CN111549564A - 一种高过滤性、杀菌的空气滤纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气过滤材料领域，公开了一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；抗菌剂涂覆在滤纸基层上；滤纸基层主要由以下原料制得：龙须草、壳聚糖、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、分散剂、植物纤维素、防水剂、水；抗菌剂主要由以下原料制得：纳米银颗粒、磷酸盐、肉桂醛、丁香酚、儿茶素、植物纤维素、分散剂、润湿剂。该空气滤纸含有玻璃纤维、植物纤维和木质素，制得的空气滤纸过滤性能好，过滤效率达到99.9％，抗菌剂中的抗菌组分纳米银颗粒、肉桂醛、丁香酚、儿茶素，可起到协同抗菌抗病毒的效果，杀菌率可达到99.99％，抗病毒噬菌体的杀病毒率为99.9％，该空气滤纸置于紫外线和通风情况下处理可循环使用。

Description

一种高过滤性、杀菌的空气滤纸及其制备方法
技术领域
本发明属于空气过滤材料领域，特别涉及一种高过滤性、杀菌的空气滤纸及其制备方法。
背景技术
空气滤纸是空气过滤器的核心部分，决定着空气过滤器的性能。空气过滤器在医疗卫生、电子洁净车间、家庭居所、办公地有广泛应用。特别是在医疗卫生领域，不仅要求空气过滤器中的空气滤纸具有高效的过滤颗粒粉尘的作用，还需要有抗菌、抗病毒的作用。特别是一些可通过空气飞沫传播的细菌、病毒，例如在2020年年初爆发的新型冠状病毒。
然而，现有技术中的空气滤纸不仅过滤效率低，而且对细菌、病毒的杀灭效果不佳，使得被过滤下来的颗粒表面的细菌、病毒在空气滤纸上繁殖复制，产生毒素物质，不仅破坏空气滤纸的结构，降低过滤性能，也导致毒素物质随空气进入室内，造成二次污染，严重威胁人的健康。另外，现有的空气滤纸每使用一段时间，需要更换，使用成本大。
因此，希望提供一种新的空气滤纸，该空气滤纸不仅过滤效率高，而且本身对细菌、病毒具有杀灭作用，进一步的，该空气滤纸还可循环使用。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，所述空气滤纸过滤性能达到99.9％，对常见的细菌或病毒具有良好的杀灭效果，另外，本发明制得的空气滤纸每使用15天后，置于紫外线(200-280nm波段，强度不小于75μW/cm2)和通风情况下处理1-2小时，即可循环使用。
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；所述抗菌剂涂覆在滤纸基层上；
所述滤纸基层主要由以下原料制得：龙须草、壳聚糖、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、分散剂、植物纤维素、防水剂、水。
优选的，所述抗菌剂主要由以下原料制得：纳米银颗粒、磷酸盐、肉桂醛、丁香酚、儿茶素、植物纤维素、分散剂、润湿剂。
所述植物纤维素通过以下方法制得：
将植物茎秆磨碎打浆，然后加入蛋白酶和糖化酶，混合，保温静置，然后分离，取沉淀物，研磨，过筛网，获得所述植物纤维素。
具体的，所述植物纤维素通过以下方法制得：
将植物茎秆磨碎打浆，然后加入蛋白酶和糖化酶，混合，保持温度为25-30℃，静置24-48h，然后进行离心分离，转速为2000-2500r/min，离心分离10-30min后取沉淀物，放入研磨机中研磨，过筛网，筛网的目数为250-400目，获得颗粒状的植物纤维素。
优选的，按质量分数计算，所述蛋白酶的加入量为植物茎秆的0.01-1％。
优选的，按质量分数计算，所述糖化酶的加入量为植物茎秆的0.01-1％。
优选的，制备所述滤纸基层的原料还包括消泡剂。
进一步优选的，所述消泡剂选自丁醇、辛醇、硅油或松油的至少一种。
优选的，制备所述抗菌剂的原料还包括纳米ZnO和/或纳米TiO2。
优选的，所述防水剂为硅油类防水剂(含链状结构的聚有机硅氧烷)。
优选的，所述分散剂选自聚氧乙烯、聚丙烯酰胺或硬脂酸锌中的至少一种。
优选的，所述磷酸盐选自磷酸钙、磷酸氢钙、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾中的至少一种。
优选的，所述润湿剂选自聚乙二醇400、聚乙二醇2000或聚乙二醇6000中的至少一种。
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；
所述滤纸基层，按重量份数计，主要由以下原料制得：龙须草5-15份、壳聚糖1-8份、玻璃纤维12-20份、木质素0.2-5份、分散剂0.2-3份、杜仲叶1-3份、植物纤维素20-30份、防水剂0.5-1.5份、水30-80份。
优选的，所述抗菌剂，按重量份数计，主要由以下原料制得：纳米银颗粒0.01-2份、磷酸盐0.5-2.5份、肉桂醛0.1-1份、丁香酚0.1-1份、儿茶素0.1-1份、植物纤维素5-10份、分散剂0.1-1.5份、润湿剂1-5份。
优选的，所述空气滤纸中，所述抗菌剂的质量为滤纸基层的质量的0.1-0.8％。
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取制备滤纸基层的各原料组分，将龙须草、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、植物纤维素和水混合，用纳米分散仪处理，获得混合物A，再向混合物A中加入防水剂、壳聚糖、分散剂，搅拌，获得混合物B，混合物B进行打浆，制得浆料，备用；
(2)称取制备抗菌剂的各原料组分，搅拌混合，制得抗菌剂，备用；
(3)将步骤(1)制得的浆料上网抄造及压榨，制得滤纸基层，然后在滤纸基层上涂覆步骤(2)制得的抗菌剂，固化，即制得所述空气滤纸。
具体的，一种高过滤性、杀菌的空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取制备滤纸基层的各原料组分，将龙须草、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、植物纤维素和水混合，用纳米分散仪处理，获得混合物A，再向混合物A中加入防水剂、壳聚糖、分散剂，搅拌，获得混合物B，进入打浆机中进行打浆，制得浆料，备用；
(2)按配方量称取制备抗菌剂的各原料组分，搅拌混合，搅拌的速度为600-900转/分钟，搅拌10-30分钟，制得抗菌剂，备用；
(3)将步骤(1)制得的浆料按常规条件上网抄造及压榨，制得滤纸基层，然后在滤纸基层上涂覆步骤(2)制得的抗菌剂，抗菌剂的质量为滤纸基层的质量的0.1-0.8％，然后在60-100℃的热风中固化2-5小时，即制得所述空气滤纸。
优选的，步骤(1)中所述纳米分散仪为高压微射流纳米分散仪。
优选的，步骤(1)中加入分散剂的同时也加入消泡剂。
一种空气过滤装置，含有本发明所述的空气滤纸。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述空气滤纸含有玻璃纤维、植物纤维和木质素，制得的空气滤纸过滤性能好，过滤效率达到99.9％。
(2)本发明所述空气滤纸包括滤纸基层和抗菌剂，其中滤纸基层中的壳聚糖和杜仲叶不仅是滤纸基层的构成组分，还具有抗菌的作用，可对空气起到进一步的抗菌、抗病毒的作用，抗菌剂中的抗菌组分纳米银颗粒、肉桂醛、丁香酚、儿茶素，可起到协同抗菌抗病毒的效果，因此制得的空气滤纸抗大肠杆菌的杀菌率可达到99.99％、金黄色葡萄球菌的杀菌率可达到99.99％，抗病毒噬菌体的杀病毒率为99.9％。
(3)本发明所述空气滤纸中滤纸基层含植物纤维素，抗菌剂中也含有植物纤维素，使得滤纸基层能与抗菌剂相容性好，对提高抗菌和过滤性能具有促进作用，且本发明的抗菌剂与滤纸基层之间不用额外使用粘结剂。
(4)本发明制得的空气滤纸不仅含有玻璃纤维，而且还有植物纤维素，且玻璃纤维含量相对于植物纤维素含量少，植物纤维素来源丰富，有利于降低生产成本和循环使用。
(5)本发明制得的空气滤纸每使用15天后，置于紫外线(200-280nm波段，强度不小于75μW/cm2)和通风情况下处理1-2小时，即可循环使用。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
例如高压微射流纳米分散仪由安拓思纳米技术(苏州)有限公司提供，型号为HC-5000。
实施例1：空气滤纸的制备
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；抗菌剂涂覆在滤纸基层上；
滤纸基层，按重量份数计，由以下原料制得：龙须草5份、壳聚糖3份、玻璃纤维15份、木质素1份、聚氧乙烯1份、杜仲叶1份、植物纤维素25份、硅油类防水剂0.8份、水50份；
抗菌剂，按重量份数计，由以下原料制得：纳米银颗粒0.1份、磷酸氢钙0.6份、肉桂醛0.2份、丁香酚0.1份、儿茶素0.1份、植物纤维素5份、聚氧乙烯0.8份、聚乙二醇2000 3份；
植物纤维素通过以下方法制得：
将小麦植物茎秆磨碎打浆，然后加入小麦植物茎秆质量0.05％的蛋白酶和0.05％的糖化酶，混合，保持温度为28℃，静置24h，然后进行离心分离，转速为2500r/min，离心分离20min后取沉淀物，放入研磨机中研磨，过筛网，筛网的目数为300目，获得颗粒状的植物纤维素。
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取制备滤纸基层的各原料组分，将龙须草、玻璃纤维、木质素、杜仲叶和植物纤维素和水混合，用高压微射流纳米分散仪处理，获得混合物A，再向混合物A中加入硅油类防水剂、壳聚糖、聚氧乙烯，获得混合物B，混合物B进入打浆机中进行打浆，制得浆料，备用；
(2)按配方量称取制备抗菌剂的各原料组分，搅拌混合，搅拌的速度为700转/分钟，搅拌20分钟，制得抗菌剂，备用；
(3)将步骤(1)制得的浆料按常规条件上网抄造及压榨，制得滤纸基层，然后在滤纸基层上涂覆步骤(2)制得的抗菌剂，抗菌剂的用量为滤纸基层的0.3％，然后在80℃的热风中固化2.5小时，即制得空气滤纸。
实施例2：空气滤纸的制备
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；
滤纸基层，按重量份数计，由以下原料制得：龙须草8份、壳聚糖5份、玻璃纤维16份、木质素2份、聚丙烯酰胺1.5份、杜仲叶1.5份、植物纤维素28份、硅油类防水剂1份、水65份；
抗菌剂，按重量份数计，由以下原料制得：纳米银颗粒0.2份、磷酸二氢钙2份、肉桂醛0.3份、丁香酚0.5份、儿茶素0.3份、植物纤维素8份、聚丙烯酰胺1.2份、聚乙二醇60002份。
植物纤维素通过以下方法制得：
将玉米植物茎秆磨碎打浆，然后加入玉米植物茎秆质量0.5％的蛋白酶和0.5％的糖化酶，混合，保持温度为30℃，静置26h，然后进行离心分离，转速为2200r/min，离心分离25min后取沉淀物，放入研磨机中研磨，过筛网，筛网的目数为400目，获得颗粒状的植物纤维素。
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取制备滤纸基层的各原料组分，将龙须草、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、植物纤维素和水混合，用高压微射流纳米分散仪处理，获得混合物A，再向混合物A中加入硅油类防水剂、壳聚糖、聚丙烯酰胺，搅拌，获得混合物B，进入打浆机中进行打浆，制得浆料，备用；
(2)按配方量称取制备抗菌剂的各原料组分，搅拌混合，搅拌的速度为800转/分钟，搅拌15分钟，制得抗菌剂，备用；
(3)将步骤(1)制得的浆料按常规条件上网抄造及压榨，制得滤纸基层，然后在滤纸基层上涂覆步骤(2)制得的抗菌剂，抗菌剂的质量为滤纸基层的质量的0.4％，然后在65℃的热风中固化4.5小时，即制得空气滤纸。
实施例3：空气滤纸的制备
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；
滤纸基层，按重量份数计，由以下原料制得：龙须草12份、壳聚糖7份、玻璃纤维12份、木质素4份、聚氧乙烯2.5份、杜仲叶2.5份、植物纤维素28份、硅油类防水剂0.8份、水75份；
抗菌剂，按重量份数计，由以下原料制得：纳米银颗粒0.5份、磷酸钙0.5份、磷酸氢钙份0.5份、肉桂醛0.8份、丁香酚0.2份、儿茶素0.6份、植物纤维素8份、聚氧乙烯1份、聚乙二醇4001.5份、聚乙二醇2000 1.5份。
植物纤维素通过以下方法制得：
将大豆植物茎秆磨碎打浆，然后加入大豆植物茎秆质量0.1％的蛋白酶和0.1％的糖化酶，混合，保持温度为26℃，静置48h，然后进行离心分离，转速为2500r/min，离心分离20min后取沉淀物，放入研磨机中研磨，过筛网，筛网的目数为350目，获得颗粒状的植物纤维素。
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取制备滤纸基层的各原料组分，将龙须草、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、植物纤维素和水混合，用高压微射流纳米分散仪处理，获得混合物A，再向混合物A中加入硅油类防水剂、壳聚糖、聚氧乙烯，搅拌，获得混合物B，进入打浆机中进行打浆，制得浆料，备用；
(2)按配方量称取制备抗菌剂的各原料组分，搅拌混合，搅拌的速度为900转/分钟，搅拌12分钟，制得抗菌剂，备用；
(3)将步骤(1)制得的浆料按常规条件上网抄造及压榨，制得滤纸基层，然后在滤纸基层上涂覆步骤(2)制得的抗菌剂，抗菌剂的质量为滤纸基层的质量的0.6％，然后在75℃的热风中固化3小时，即制得空气滤纸。
实施例4：空气滤纸的制备
与实施例2相比，实施例4中制备滤纸基层的原料还包括消泡剂丁醇0.5份、辛醇0.2份；丁醇和辛醇在步骤(1)中加入分散剂聚丙烯酰胺的同时加入，其余组分和制备过程与实施例2相同。
实施例5：空气滤纸的制备
一种高过滤性、杀菌的空气滤纸，包括滤纸基层和抗菌剂；
滤纸基层，按重量份数计，由以下原料制得：龙须草4份、壳聚糖10份、玻璃纤维8份、木质素8份、聚丙烯酰胺1.5份、杜仲叶0.1份、植物纤维素16份、硅油类防水剂1份、水45份；
抗菌剂，按重量份数计，由以下原料制得：纳米银颗粒0.2份、磷酸二氢钙2份、肉桂醛0.3份、丁香酚0.5份、儿茶素0.3份、植物纤维素8份、聚丙烯酰胺1.2份、聚乙二醇60002份。
植物纤维素的制备过程与空气滤纸的制备过程与实施例2相同。
应用例1：一种空气过滤装置
一种空气过滤装置，含实施例2制得的空气滤纸。
对比例1
与实施例2相比，对比例1中制备滤纸基层的原料不包括植物纤维和木质素，其余组分与制备过程与实施例2相同。
对比例2
与实施例2相比，对比例2中制备抗菌剂的原料不包肉桂醛、丁香酚和儿茶素，其余组分与制备过程与实施例2相同。
产品效果测试
1.过滤性能测试
按照GB/T6165《高效空气过滤器性能试验方法效率与阻力》记载的计数法来检测本发明实施例1-5和对比例1制得的空气滤纸的过滤性能，结果如表1所示。
表1：空气滤纸的过滤性能测试结果
Figure BDA0002467508210000071
从表1可以看出，本发明实施例1-5制得的空气滤纸的过滤效率明显优于对比例1制得的空气滤纸的过滤效果。
2.抗菌、抗病毒检测
检测实施例1-5和对比例2制得的空气滤纸的杀菌，杀病毒的性能。以金黄色葡萄球菌作为革兰氏阳性菌代表，以大肠杆菌作为革兰氏阴性菌代表，以噬菌体(噬菌体无法单独培养，可用大肠杆菌作为噬菌体的宿主进行培养)作为病毒代表；杀灭细菌和病毒检测标准参照美国纺织品协会(AATCC)标准AATCC-100-2004进行，检测结果如表2所示。
表2：杀灭细菌和病毒的检测结果
Figure BDA0002467508210000081
从表2可以看出，本发明实施例1-5制得的空气滤纸的杀菌率和杀病毒率明显高于对比例2制得的空气滤纸的杀菌率和杀病毒率。
3.循环使用
本实施例2制得的空气滤纸使用15天后，至于紫外线(200-280nm波段，强度为77μW/cm2)和通风情况下处理1.5小时，循环使用，其过滤效率为99.89，金黄色葡萄球菌的杀菌率为99.96％，大肠杆菌的杀菌率为99.95％，噬菌体的杀病毒率为99.10％。

Claims (10)

1.一种空气滤纸，其特征在于，包括滤纸基层和抗菌剂；所述抗菌剂涂覆在滤纸基层上；
所述滤纸基层主要由以下原料制得：龙须草、壳聚糖、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、分散剂、植物纤维素、防水剂、水。
2.根据权利要求1所述的空气滤纸，其特征在于，所述抗菌剂主要由以下原料制得：纳米银颗粒、磷酸盐、肉桂醛、丁香酚、儿茶素、植物纤维素、分散剂、润湿剂。
3.根据权利要求1或2所述的空气滤纸，其特征在于，所述植物纤维素通过以下方法制得：将植物茎秆磨碎打浆，然后加入蛋白酶和糖化酶，混合，保温静置，然后分离，取沉淀物，研磨，过筛网，获得所述植物纤维素。
4.根据权利要求1所述的空气滤纸，其特征在于，制备所述滤纸基层的原料还包括消泡剂。
5.根据权利要求1所述的空气滤纸，其特征在于，所述滤纸基层，按重量份数计，主要由以下原料制得：龙须草5-15份、壳聚糖1-8份、玻璃纤维12-20份、木质素0.2-5份、分散剂0.2-3份、杜仲叶1-3份、植物纤维素20-30份、防水剂0.5-1.5份、水30-80份。
6.根据权利要求2所述的空气滤纸，其特征在于，所述抗菌剂，按重量份数计，主要由以下原料制得：纳米银颗粒0.01-2份、磷酸盐0.5-2.5份、肉桂醛0.1-1份、丁香酚0.1-1份、儿茶素0.1-1份、植物纤维素5-10份、分散剂0.1-1.5份、润湿剂1-5份。
7.根据权利要求2所述的空气滤纸，其特征在于，所述空气滤纸中，所述抗菌剂的质量为滤纸基层的质量的0.1-0.8％。
8.一种空气滤纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取制备滤纸基层的各原料组分，将龙须草、玻璃纤维、木质素、杜仲叶、植物纤维素和水混合，用纳米分散仪处理，获得混合物A，再向混合物A中加入防水剂、壳聚糖、分散剂，搅拌，获得混合物B，混合物B进行打浆，制得浆料，备用；
(2)称取制备抗菌剂的各原料组分，搅拌混合，制得抗菌剂，备用；
(3)将步骤(1)制得的浆料上网抄造及压榨，制得滤纸基层，然后在滤纸基层上涂覆步骤(2)制得的抗菌剂，固化，即制得权利要求1-7中任一项所述的空气滤纸。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中加入分散剂的同时加入消泡剂。
10.一种空气过滤装置，其特征在于，含权利要求1-7中任一项所述的空气滤纸。
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