CN109011921B - 一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法 - Google Patents

一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法，属于空气过滤膜技术领域，所述空气过滤膜包括三层，由内至外包括抑菌层、过滤层、吸附层，所述抑菌层为聚四氟乙烯与双层多孔抑菌颗粒采用糊料挤出纺丝法制备的纤维膜，所述过滤层为双组份纤维编织而成的无纺滤膜，所述吸附层为活性炭毛毡，并采用复合膜设备将抑菌层、过滤层、吸附层复合在一起，制备的得到的空气过滤膜不仅具有高效的抑菌作用，还具有显著的净化能力，以过滤掉大部分的细颗粒物，并且过滤膜中的抗菌剂强度足够高，在经过高温复合或挤压时，仍保持高药效。

Description

一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气过滤膜技术领域，尤其涉及一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法。
背景技术
人类产生疾病的根本原因是由于各种有害病菌、病毒和空气细颗粒物对人体的侵害所致。例如近年来肆意爆发的恶性病毒危机，它们更是成为空气滤清材料市场的“强心针”。2014年爆发的埃博拉病毒危机是近年来最严重且规模最大的蔓延，已造成700多人死亡，同为空气传播，其感染致死率可高达90％。以及最近热议的新型污染物PM2.5细颗粒物，严重危害了呼吸道器官和心血管器官，致使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。因此，研发抗菌(病毒)、防尘空气滤清材料，从而有效预防和控制有害病菌和病毒对人体的侵害，阻止吸入细微颗粒物，保障身体健康，净化生活环境，提高生活质量等一系列需求已成为今后的发展方向。
空气过滤器在长时间的使用下，微生物会在通风系统内定植、繁殖与传播，引起室内微生物污染，甚至爆发疫情，所以需要抑制或过滤空气过滤器通风系统中的微生物。在实际运用的过程中，空气过滤器的抑菌作用更为重要一些。一方面是防止微生物在过滤器上繁殖，另一方面是防止对过滤器进行二次污染，因此空气过滤器的抑菌性能比其滤菌效率更为关键。
目前制备具有抗菌、抑菌性的过滤膜常用的方法是后处理加工法，过滤膜进行浸渍或浸轧或涂覆抗菌剂，但是抗菌剂只能存在过滤膜表面，脱落后不能补充，这种过滤膜的抗菌抑菌持久性差。另一种方法是糊料挤出纺丝法，将抗菌剂与纤维原材料进行混合，挤出纤维，制备成为过滤膜。将抗菌剂混入过滤膜内部，通过抗菌剂露出过滤膜表面而进行抗菌，内部的抗菌剂可以向过滤膜外部扩散，使其抗菌持久性得以保持，但是此种方法需要解决的是，抑菌剂如何在高温挤出纤维和过滤膜复合时保持高强度，使抑菌剂不被破坏，并且不会丧失药效。例如，抑菌剂采用载银沸石，纤维原材料采用聚四氟乙烯，需要解决的问题是，载银沸石与聚四氟乙烯混合挤出纤维或者与其它膜材料进行复合时，载银沸石颗粒结构被破坏，造成抑菌性下降的问题。
因此，开发出一种用于空气过滤器的高效过滤膜具有十分重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法，制备的得到的空气过滤膜不仅具有高效的抑菌作用，还具有显著的净化能力，以过滤掉大部分的细颗粒物，并且过滤膜中的抗菌剂强度足够高，在经过高温复合或挤压时，仍保持高药效。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种空气过滤器用高效空气过滤膜，所述空气过滤膜包括三层，由内至外包括抑菌层、过滤层、吸附层，所述抑菌层为聚四氟乙烯与双层多孔抑菌颗粒采用糊料挤出纺丝法制备的纤维膜，所述过滤层为双组份纤维编织而成的无纺滤膜，所述吸附层为活性炭毛毡。
进一步，所述双层多孔抑菌颗粒为氮化铝包裹载银沸石。
进一步，所述无纺滤膜是以双组份纤维编织形成的，所述双组份纤维是以PTT和PET混合纺丝形成。
进一步，所述空气过滤膜过滤范围为空气动力学当量直径大于等于2.5μm的颗粒物。
进一步，所述抑菌层、过滤层、吸附层的厚度比为0.5:1:1.5。
本发明还公开了一种空气过滤器用高效空气过滤膜的制备方法，包括以下步骤：将抑菌层一端导入复合膜设备的第一放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；将过滤层一端导入复合膜设备的第二放卷辊上，并牵引至加热辊，加热至200-230℃后牵引至复合辊上，并用压辊压紧；吸附层一端导入复合膜设备的第三放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定线速度和张力值，进行复合，复合后用牵引辊向前牵引至收卷辊，得到空气过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到空气过滤膜。
进一步，所述空气过滤膜的制备步骤中,设定的线速度为0.05～0.1m/min、张力值为10～15N。
进一步，所述抑菌层的制备步骤如下:
将经过10-15目网筛过筛的聚四氟乙烯粉末与石脑油、硅油、双层多孔抑菌颗粒混合搅拌，制备成糊状物后压制成预制坯，将预制坯于30-45℃的条件下静置密封熟化20-24h，然后将预制坯投入30-50MPa的高压螺杆挤出机，经加热至130-180℃的模头挤出得到聚四氟乙烯粗纤维，自然干燥5-6h后将聚四氟乙烯粗纤维加热至250-280℃烧结1-2h，冷却后得到聚四氟乙烯纤维，将聚四氟乙烯纤维编织成抑菌层。
进一步，所述双层多孔抑菌颗粒的制备步骤如下：
将过200目筛的4A沸石粉末分散于0.2mol/L的硝酸银溶液中，用稀硝酸溶液调节pH＝6-8，于60-70℃避光搅拌1-2h，减压抽滤，将滤渣洗涤至滤液清透，将滤饼于100℃下干燥2h，将干燥后的载银沸石研磨分散；
将铝粉与6mm的钢球在氩气保护下高能球磨30-40h，球磨速度为400rpm，球料质量比为20:1，球磨后的铝粉磁选除铁，得到活化铝粉；
将活化铝粉、载银沸石、淀粉混合均匀后投入高温搅拌釜内进行高温反应，并向釜内通入氮气，以20℃/min的速率升温至350℃、以400-500rpm的速率搅拌3-4h，冷却后取出，得到双层多孔抑菌颗粒。
本发明提供的一种空气过滤器用高效空气过滤膜及其制备方法，有益效果如下：
一、空气过滤膜包括三层结构，由内至外分别是抑菌层、过滤层、吸附层。过滤空气时，空气首先经过吸附层，吸附层是活性炭毛毡制备而成，可以将空气中有害气体和细颗粒物吸附于表面，起到隔绝、净化的作用。空气经过吸附层后进入过滤层，过滤层采用的是无纺滤膜，采用PET和PTT混合纺丝的双组份纤维编织而成。一方面，过滤层起到支撑空气过滤膜，防止形变的作用，另一方面，将过滤层在加热辊上加热至微熔后状态后，抑菌层、吸附层通过复合辊与过滤层粘结在一起，复合得到空气过滤膜，起到过滤的作用。空气通过过滤层后到达抑菌层，抑菌层采用的是聚四氟乙烯与双层多孔抑菌颗粒进行糊料挤出纺丝得到的纤维膜，聚四氟乙烯具有化学惰性和热稳定性与双层多孔抑菌颗粒不进行化学反应，制备得到过滤层具有良好的抑菌、杀菌的作用。
二、双层多孔抑菌颗粒为氮化铝包裹载银沸石，沸石的结构特征使其具有良好的离子交换功能，利用阳离子的交换性能，将银离子结合在沸石结构中，可制成抗菌性能持久、具有广谱杀菌性抑菌剂，且耐热性能好，安全性高。但载银沸石在分子水平上具有多孔结构，在与聚四氟乙烯高压挤出时，或与吸附层、过滤层经过复合辊复合时容易破坏多孔结构，造成抑菌性能下降，在载银沸石表面制备一层高硬度的氮化铝，保护载银沸石多孔结构不会被破坏。将铝粉进行高能球磨后，机械力使铝粉表面活化，可以降低氮化铝的合成温度，而加入淀粉作为致孔剂，生成的氮化铝表面出现多孔结构，不会阻挡载银沸石的抑菌功能。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：抑菌层的制备一：
本实施按照以下步骤制备抑菌层：
首先制备双层多孔抑菌颗粒：将50g过200目筛的4A沸石粉末分散于400ml0.2mol/L的硝酸银溶液中，用稀硝酸溶液调节pH＝6，于70℃下避光搅拌1h后减压抽滤，将得到的滤渣洗涤至滤液清透，得到滤饼，将滤饼于100℃下干燥2h，将干燥后的载银沸石研磨分散；
将200g铝粉与6mm的钢球在氩气保护下高能球磨40h，球磨速度为400rpm，球料质量比为20:1，球磨后的铝粉采用磁选除铁，得到活化铝粉；
将活化铝粉、载银沸石、60g淀粉混合均匀后投入高温搅拌釜内进行高温反应，并向釜内通入氮气，以20℃的速率升温至350℃，同时以500rpm的速率搅拌3h，冷却后取出，得到双层多孔抑菌颗粒。
制备抑菌层：将经过10目网筛过筛的500g聚四氟乙烯粉末与100ml石脑油、20ml硅油、50g双层多孔抑菌颗粒和去离子水混合搅拌，制备成糊状物后压制成预制坯，将预制坯于30℃的条件下静置密封熟化20h后，将预制坯投入30MPa的高压螺杆挤出机，经加热至180℃的模头挤出得到聚四氟乙烯粗纤维，自然干燥5h后将聚四氟乙烯粗纤维加热至250℃烧结1h，冷却后得到聚四氟乙烯纤维，将聚四氟乙烯纤维编织成抑菌层。
实施例2：抑菌层的制备二：
本实施按照以下步骤制备抑菌层：
首先制备双层多孔抑菌颗粒：将50g过200目筛的4A沸石粉末分散于400ml0.2mol/L的硝酸银溶液中，用稀硝酸溶液调节pH＝7，于60℃下避光搅拌1.5h后减压抽滤，将得到的滤渣洗涤至滤液清透，得到滤饼，将滤饼于100℃下干燥2h，将干燥后的载银沸石研磨分散；
将200g铝粉与6mm的钢球在氩气保护下高能球磨35h，球磨速度为400rpm，球料质量比为20:1，球磨后的铝粉采用磁选除铁，得到活化铝粉；
将活化铝粉、载银沸石、60g淀粉混合均匀后投入高温搅拌釜内进行高温反应，并向釜内通入氮气，以20℃的速率升温至350℃，同时以450rpm的速率搅拌3.5h，冷却后取出，得到双层多孔抑菌颗粒。
制备抑菌层：将经过12目网筛过筛的500g聚四氟乙烯粉末与100ml石脑油、20ml硅油、50g双层多孔抑菌颗粒和去离子水混合搅拌，制备成糊状物后压制成预制坯，将预制坯于35℃的条件下静置密封熟化22h后，将预制坯投入40MPa的高压螺杆挤出机，经加热至150℃的模头挤出得到聚四氟乙烯粗纤维，自然干燥5.5h后将聚四氟乙烯粗纤维加热至260℃烧结1.5h，冷却后得到聚四氟乙烯纤维，将聚四氟乙烯纤维编织成抑菌层。
实施例3：抑菌层的制备三：
本实施按照以下步骤制备抑菌层：
首先制备双层多孔抑菌颗粒：将50g过200目筛的4A沸石粉末分散于400ml0.2mol/L的硝酸银溶液中，用稀硝酸溶液调节pH＝8，于65℃下避光搅拌2h后减压抽滤，将得到的滤渣洗涤至滤液清透，得到滤饼，将滤饼于100℃下干燥2h，将干燥后的载银沸石研磨分散；
将200g铝粉与6mm的钢球在氩气保护下高能球磨30h，球磨速度为400rpm，球料质量比为20:1，球磨后的铝粉采用磁选除铁，得到活化铝粉；
将活化铝粉、载银沸石、60g淀粉混合均匀后投入高温搅拌釜内进行高温反应，并向釜内通入氮气，以20℃的速率升温至350℃，同时以400rpm的速率搅拌4h，冷却后取出，得到双层多孔抑菌颗粒。
制备抑菌层：将经过15目网筛过筛的500g聚四氟乙烯粉末与100ml石脑油、20ml硅油、50g双层多孔抑菌颗粒和去离子水混合搅拌，制备成糊状物后压制成预制坯，将预制坯于45℃的条件下静置密封熟化24h后，将预制坯投入35MPa的高压螺杆挤出机，经加热至160℃的模头挤出得到聚四氟乙烯粗纤维，自然干燥6h后将聚四氟乙烯粗纤维加热至280℃烧结2h，冷却后得到聚四氟乙烯纤维，将聚四氟乙烯纤维编织成抑菌层。
实施例1、实施例2、实施例3采用的4A沸石粉末购买于嘉和新材料科技有限公司，石脑油购买于富海石化。
实施例4：空气过滤膜制备一：
本实施例的空气过滤膜制备包括以下步骤：
将实施例1制备的抑菌层一端导入复合膜设备的第一放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；将过滤层一端导入复合膜设备的第二放卷辊上，并牵引至加热辊，加热至200℃后牵引至复合辊上，并用压辊压紧；吸附层一端导入复合膜设备的第三放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定线速度为0.05m/min和张力值10N，进行复合，复合后用牵引辊向前牵引至收卷辊，得到空气过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到空气过滤膜。
其中抑菌层、过滤层、吸附层的厚度比为1cm:2cm:3cm。
实施例5：空气过滤膜制备二：
本实施例的空气过滤膜制备包括以下步骤：
将实施例2制备的抑菌层一端导入复合膜设备的第一放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；将过滤层一端导入复合膜设备的第二放卷辊上，并牵引至加热辊，加热至220℃后牵引至复合辊上，并用压辊压紧；吸附层一端导入复合膜设备的第三放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定线速度为0.07m/min和张力值12N，进行复合，复合后用牵引辊向前牵引至收卷辊，得到空气过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到空气过滤膜。
其中抑菌层、过滤层、吸附层的厚度比为0.5cm:1cm:1.5cm。
实施例6：空气过滤膜制备三：
本实施例的空气过滤膜制备包括以下步骤：
将实施例3制备的抑菌层一端导入复合膜设备的第一放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；将过滤层一端导入复合膜设备的第二放卷辊上，并牵引至加热辊，加热至230℃后牵引至复合辊上，并用压辊压紧；吸附层一端导入复合膜设备的第三放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定线速度为0.1m/min和张力值15N，进行复合，复合后用牵引辊向前牵引至收卷辊，得到空气过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到空气过滤膜。
其中抑菌层、过滤层、吸附层的厚度比为1cm:2cm:3cm。
实施例4、实施例5、实施例6采用的过滤层使用的是PTT和PET双组份纤维购买于中彩特种纤维有限公司，活性炭毛毡购买于百胜毛毡有限公司。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种空气过滤器用高效空气过滤膜，其特征在于，所述空气过滤膜包括三层，由内至外包括抑菌层、过滤层、吸附层，所述抑菌层为聚四氟乙烯与双层多孔抑菌颗粒采用糊料挤出纺丝法制备的纤维膜，所述双层多孔抑菌颗粒为氮化铝包裹载银沸石，所述过滤层为双组份纤维编织而成的无纺滤膜，所述双组份纤维是以PTT和PET混合纺丝形成的，所述吸附层为活性炭毛毡；
所述双层多孔抑菌颗粒的制备步骤如下：
将过200目筛的4A沸石粉末分散于0.2mol/L的硝酸银溶液中，用稀硝酸溶液调节pH＝6-8，于60-70℃避光搅拌1-2h，减压抽滤，将滤渣洗涤至滤液清透，将滤饼于100℃下干燥2h，将干燥后的载银沸石研磨分散；
将铝粉与6mm的钢球在氩气保护下高能球磨30-40h，球磨速度为400rpm，球料质量比为20:1，球磨后的铝粉磁选除铁，得到活化铝粉；
将活化铝粉、载银沸石、淀粉混合均匀后投入高温搅拌釜内进行高温反应，并向釜内通入氮气，以20℃/min的速率升温至350℃、以400-500rpm的速率搅拌3-4h，冷却后取出，得到双层多孔抑菌颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种空气过滤器用高效空气过滤膜，其特征在于，所述空气过滤膜过滤范围为空气动力学当量直径大于等于2.5μm的颗粒物。
3.根据权利要求2所述的一种空气过滤器用高效空气过滤膜，其特征在于，所述抑菌层、过滤层、吸附层的厚度比为0.5:1:1.5。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种空气过滤器用高效空气过滤膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将抑菌层一端导入复合膜设备的第一放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；将过滤层一端导入复合膜设备的第二放卷辊上，并牵引至加热辊，加热至200-230℃后牵引至复合辊上，并用压辊压紧；吸附层一端导入复合膜设备的第三放卷辊上，牵引至复合辊上，并用压辊压紧；开启复合膜设备，设定线速度和张力值，进行复合，复合后用牵引辊向前牵引至收卷辊，得到空气过滤膜毛坯；将过滤膜毛坯毛边裁断，得到空气过滤膜。
5.根据权利要求4所述的一种空气过滤器用高效空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述空气过滤膜的制备步骤中，设定的线速度为0.05～0.1m/min、张力值为10～15N。
6.根据权利要求5所述的一种空气过滤器用高效空气过滤膜的制备方法，其特征在于，所述抑菌层的制备步骤如下:
将经过10-15目网筛过筛的聚四氟乙烯粉末与石脑油、硅油、双层多孔抑菌颗粒混合搅拌，制备成糊状物后压制成预制坯，将预制坯于30-45℃的条件下静置密封熟化20-24h后，将预制坯投入30-50MPa的高压螺杆挤出机，经加热至130-180℃的模头挤出得到聚四氟乙烯粗纤维，自然干燥5-6h后，将聚四氟乙烯粗纤维加热至250-280℃烧结1-2h，冷却后得到聚四氟乙烯纤维，将聚四氟乙烯纤维编织成抑菌层。
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Denomination of invention: High efficiency air filter membrane for air filter and its preparation method

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Granted publication date: 20210115

Pledgee: Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd. Hangzhou Fuyang sub branch

Pledgor: HANGZHOU BODA PURIFYING EQUIPMENT Co.,Ltd.

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