CN110819001A - 一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料及其制备方法，过滤材料包含按以下重量百分比的成分，70~90 wt%的等规聚丙烯、3~10 wt%的功能负离子释放材料、3~10 wt%的纳米抗菌剂、2~5 wt%的氧化石墨烯、0.5~5 wt%的阻燃剂及1~3 wt%的分散剂。本发明的过滤材料通过熔融共混挤出，可制备成网状或织物等多种形式，适应于不同环境下空气中污染物的去除，功能负离子释放材料采用压电材料，能够自发地产生负氧离子且不消耗能源、不产生臭氧等二次污染，释放的负氧离子与空气中带正电荷的颗粒物凝聚沉降，可快速去除颗粒物；采用两种以上的阻燃剂复配使用，可提高材料的阻燃性能，采用氧化石墨烯作导电改性剂，既可增强压电材料的负离子释放能力，又可与纳米抗菌剂互补抗菌。

Description

一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气过滤材料，具体涉及一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料及其制备方法。
背景技术
空气净化越来越受到人们的重视，其最明显的体现就是公共建筑的空气净化工程越来越多，空气过滤材料大量用于地铁、医院、酒店、商场等大型综合体。针对空气中颗粒物的净化主要包括物理净化和静电净化两大类，其中，物理净化因其效率高而备受关注，高效空气过滤器(HEPA)是目前使用最广泛的一种颗粒物过滤净化技术，其过滤介质由细微聚合物纤维材料制成，被认为对0.3微米以上颗粒的去除率高达99.97％，其中过滤介质是关系到空气中颗粒物浓度是否达标的关键因素，但现有的HEPA材料不具有抗菌阻燃功能，一方面在实际工作中，因微生物在材质表面的大量聚集，极易腐败引发对人有害的异味释放，另一方面在发生火灾时，作为易燃组份造成火势蔓延，带来二次伤害孔径小、过滤阻力大、制备复杂且不能重复使用，会造成能源浪费和过滤成本增加；高压静电过滤技术因其可使用寿命较长，阻力小且不需频繁更换，近年来使用越来越广泛，其原理是含尘气体经过高压静电场时被电分离，尘粒与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积，静电除尘因其工作中需要较高的电压，常常会有臭氧等衍生污染物产生，同时静电除尘效率受环境温度、湿度影响较大，净化效率不够稳定，实际工作也会由于较高电压出现打火状态，具有一定的火灾隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料及其制备方法，阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料具有较好的抗菌性、阻燃性且压电材料能够自发地产生负氧离子，而且不消耗能源及不产生臭氧等二次污染。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，包含按以下重量百分比的成分，70～90wt％的等规聚丙烯、3～10wt％的功能负离子释放材料、3～10wt％的纳米抗菌剂、2～5wt％的氧化石墨烯、0.5～5 wt％的阻燃剂及1～3wt％的分散剂。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述功能负离子释放材料为压电材料。
进一步地，所述压电材料为改性电气石、改性麦饭石中的一种或两种复合。
所述纳米抗菌剂为纳米银、纳米氧化铜、纳米氧化亚铜中的一种或多种复合。
所述阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺－甲醛树脂、氢氧化铝、二乙基次膦酸钠、磷酸酯、亚磷酸酯中的任意两种及以上复合。
所述分散剂为纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种复合。
一种上述技术方案所述阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)功能负离子释放材料的制备：称500～1000目压电材料放置于三口烧瓶中，加入N，N-二甲基甲酰胺作为溶剂，搅拌加热到30～50℃保持恒温，将甲基丙烯酸酐缓慢滴入到三口烧瓶，压电材料、二甲基甲酰胺、甲基丙烯酸酐的混合比为 1g：100ml：1ml，充分搅拌1.5～4h，然后过滤掉滤液再用酒精淋洗3～5次，之后在50～100℃下烘干即得；
2)阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备：将70～90wt％的等规聚丙烯、 3～10wt％的功能负离子释放材料、3～10wt％的纳米抗菌剂、2～5wt％的氧化石墨烯、0.5～5wt％的阻燃剂及1～3wt％的分散剂组成的混合料加入混料机中，混合料充分混匀后通过熔融共混挤出即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料。
其中，步骤1)中压电材料为改性电气石、改性麦饭石中的一种或两种复合。
其中，步骤2)中混合料充分混匀后加入双螺杆挤出机中，混合料经挤出机挤出后即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，双螺杆挤出机的工作参数为：螺杆转速为50r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区160℃、二区170℃、三区 180℃、四区160℃。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所用压电材料能够自发地产生负氧离子，这些负氧离子与空气中带正电荷的颗粒物凝聚沉降或吸附在材料表面，快速去除空气中的颗粒物；同时本发明所用压电材料是永久性释放负离子的天然矿物材料，与人工获得负离子的方法相比，材料释放负氧离子不消耗能源，不产生臭氧等二次污染；
(2)本发明采用两种以上的阻燃剂复配使用，通过复配配方的协效阻燃作用，大大提高材料的阻燃性能，扩展过滤材料的应用场景；
(3)本发明采用氧化石墨烯作为导电改性剂，可增强压电材料的负离子释放能力，又可与纳米抗菌剂实现抗菌效果互补，可针对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等多种细菌有效杀灭及抑制其滋生繁殖；
(4)本发明的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料通过熔融共混挤出，可制备成纤维、网状、织物、网格等多种形式，适应不同环境下的PM2.5等空气中污染物去除需求，适用范围广。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，包含按以下重量百分比的成分，90wt％的等规聚丙烯为基材，3wt％的改性电气石为功能负离子释放材料、总量为3wt％的纳米氧化铜和纳米氧化亚铜复合材料作为纳米抗菌剂、2wt％的氧化石墨烯为导电改性剂、总量为1wt％的聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺-甲醛树脂复合材料为阻燃剂，1wt％的纤维素衍生物为分散剂。
本实施例所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)改性电气石的制备：称600目电气石粉末放置于三口烧瓶中，加入N， N-二甲基甲酰胺作为溶剂，搅拌加热到50℃保持恒温，将甲基丙烯酸酐缓慢滴入到三口烧瓶，电气石粉末、二甲基甲酰胺(DMF)、甲基丙烯酸酐的混合比为 1g：100ml：1ml，充分搅拌2h，然后过滤掉滤液再用酒精淋洗5次，之后在70℃下烘干即得；
2)阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备：将上述90wt％等规聚丙烯基材、3wt％改性电气石、3wt％纳米抗菌剂(纳米氧化铜和纳米氧化亚铜复合材料)、 2wt％氧化石墨烯、1wt％阻燃剂(聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺-甲醛树脂复合材料)及1wt％纤维素衍生物组成的混合料加入混料机中，混合料充分混匀后加入到双螺杆挤出机中，混合料经挤出机挤出后即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料。
进一步地，步骤2)中双螺杆挤出机的工作参数为：螺杆转速为50r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区160℃。
实施例2
一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，包含按以下重量百分比的成分，70wt％的等规聚丙烯为基材，10wt％的改性麦饭石为功能负离子释放材料、10wt％的纳米银为纳米抗菌剂、3wt％的氧化石墨烯为导电改性剂、总量为5wt％的二乙基次膦酸钠、磷酸酯和亚磷酸酯复合材料为阻燃剂，2wt％的聚丙烯酰胺为分散剂。
本实施例所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)改性麦饭石的制备：称1000目麦饭石粉末放置于三口烧瓶中，加入N， N-二甲基甲酰胺作为溶剂，搅拌加热到40℃保持恒温，将甲基丙烯酸酐缓慢滴入到三口烧瓶，麦饭石粉末、DMF、甲基丙烯酸酐的混合比为1g：100ml：1ml，充分搅拌3h，然后过滤掉滤液再用酒精淋洗4次，之后在90℃下烘干即得；
2)阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备：将上述70wt％的等规聚丙烯基材、10wt％的改性麦饭石、10wt％的纳米银、3wt％氧化石墨烯、5wt％阻燃剂(二乙基次膦酸钠、磷酸酯和亚磷酸酯复合材料)及2wt％的聚丙烯酰胺组成的混合料加入混料机中，混合料充分混匀后加入到双螺杆挤出机中，混合料经挤出机挤出后即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料。
进一步地，步骤2)中双螺杆挤出机的工作参数为：螺杆转速为50r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区160℃。
对比例1
一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，以重量百分比计算，包含以下六种成分：90wt％的等规聚丙烯为基材，3wt％的改性电气石为功能负离子释放材料，总量为3wt％的纳米氧化铜和纳米氧化亚铜复合材料为纳米抗菌剂，2wt％的氧化石墨烯为导电改性剂，1wt％的聚磷酸铵为阻燃剂，同时含有1wt％的纤维素衍生物为分散剂。
本对比例所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
a)改性电气石的制备：称600目电气石粉末放置于三口烧瓶中，加入N，N- 二甲基甲酰胺作为溶剂，搅拌加热到50℃保持恒温，将甲基丙烯酸酐缓慢滴入到三口烧瓶，电气石粉末、DMF、甲基丙烯酸酐的比例为1g：100ml：1ml，充分搅拌2h，然后过滤掉滤液再用酒精淋洗5次，之后在70℃下烘干即得；
b)阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备：按对比例1中各成分重量百分配比，将等规聚丙烯基材、改性电气石、纳米抗菌剂、氧化石墨烯、阻燃剂和分散剂加入混料机中，充分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的工作条件为：螺杆转速为50r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区160℃，混合料经挤出机挤出后即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料。
对比例2
一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，以重量百分比计算，包含以下五种成分：73wt％的等规聚丙烯为基材、10wt％的改性麦饭石为功能负离子释放材料、 10wt％的纳米银为纳米抗菌剂、总量为5wt％的二乙基次膦酸钠、磷酸酯和亚磷酸酯复合材料为阻燃剂及2wt％的聚丙烯酰胺为分散剂。
本对比例所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
a)改性麦饭石的制备：称1000目麦饭石粉末放置于三口烧瓶中，加入N， N-二甲基甲酰胺作为溶剂，搅拌加热到40℃保持恒温，将甲基丙烯酸酐缓慢滴入到三口烧瓶，麦饭石粉末、DMF、甲基丙烯酸酐的比例为1g：100ml：1ml，充分搅拌3h，然后过滤掉滤液再用酒精淋洗4次，之后在90℃下烘干即得；
b)阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备：按对比例2中各成分重量百分配比，将等规聚丙烯基材、改性麦饭石、纳米抗菌剂、阻燃剂和分散剂加入混料机中，充分混合均匀后加入双螺杆挤出机，螺杆转速为50r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区160℃，混合料经挤出机挤出后即得具有负离子释放功能的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料。
性能测试：
将实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中挤出机挤出所得的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料母粒在210℃条件下用注塑机注塑成型为片状，室温下放置24 h进行各项性能测试，测试结果如表1所示，测试标准参考以下：
负离子释放量：采用KEC-900+空气负氧离子测试仪(深圳市万仪科技有限公司)进行测定；
抗菌性能测试：按照GB 21551.2-2010家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能抗菌材料的特殊要求进行测试；
阻燃性能测试：按照UL94可燃性测试标准进行测试。
表1待测样品性能测试结果
样品 阻燃性 抗菌性(大肠杆菌) 负离子(ions/cm<sup>2</sup>)
实施例1 V0 >99.99％ 478.9
实施例2 V0 >99.99％ 951.2
对比例1 V2 >99.99％ 486.3
对比例2 V0 >99.99％ 295.3
表1中V0和V2为可燃性UL94等级，阻燃等级V0相较于V2增强，其中， V0：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭，不能有燃烧物掉下；V2：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在60秒内熄灭，可以有燃烧物掉下。
实施例1与对比例1的区别在于，实施例1中阻燃剂为总量为1wt％的聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺-甲醛树脂复合材料，而对比例1中阻燃剂为1wt％的聚磷酸铵，由表1结果可见，采用两种以上的阻燃剂复配使用，通过复配配方的协效阻燃作用，可大大提高阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的阻燃性能；实施例 2与对比例2的区别在于，对比例2所述阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料不包含氧化石墨烯，其等规聚丙烯相较于实施例2包含的等规聚丙烯(70wt％)多出 3wt％的质量百分比，由表1结果可见，实施例2与对比例2所述阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的负离子含量分别为951.2ions/cm2和295.3ions/cm2，表明采用氧化石墨烯作为导电改性剂，可增强压电材料(改性麦饭石)的负离子释放能力，又可与纳米抗菌剂实现抗菌效果互补，可针对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等多种细菌有效杀灭及抑制其滋生繁殖。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，其特征在于，包含按以下重量百分比的成分，70~90 wt%的等规聚丙烯、3~10 wt%的功能负离子释放材料、3~10 wt%的纳米抗菌剂、2~5wt%的氧化石墨烯、0.5~5 wt%的阻燃剂及1~3 wt%的分散剂。
2.根据权利要求1所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，其特征在于：所述功能负离子释放材料为压电材料。
3.根据权利要求2所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，其特征在于：所述压电材料为改性电气石、改性麦饭石中的一种或两种复合。
4.根据权利要求3所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，其特征在于：所述纳米抗菌剂为纳米银、纳米氧化铜、纳米氧化亚铜中的一种或多种复合。
5.根据权利要求4所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，其特征在于：所述阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺－甲醛树脂、氢氧化铝、二乙基次膦酸钠、磷酸酯、亚磷酸酯中的任意两种及以上复合。
6.根据权利要求5所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，其特征在于：所述分散剂为纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种复合。
7.一种权利要求1-6任一项所述阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）功能负离子释放材料的制备：称500~1000目压电材料放置于三口烧瓶中，加入N，N-二甲基甲酰胺作为溶剂，搅拌加热到30~50℃保持恒温，将甲基丙烯酸酐缓慢滴入到三口烧瓶，压电材料、二甲基甲酰胺、甲基丙烯酸酐的混合比为1 g：100ml：1ml，充分搅拌1.5~4h，然后过滤掉滤液再用酒精淋洗3~5次，之后在50~100℃下烘干即得；
2）阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备：将70~90wt%的等规聚丙烯、3~10wt%的功能负离子释放材料、3~10wt%的纳米抗菌剂、2~5wt%的氧化石墨烯、0.5~5wt%的阻燃剂及1~3wt%的分散剂组成的混合料加入混料机中，混合料充分混匀后通过熔融共混挤出即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料。
8.根据权利要求7所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中压电材料为改性电气石、改性麦饭石中的一种或两种复合。
9.根据权利要求8所述的阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中混合料充分混匀后加入双螺杆挤出机中，混合料经挤出机挤出后即得阻燃抗菌性复合聚丙烯过滤材料，双螺杆挤出机的工作参数为：螺杆转速为50 r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区160℃、二区170℃、三区180℃、四区160℃。
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