)本发明添加的生物抗菌剂，可以渗入微生物或病毒的膜内，使致病微生物或细胞失去活性，或者直接将致病微生物或病毒溶解，导致致病微生物或病毒死亡，并 且具有环保性，避免了化学药品的使用，降低了毒性。

(3)本发明在纺丝液中加入添加剂，能够有效的调节溶剂体系的溶度参数，有利于纤维膜结构的形成，增大孔隙率，从而增强透气性。

(4)本发明的功能型空气过滤材料以无纺布、碳纤维过滤布作为基材，具有机械强度高、化学稳定性好、比重小易反冲洗、寿命长、制作成本低廉等诸多优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面结合实施例，对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例

一种功能型空气过滤材料，所述功能型空气过滤材料由基材和抗菌型静电纺丝纳米纤维层复合而成，所述抗菌型静电纺丝纳米纤维层中的抗菌剂为生物抗菌剂。

实施例1～6的功能型空气过滤材料具体参数以表格的形式列出，具体见表1：

表1实施例1～6的功能型空气过滤材料具体参数

所述的功能型空气过滤材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)纺丝液的制备：将聚合物、抗菌剂、添加剂和溶剂按比例通过熔融或溶解共混，经充分搅拌、超声分散形成均一溶液；

(2)静电纺丝：在18～35℃，相对湿度20～60％条件下，以0.1～10mL/h的灌注 速度将静电纺丝液、固化催化剂溶液输送到各自喷丝口，在纺丝电压为10～100kV， 将纺丝液纺到基材上；具体参数见表2。

表2实施例1～6的具体工艺参数

结果试验：

1、功能型空气过滤材料对粒子的过滤实验

将实施例1～6所得功能型空气过滤材料用以下设备进行检测：TH-60滤料检测仪、SX-L310激光粒子计数器、YY-2000Pa压差计、ZRQF-F30J风速仪、HS-3000A微孔电 子拉力机。

检测标准：效率、阻力按GB/T6165-2008计算法检测、抗拉强度按GB/T3923.1-1997检测。

实验条件：额定风速1.5m/s，对0.5～1μm粒径的粒子进行过滤，测试结果见表3。

表3实施例1～6的功能型空气过滤材料的各项性能指标

实施例	阻力(Pa)	效率(％)	克重(g/m2)	耐磨性(圈)
					实施例1	52	99.9	0.5	1785
实施例2	46	99.8	0.8	1690
					实施例3	50	99.9	0.6	1820
实施例4	50	99.9	0.9	1900
					实施例5	48	99.9	0.7	1885
实施例6	46	99.9	1.1	1779

从表3的数据可以看出，本申请实施例1～6所得的功能型空气过滤材料无论是阻力、效率、克重、耐磨性能均表现出了优异的性能，尤其是，本申请的功能型空气过 滤材料由于具有优异的纤维膜结构，在过滤效率方面，过滤效率均大于99.5％，具有 超强的过滤效果。

2、功能型空气过滤材料的抑菌试验

采用平板划线法检测本发明功能型空气过滤材料的对细菌的抗菌效果，取实施例1～6本发明的功能型空气过滤材料，分别将纸片剪成1cm²大小，然后放入加有菌液的 磷酸盐缓冲溶液中振荡1h，使其与菌液充分接触，得到混合溶液后加入琼脂培养基进 行培养，通过数菌落数得出抑菌率，

测试结果计算：杀菌率＝(对照组平均菌落数-试验组平均菌落数)/对照组平均菌落数×100％，当杀菌率≥90％时可以报告产品有杀菌作用，所得数据见表4。

表4实施例1～6的功能型空气过滤材料的抑菌效果实验

从表4数据可以看出，本申请的功能型空气过滤材料的抑菌率均在99.9％以上，当杀菌率≥90％时可以报告产品有杀菌作用，可见，本申请的功能型空气过滤材料具 有较优异的抑菌效果。本申请加入的为生物抗菌剂，可以渗入微生物或病毒的膜内， 使致病微生物或细胞失去活性，或者直接将致病微生物或病毒溶解，导致致病微生物 或病毒死亡，并且具有环保性，避免了化学药品的使用，可以较方便、适宜的用于制 作口罩材料。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功能型空气过滤材料，其特征在于，所述功能型空气过滤材料由基材和抗菌型静电纺丝纳米纤维层复合而成，所述抗菌型静电纺丝纳米纤维层中的抗菌剂为生物抗菌剂。

2.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述基材为无纺布、碳纤维。

3.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述生物抗菌剂为倍半萜类生物碱、胆甾烷类生物碱、多糖抗菌肽、木质素、诃子、白花酸藤子、松萝酸中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，静电纺丝所用的聚合物为聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种。

5.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)纺丝液的制备：将聚合物、抗菌剂、添加剂和溶剂按比例通过熔融或溶解共混，经充分搅拌、超声分散形成均一溶液；

(2)静电纺丝：在18～35℃，相对湿度20～60％条件下，以0.1～10mL/h的灌注速度将静电纺丝液、固化催化剂溶液输送到各自喷丝口，在纺丝电压为10～100kV，将纺丝液纺到基材上。

6.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述抗菌剂与聚合物的质量比为1～10:80～120。

7.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述添加剂为大豆油、棕榈油、蓖麻油、亚麻油中的任意一种，所述添加剂的用量为总量的1～5wt％。

8.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述溶剂为水和任意浓度的乙醇、正丙醇、异丙醇、正戊醇、丁醇、丙二醇乙醚、丙醚、甲乙酮、环已酮、二氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸中的任意一种，所述溶剂的用量为总量的20～50wt％。

9.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述固化剂是二乙撑三胺、2-乙基4-甲基咪唑、顺丁烯二酸酐、苯酚、二氨基氨苯基甲烷中的一种，所述固化剂的用量为总量的0.1～6wt％。

10.根据权利要求1所述的功能型空气过滤材料，其特征在于，所述所得的抗菌空气过滤膜的纳米纤维层的克重为15～80克/平方米，纳米纤维直径30nm～1μm。