CN109316829A - 防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材的制备方法及其产品和应用 Download PDF

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邬淑红
陈超
徐少洪
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Abstract

本发明提供了一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法及其产品。采用静电纺制备由玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯与聚对苯二甲酸二乙酯等材料中的一种或几种组成的纳米纤维膜滤材；采用物理、化学固化技术，将制备的直径在5‑20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构，不仅能够截留空气的固体悬浮物、胶体、细菌等，杀灭微生物、致病菌及其耐药菌；同时静电纺纤维层具备卓越的过滤性能，可以高效阻隔PM2.5、可见灰、汽车尾气、花粉等。另外，采用多层复合的方式，防霉防菌防过敏防病毒涂层可使纳米纤维膜的机械强度提高。

Description

防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材的制备方法及其产品 和应用
技术领域
本发明涉及到一种防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材的制备方法及其产品，属于公共环保卫生领域。
背景技术
随着经济的发展，工业生产和城市生活造成的空气污染日益严重，雾霾已经成为人们健康呼吸的重大危害之一。空气净化产品的宗旨是满足人们对于生活和工作环境洁净空气的需求，为人们健康呼吸服务。空气净化产品的核心部件是空气滤芯，优异性能的空气滤芯材料需要具备两种功效：1）有效过滤PM2.5 细微颗粒；2）有效灭杀致病菌，避免细菌滋生，产生空气二次污染。
CN103706182A 采用静电纺丝制备的球线组合型复合纤维空气过滤材料。Leung发现在纳米纤维毡表面层合微米纤维毡，可以增加过滤效率，且压降小于纯纳米纤维毡。Wang 等先电纺出聚丙烯腈(PAN) 纤维层，再将聚乙烯醇(PVA) 纳米纤维覆盖在上面形成复合过滤材料。滤材在过滤空气中PM2.5 细微颗粒同时也滞留了空气中的致病菌，致病菌在滤材中滋生繁殖，造成空气的二次污染，危害呼吸健康，这是国际空气净化行业急待解决的难题，也是我国防霾健康呼吸急需解决的难题。为了减轻空气二次污染，空气净化产品设置了臭氧杀菌、光触媒杀菌、紫外线杀菌等装置，其中臭氧、紫外线杀菌技术都可能对人体产生不同程度上危害，而光触媒杀菌技术，杀菌效率较低，在空气净化产品中实际杀菌效果有限，所采用的紫外线光源也产生臭氧，长期使用对人体有害。尘螨过敏原与25%以上的过敏症相关；花粉很小且可以在空气中漂浮传播上百英里以外；以及宠物过敏等都对人类健康产生了极大的危害。秋冬季节是感冒病毒及传播的极佳时期。
因此，市场上急需一种有效过滤PM2.5 细微颗粒，快速杀菌且安全的滤芯材料，减少细菌的空气传播途径。
国际上公认纳米银具有较好的抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌、和病毒的生长繁殖。其可能的机制有三：一是由于纳米银表面正电荷，易与真菌细胞表面带负电荷的基团作用，从而改变病原菌细胞膜的流动性和通透性；二是干扰DNA 的复制与转录；三是阻断病原菌代谢。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法，其特征在于具体制备工艺如下：
先利用静电纺丝将纳米纤维层沉积在无纺布基材上，采用回收溶剂蒸汽对纳米纤维层表面进行微溶处理；再采用物理、化学固化技术，将直径在5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构；其中，所述纳米银抗菌胶体的制备方法如下：
（1）按质量百分比，分别将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用；
（2）将络合剂，还原剂、分散剂和保护剂加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解，加入pH调节剂，调节pH为7~10之间；然后加入银盐，溶解完毕后加纯化水至溶液体积为100毫升，升高水温，在40~60摄氏度下密闭静置陈化8~24小时后得到目标物纳米银抗菌胶体，各组份为：
络合剂乙二胺四乙酸二钠 0.1克~10克
还原剂甘油 0.1克~2克
分散剂十二烷基苯磺酸铵 0.1克~5克
保护剂聚乙烯醇1750 0.1克~8克
pH调节剂氨水溶液 调节pH在7~10
柠檬酸银 0.002克~0.4克
纯化水 加至100毫升。
所述无纺布基材为纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布、竹炭纤维无纺布、负离子纳米无纺布中的至少一种，所述基材无纺布的重量为5-30g/m2。
所述纳米纤维层为玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯与聚对苯二甲酸二乙酯材料中的一种或几种组成的纳米纤维膜滤材。
所述回收溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或其组合。
本发明提供一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明还提供一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材在空气净化器中作为滤芯的应用。
一种本发明制备的防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材，既可以过滤PM2.5细微颗粒、花粉等过敏原，又可杀灭微生物、致病菌及其耐药菌等，减少细菌的空气传播途径；具有以下功能：
（1）防护功能：纳米银胶体抗菌层有效杀灭空气中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和白色念珠球菌为代表的化脓性球菌，肠道致病菌，致病性真菌以及相关耐药菌，减少细菌的空气传播途径；
（2）阻隔功能：静电纺纤维层具备卓越的过滤性能，可以高效阻隔PM2 .5、可见灰、汽车尾气、花粉等，对0 .3～10μm颗粒的过滤效率≥90％，阻力压降10～30Pa。
有益效果：
（1） 由于纳米纤维材料纤维直径细、孔径小、比表面积大的优点，使材料在保持高过滤效率的同时，具有较低的阻力压降，从而满足滤材高效低阻的性能要求；
（2）本发明提供的一种纳米银胶体抗菌层，能够有效截留空气中的固体悬浮物、胶体、细菌等，可杀灭微生物、致病菌及其耐药菌等，减少细菌的空气传播途径。
附图说明
图1 为实施例2制备的四合一空气滤材材料场发射扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材及其制备方法，具体制备方法如下：
（1）利用静电纺丝将聚丙烯纤维层沉积在竹炭纤维无纺布上，采用四氢呋喃溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理；
（2）纳米银胶体制备：
1）按质量百分比，将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用。
2）将乙二胺四乙酸二钠，甘油、十二烷基苯磺酸铵溶液和聚乙烯醇1750溶液加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解，随后，加入氨水溶液，调pH约为9；然后加入柠檬酸银，搅拌溶解成均匀透明溶液后，加纯化水至100毫升。
3）升高水温，在40摄氏度下密闭静置陈化8小时后得到目标物纳米银溶液。
（3）采用物理、化学固化技术，将制备的直径5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构。
得到的防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材，包括无纺布基材、纳米纤维过滤层和防霉防菌防病毒功能层，滤材对0.3～10μm颗粒的过滤效率为99.99％，阻力压降30Pa；对常见致病菌（包括但不限于金色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠球菌）15 分钟- 1小时达到灭杀率99%。
实施例2
防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材及其制备方法，具体制备方法如下：
（1）利用静电纺丝将聚丙烯与聚对苯二甲酸二乙酯纤维层沉积在熔喷无纺布上，采用N，N-二甲基甲酰胺溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理；
（2）纳米银胶体制备：
1）按质量百分比，将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用。
2）将乙二胺四乙酸二钠，甘油、十二烷基苯磺酸铵溶液和聚乙烯醇1750溶液加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解。随后加入氨水溶液，调pH约为8；然后加入柠檬酸银，搅拌溶解成均匀透明溶液后，加纯化水至100毫升。
3）升高水温，在40摄氏度下密闭静置陈化8小时后得到目标物纳米银胶体。
（3）采用物理、化学固化技术，将制备的直径5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构。
得到的防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材，如图1制备的四合一空气滤材材料场发射扫描电镜图，包括无纺布基材、纳米纤维过滤层和防霉防菌防病毒功能层，滤材对0.3～10μm颗粒的过滤效率为95％，阻力压降25Pa；对常见致病菌（包括但不限于金色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠球菌）15 分钟-1小时达到灭杀率90%。
实施例3
防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材及其制备方法，具体制备方法如下：
（1）利用静电纺丝将玻璃纤维层沉积在纺粘无纺布上，采用甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇混合溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理；
（2）纳米银胶体制备：
1）按质量百分比，将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用。
2）将乙二胺四乙酸二钠，甘油、十二烷基苯磺酸铵溶液和聚乙烯醇1750溶液加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解。随后加入氨水溶液，调pH约为7.5；然后加入柠檬酸银，搅拌溶解成均匀透明溶液后，加纯化水至100毫升。
3）升高水温，在40摄氏度下密闭静置陈化8小时后得到目标物纳米银胶体。
（3）采用物理、化学固化技术，将制备的直径5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构。
得到的防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材，包括无纺布基材、纳米纤维过滤层和防霉防菌防病毒功能层，滤材对0.3～10μm颗粒的过滤效率为98.8％，阻力压降21P；对常见致病菌（包括但不限于金色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠球菌）15 分钟-1小时达到灭杀率95%。
实施例4
防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材及其制备方法，具体制备方法如下：
（1）利用静电纺丝将聚丙烯纤维层沉积在水刺无纺布上，采用二甲基亚砜溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理；
（2）纳米银胶体制备：
1）按质量百分比，将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用。
2）将乙二胺四乙酸二钠，甘油、十二烷基苯磺酸铵溶液和聚乙烯醇1750溶液加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解。随后加入氨水溶液，调pH约为7.5；然后加入柠檬酸银，搅拌溶解成均匀透明溶液后，加纯化水至100毫升。
3）升高水温，在40摄氏度下密闭静置陈化8小时后得到目标物纳米银胶体。
（3）采用物理、化学固化技术，将制备的直径5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构。
得到的防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材，包括无纺布基材、纳米纤维过滤层和防霉防菌防病毒功能层，滤材对0.3～10μm颗粒的过滤效率为96.4％，阻力压降15Pa；对常见致病菌（包括但不限于金色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠球菌）15 分钟-1小时达到灭杀率80%。
实施例5
防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材及其制备方法，具体制备方法如下：
（1）利用静电纺丝将聚丙烯与聚对苯二甲酸二乙酯纤维层沉积在负离子无纺布上，采用氯仿溶剂蒸汽以一定释放速率对纳米纤维层表面进行微溶处理；
（2）纳米银胶体制备：
1）按质量百分比，将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用。
2）将乙二胺四乙酸二钠，甘油、十二烷基苯磺酸铵溶液和聚乙烯醇1750溶液加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解。随后加入氨水溶液，调pH约为10；然后加入柠檬酸银，搅拌溶解成均匀透明溶液后，加纯化水至100毫升。
3）升高水温，在40摄氏度下密闭静置陈化8小时后得到目标物纳米银胶体。
（3）采用物理、化学固化技术，将制备的直径5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构。
得到的防霉防菌防过敏防病毒四合一空气滤材，包括无纺布基材、纳米纤维过滤层和防霉防菌防病毒功能层，滤材对0.3～10μm颗粒的过滤效率为99.98％，阻力压降30Pa；对常见致病菌（包括但不限于金色葡萄球菌，大肠杆菌和白色念珠球菌）15 分钟-1小时达到灭杀率99%。

Claims (6)

1.一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
先利用静电纺丝将纳米纤维层沉积在无纺布基材上，采用回收溶剂蒸汽对纳米纤维层表面进行微溶处理，得到静电纺纳米纤维膜；然后，采用物理、化学固化技术，将直径在5-20nm的纳米银抗菌胶体涂敷于静电纺纳米纤维膜表面，形成一种网络结构，得到防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材；其中，纳米银抗菌胶体的制备方法如下：
（1）按质量百分比，分别将氨水配制成浓度2%的溶液，十二烷基苯磺酸铵配制成10%的溶液，聚乙烯醇1750配制成5%的溶液备用；
（2）将络合剂，还原剂、分散剂和保护剂加至反应器内，加纯化水至95毫升，搅拌溶解，用pH调节剂调节pH为7~10之间；然后，加入银盐，溶解完毕后加纯化水至溶液体积为100毫升，升高水温，在40~60℃下密闭静置陈化8~24小时后得到目标物纳米银抗菌胶体，各组份为：
络合剂乙二胺四乙酸二钠 0.1克~10克
还原剂甘油 0.1克~2克
分散剂十二烷基苯磺酸铵 0.1克~5克
保护剂聚乙烯醇1750 0.1克~8克
pH调节剂氨水溶液 调节pH在7~10
柠檬酸银 0.002克~0.4克
纯化水 加至100毫升。
2.根据权利要求1所述防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法，其特征在于：所述无纺布为纺粘无纺布、熔喷无纺布、针刺无纺布、水刺无纺布、竹炭纤维无纺布、负离子纳米无纺布中的至少一种，所述无纺布的重量为5-30g/m2。
3.根据权利要求1所述防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法，其特征在于：所述纳米纤维层为玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯与聚对苯二甲酸二乙酯材料中的一种或几种组成的纳米纤维膜滤材。
4.根据权利要求1所述防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材的制备方法，其特征在于：所述回收溶剂为四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或其组合。
5.一种防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材，其特征在于根据权利要求1-4任一所述方法制备得到。
6.一种根据权利要求5所述防霉防菌防过敏防病毒四合一高效空气滤材在空气净化器中作为滤芯的应用。
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