CN111729119A - 一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件及其应用。该具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件包括第一支撑层、第二支撑层、以及设于第一支撑层和第二支撑层之间的功能材料层；其中所述功能材料层包括至少一层有机无机复合铜纤维材料层和至少一层颗粒物过滤层。本发明还提供了一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件在制备空气净化器件中的应用。本发明提供的空气净化组件可同时实现空气净化和杀灭冠状病毒的功能，为口罩、空气净化机以及空气调节器等实现空气净化终端产品的高性能化提供技术手段。

Description

一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件及其应用
技术领域
本发明涉及材料、化工与生命科学交叉技术领域。更具体地，涉及一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件及其应用。
背景技术
2020年新型冠状病毒肺炎疫情期间，如何有效阻隔病毒在人与环境的传播，成为疫情防控的重要课题。
普通百姓佩戴的口罩、室内场所使用的空气净化机以及空气调节器等，均能起到净化空气的作用，该类空气净化制品中，起到滤除病原微生物、粉尘、烟、雾等颗粒物作用的部件，通常是具有多孔结构的纤维材料，通过纤维静电吸附以及纤维排列的微小缝隙，实现对病原体微生物等颗粒的阻隔。然而，由于冠状病毒在高分子聚合物塑料表面可存活2-3天，因此，对于拦截在口罩、空气净化机、空气调节器等终端制品过滤材料表面的冠状病毒，可能会重新脱附并扩散到环境中，给使用人员带来潜在的生物学风险。因此，能够有效杀灭冠状病毒的空气净化材料，可望减少空气净化制品长期使用过程中的病毒积累风险，提供更加安全的空气净化和病毒防护效果。
目前，《新英格兰医学杂志》上发表的一项研究显示，新冠病毒(SARS-CoV-2)在金属铜表面最长可存活4小时，显著小于其它固体表面(如纸板表面最长可存活24小时，在塑料和不锈钢表面最长可存活2-3天)。事实上，铜对细菌微生物的抑制作用，早已引起学术界和产业界的关注。李时珍《本草纲目》中将铜绿(铜与空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气反应生成的绿色碱式碳酸铜，又称铜青)作为一类中药，可用于治疗走马牙疳、口鼻疳疮、杨梅毒疮、臁疮顽癣等细菌感染。现代科学对铜离子抗菌机制提出了多种科学解释，比如，铜能够接受和释放电子从而在Cu+和Cu2+之间转换，可以作为催化剂生成活性氧(ROS)，进而导致对细菌生存至关重要的细胞成分如蛋白质、核酸和脂类(包括细胞膜)的氧化损伤。铜离子也可能会与Zn2+或其他金属离子竞争蛋白质的结合位点，这种错误的结合导致蛋白质构象的改变从而使蛋白质功能紊乱，造成细菌细胞的凋亡。
近年来，通过将金属离子型铜材料与聚合物纤维复合，制备的铜离子纤维材料已被用于毛巾、袜子、内衣、床垫等纺织品。铜纤维能够将富集在该类纺织品表面或渗透到内部的细菌杀灭，起到抗菌、抑菌、杀菌的效果。然而，发明人发现现有技术至少存在以下问题：已有的用于毛巾、袜子等纺织品的铜纤维杀菌材料，难以满足与口罩、空气净化机、空气调节器等空气净化终端制品的集成以及对冠状病毒的高效阻隔和杀伤。在生物学层面，铜纳米纤维可以通过催化生成活性氧或改变蛋白质构象等过程机制，使冠状病毒丧失感染功能。然而，由于冠状病毒的直径一般在0.1μm以内，在口罩、空气净化机、空调等应用场景中，这种小尺寸的病毒颗粒通常是在具有一定速度的情况下，随气流经过铜纤维材料，难以通过沉降、惯性碰撞、拦截、扩散等机械过滤的方式吸附在铜纤维表面，而由于铜离子掺杂，减弱了聚合物纤维的静电吸附能力，导致其对0.1微米颗粒物过滤效率纤维难以满足口罩等空气净化制品对滤材过滤效率的需求。因此，尽管铜纤维制品能够在相对静态使用场景中(如毛巾、内衣、袜子、床垫)对较大尺寸的细菌实现有效吸附和杀伤，但其对于冠状病毒这类超小尺寸微生物的吸附和杀灭受到限制，难以应用在口罩、空气净化机以及空气调节器等空气净化终端产品。
因此，本发明提供了一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件及其应用，以至少解决上述之一的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件。
本发明的另一个目的在于提供一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件的应用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，包括第一支撑层、第二支撑层、以及设于第一支撑层和第二支撑层之间的功能材料层；其中所述功能材料层包括至少一层有机无机复合铜纤维材料层和至少一层颗粒物过滤层。
优选地，所述颗粒物过滤层设于所述有机无机复合铜纤维材料层和所述第一支撑层之间，或者设于所述有机无机复合铜纤维材料层和所述第二支撑层之间。
优选地，所述功能材料层包括多层有机无机复合铜纤维材料层和至少一层颗粒物过滤层。
优选地，所述颗粒物过滤层设于多层有机无机复合铜纤维材料层之间。
优选地，所述有机无机复合铜纤维材料层的层数为两层。
优选地，所述颗粒物过滤层的层数为一层。
优选地，所述功能材料层包括两层有机无机复合铜纤维材料层和设于两层有机无机复合铜纤维材料层之间的一层颗粒物过滤层。
优选地，所述有机无机复合铜纤维材料层中有机无机复合铜纤维材料的纤维平均丝径为0.01～20μm。
优选地，所述有机无机复合铜纤维材料为聚合物和铜通过复合方法制得的复合纤维材料；其中所述复合方法包括纳米母料法、熔体共混法、溶液共混法、喷涂蒸镀法、表面整理法和接枝改性法中的一种或多种；所述聚合物优选聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和棉纤维中的一种或多种。
优选地，所述有机无机复合铜纤维材料中铜的质量分数为0.01～10％。
优选地，所述有机无机复合铜纤维材料层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯复合铜纤维布、聚丙烯复合铜纤维布、聚氨酯复合铜纤维布、聚四氟乙烯复合铜纤维布和棉复合铜纤维布中的一种或多种。
优选地，所述颗粒物过滤层的材料包括聚丙烯熔喷无纺布、聚氨酯纳米纤维膜、聚四氟乙烯纳米纤维膜、聚偏氟乙烯纳米纤维膜、聚丙烯纳米纤维膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维膜中的一种或多种。
优选地，所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料分别包括聚丙烯纤维布、棉纤维布、聚氨酯纤维布、聚偏氟乙烯纤维布和聚四氟乙烯纤维布中的一种或多种。
第二方面，本发明提供一种上述具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件在制备空气净化器件中的应用。
第三方面，本发明提供一种包括上述具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件的空气净化器件。
本发明中所述的空气净化器件包括口罩、空气净化机或空气调节器等。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的空气净化组件可同时实现空气净化和杀灭冠状病毒的功能，为口罩、空气净化机以及空气调节器等实现空气净化终端产品的高性能化提供技术手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明提供的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件结构示意图之一；
图2示出本发明提供的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件结构示意图之一；
图3示出本发明提供的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件结构示意图之一；
图4示出本发明提供的聚对苯二甲酸乙二醇酯复合铜纤维布的扫描电镜图；
其中，1-第一支撑层，2-功能材料层，21-有机无机复合铜纤维材料层，22-颗粒物过滤层，3-第二支撑层。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明中所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得。
针对现有铜离子纤维材料阻隔和杀灭冠状病毒技术的不足，本发明提出一种具有颗粒物过滤层、有机无机复合铜纤维材料层和支撑层的多层功能膜叠压结构组件，作为口罩、空气净化机、空气调节器等制品的滤芯，实现对冠状病毒颗粒物动态环境下的滤除、吸附和杀灭。
一方面，本发明实施例提供一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，如图1，包括：
第一支撑层1，第二支撑层3，以及设于第一支撑层1和第二支撑层3之间的功能材料层2；其中，所述第一支撑层1和第二支撑层3均用于固定空气净化组件的结构，所述功能材料层2具有杀灭冠状病毒和净化空气的功能；
所述功能材料层2包括至少一层有机无机复合铜纤维材料层21和至少一层颗粒物过滤层22；
所述有机无机复合铜纤维材料层21具有灭活新冠病毒以及过滤颗粒物的功能；
所述颗粒物过滤层22具有拦截和/或吸附病毒颗粒物以及其他颗粒物的功能，其对于尺寸为0.055-0.095μm的氯化钠颗粒物在浓度为0.001-200mg/m3气流量条件下的过滤效率为90-99.9％；
有机无机复合铜纤维材料层21和颗粒物过滤层22相互配合，共同作用，不仅杀灭冠状病毒，而且进一步提高了对空气的净化程度。
在本发明某一具体实施方式中，如图1和图2，所述颗粒物过滤层22设于所述有机无机复合铜纤维材料层21和所述第一支撑层1之间，或者设于所述有机无机复合铜纤维材料层21和所述第二支撑层3之间。此外，图1和图2示出的颗粒物过滤层22和有机无机复合铜纤维材料层21均为单层，应当理解的是，颗粒物过滤层22和有机无机复合铜纤维材料层21均可以为单层，也可以为多层，并不因此限制本发明的保护范围。
为进一步增强对冠状病毒的灭杀效果，所述功能材料层2包括多层有机无机复合铜纤维材料层21和至少一层颗粒物过滤层22。本发明经研究证实，设置多层有机无机复合铜纤维材料层对冠状病毒的灭杀效果更优。
在本发明某一具体实施方式中，所述颗粒物过滤层22设于多层有机无机复合铜纤维材料层21之间。应当理解的是，可以是颗粒物过滤层整体设于多层有机无机复合铜纤维材料层中某两层有机无机复合铜纤维材料层之间，也可以是多层颗粒物过滤层与多层有机无机复合铜纤维材料层交替设置。本发明经研究证实，外部空气先通过有机无机复合铜纤维材料层灭杀病毒和颗粒过滤，再经过颗粒物过滤层过滤，然后又通过有机无机复合铜纤维材料层灭杀和过滤，最终的病毒灭杀效果和空气净化效果，与其他方案相比最优。
进一步地，所述有机无机复合铜纤维材料层21的层数为两层。
进一步地，所述颗粒物过滤层22的层数为一层。
综合考虑冠状病毒的杀灭、空气的净化、气闷性和制造成本，作为更优选地的实施方式，如图3，所述功能材料层2包括两层有机无机复合铜纤维材料层21和设于两层有机无机复合铜纤维材料层21之间的一层颗粒物过滤层22。
作为本发明一个优选地实施方式，所述有机无机复合铜纤维材料层中有机无机复合铜纤维材料为掺杂铜元素的有机无机复合纤维材料，其纤维平均丝径为0.01～20μm，其对于尺寸为0.055～0.095μm的氯化钠颗粒物在浓度为0.001～200mg/m3气流量条件下的过滤效率为30～99.9％。
作为本发明一个优选地实施方式，所述有机无机复合铜纤维材料为聚合物和铜通过复合方法制得的复合纤维材料；其中所述复合方法包括纳米母料法、熔体共混法、溶液共混法、喷涂蒸镀法、表面整理法和接枝改性法中的一种或多种；应当理解的是，前述的复合方法可以为常规方法，在此不做赘述。
进一步地，所述聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯和棉纤维中的一种或多种。
此外，经过对杀灭冠状病毒的效果和成本等的分析，所述有机无机复合铜纤维材料中铜的质量分数优选为0.01～10％。
作为本发明一个优选地实施方式，所述有机无机复合铜纤维材料层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯复合铜纤维布、聚丙烯复合铜纤维布、聚氨酯复合铜纤维布、聚四氟乙烯复合铜纤维布和棉复合铜纤维布中的一种或多种。
作为本发明一个优选地实施方式，所述颗粒物过滤层的材料包括聚丙烯熔喷无纺布、聚氨酯纳米纤维膜、聚四氟乙烯纳米纤维膜、聚偏氟乙烯纳米纤维膜、聚丙烯纳米纤维膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维膜中的一种或多种；颗粒物过滤测试结果表明，该类优选材料对粒径0.1微米氯化钠颗粒物过滤效率大于90％，能够有效阻隔颗粒物的传播。
作为本发明一个优选地实施方式，所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料分别包括聚丙烯纤维布、棉纤维布、聚氨酯纤维布、聚偏氟乙烯纤维布和聚四氟乙烯纤维布中的一种或多种，为空气净化组件提供结构支撑。
在本发明某一具体地实施方式中，如图3示出一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件包括第一支撑层1，第二支撑层3，以及设于第一支撑层1和第二支撑层3之间的功能材料层2；其中，所述功能材料层2包括两层有机无机复合铜纤维材料层21和设于两层有机无机复合铜纤维材料层21之间的一层颗粒物过滤层22；
所述颗粒物过滤层22的材料为聚丙烯熔喷无纺布，用作对冠状病毒颗粒物的拦截和吸附；
所述有机无机复合铜纤维材料层21的材料为含铜量约为350mg/m2的聚对苯二甲酸乙二醇酯复合铜纤维布，其扫描电镜图如图4所示，纤维平均丝径为13微米，用作冠状病毒灭活；
所述第一支撑层和第二支撑层分别为聚丙烯纤维膜，具有结构稳定性，为空气净化组件提供结构支撑；
对该具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件进行测试，结果表明其对于尺寸为0.075μm的氯化钠颗粒物在浓度200mg/m3气流量条件下的过滤效率为95％；此外，将其与两类冠状病毒共同孵育1小时，结果表明该具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件对两类冠状病毒(GX_P2V和SARS-CoV-2)的杀灭率均大于99％；为进行对比，将该具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件中的聚对苯二甲酸乙二醇酯复合铜纤维布替换为不含铜元素的纯聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维布，同样将其与两类冠状病毒共同孵育1小时，结果表明对冠状病毒无明显灭杀作用。
第二方面，本发明实施例提供一种上述具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件在制备空气净化器件中的应用。
第三方面，本发明实施例提供一种包括上述具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件的空气净化器件。
本发明实施例中所述的空气净化器件包括口罩、空气净化机或空气调节器等。
综上，本发明中的支撑层为空气净化组件提供结构支撑，具有较高的机械强度和孔隙率；颗粒物过滤层起到对病毒颗粒物拦截、吸附作用；有机无机复合铜纤维材料层主要用于冠状病毒灭活；三种层材料有机结合并应用于口罩、空气净化机以及空气调节器等空气净化终端产品，实现对空气净化和冠状病毒的杀灭。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，包括第一支撑层、第二支撑层、以及设于第一支撑层和第二支撑层之间的功能材料层；其中所述功能材料层包括至少一层有机无机复合铜纤维材料层和至少一层颗粒物过滤层。
2.根据权利要求1所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，所述颗粒物过滤层设于所述有机无机复合铜纤维材料层和所述第一支撑层之间，或者设于所述有机无机复合铜纤维材料层和所述第二支撑层之间。
3.根据权利要求1所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，所述功能材料层包括多层有机无机复合铜纤维材料层和至少一层颗粒物过滤层。
4.根据权利要求3所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，所述颗粒物过滤层设于多层有机无机复合铜纤维材料层之间。
5.根据权利要求1所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，所述功能材料层包括两层有机无机复合铜纤维材料层和设于两层有机无机复合铜纤维材料层之间的一层颗粒物过滤层。
6.根据权利要求1所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，所述有机无机复合铜纤维材料层中有机无机复合铜纤维材料的纤维平均丝径为0.01～20μm；优选地，所述有机无机复合铜纤维材料中铜的质量分数为0.01～10％。
7.根据权利要求1所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件，其特征在于，所述有机无机复合铜纤维材料层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯复合铜纤维布、聚丙烯复合铜纤维布、聚氨酯复合铜纤维布、聚四氟乙烯复合铜纤维布和棉复合铜纤维布中的一种或多种；
优选地，所述颗粒物过滤层的材料包括聚丙烯熔喷无纺布、聚氨酯纳米纤维膜、聚四氟乙烯纳米纤维膜、聚偏氟乙烯纳米纤维膜、聚丙烯纳米纤维膜和聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维膜中的一种或多种；
优选地，所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料分别包括聚丙烯纤维布、棉纤维布、聚氨酯纤维布、聚偏氟乙烯纤维布和聚四氟乙烯纤维布中的一种或多种。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件在制备空气净化器件中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述空气净化器件包括口罩、空气净化机或空气调节器。
10.一种包括如权利要求1～7任一项所述的具有杀灭冠状病毒功能的空气净化组件的空气净化器件。
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