CN112191022A - 一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料及制备方法。本发明提供的制备方法包括：将杀菌助剂和驻极增能助剂的混合物与常规聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒；将改性聚丙烯母粒与常规聚丙烯切片共混熔喷得熔喷过滤材料；将得到的熔喷过滤材料置于静电驻极装置上在线驻极处理。其中杀菌助剂为孟加拉玫瑰红、四苯基卟啉和二氢卟吩e6的混合物，驻极增能助剂为硬脂酸盐。本发明提供的熔喷过滤材料具备优异的过滤效果和杀菌杀毒效果，可有效应用于雾霾天气及相应传染病毒的防护。

Description

一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料及制备方法
技术领域
本发明属于空气过滤材料制备领域，特别涉及一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料及制备方法。
背景技术
2019年底爆发的新型冠状肺炎以惊人的速度席卷全球，严重威胁着人类的生命健康。它主要通过三种方式传播：呼吸道飞沫传播、密切接触传播和长期密闭环境下高浓度气溶胶传播，并且具有很强的交叉感染能力。迄今为止，尚未发现任何特效治疗方案。因此，采取预防与隔离的方法是现今最有效的防护措施，如何制备出高性能的个体防护口罩用熔喷过滤材料是当前急需解决的重要问题。
专利CN103537142A公布了一种针刺静电棉过滤材料，但是制备过程中没有添加有效的增能助剂，因此存在静电吸引效果不佳及一段时间后过滤效率衰减严重的问题。专利CN206534167U公布了一种防雾霾口罩主体材料及口罩，包括针刺静电棉为第一过滤层和驻极熔喷材料为第二过滤层，同样的，制备过程中未添加可以提升驻极效果的增能助剂，也存在一段时间后过滤效率衰减严重的问题。专利CN109794164A公布了一种防护器具、杀菌消毒复合片材及其制造方法，所采用的杀菌消毒催化剂是以粉状形式复合到熔喷非织造布上的，因此仅能起到表面杀菌作用，且存在颗粒脱落导致杀菌消毒效果下降的问题。实用新型CN209883133U公布了一种具有杀菌功能的口罩，包括防水聚丙烯无纺布材料外层、熔喷材料中层、聚丙烯杀菌无纺布材料内层，熔喷材料作为核心过滤层不具备杀菌功能，存在杀菌效果不显著的问题。
总体来说，当前的熔喷过滤材料还很难同时兼顾高过滤效率、高过滤效率稳定性、低过滤阻力以及快速杀菌功能等性能指标要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料及制备方法，本发明提供的熔喷过滤材料具有较高的过滤效率，且具有较好的杀菌效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，所述的熔喷过滤材料包含杀菌助剂和驻极增能助剂；
所述杀菌助剂为孟加拉玫瑰红、四苯基卟啉和二氢卟吩e6的混合物，驻极增能助剂为硬脂酸盐中的一种或几种。
进一步的，所述熔喷过滤材料的纤维直径为1.0～5.0μm，面密度为10～100g/m2，厚度为0.10～1.20mm。
进一步的，所述的杀菌助剂中，按质量百分比，孟加拉玫瑰红为40～60％、四苯基卟啉为10～20％、二氢卟吩e6为30～40％。
进一步的，所述的驻极增能助剂为硬脂酸锌和/或硬脂酸镁。
进一步的，所述的驻极增能助剂为硬脂酸锌和硬脂酸镁的混合物，其中，按质量百分比，硬脂酸锌为60～70％、硬脂酸镁为30～40％。
本发明还提供了一种上述可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料制备方法，包括步骤：
(1)改性聚丙烯母粒的制备：将杀菌助剂和驻极增能助剂的混合物与常规聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒；
(2)熔喷过滤材料制备：将步骤(1)中的制备得到的改性聚丙烯母粒与常规聚丙烯切片共混熔喷得熔喷过滤材料；
(3)驻极：将步骤(2)中制备得到的熔喷过滤材料置于静电驻极装置上在线驻极处理。
进一步的，上述制备方法中，所述步骤(1)中，杀菌助剂、驻极增能助剂和常规聚丙烯切片的质量比为(10～15)：(10～15)：(70～80)。
进一步的，上述制备方法中，所述步骤(2)中，改性聚丙烯母粒与熔喷过滤材料的质量比为(5～10)：100，熔喷条件为：熔喷喷丝板孔径为0.15～0.25mm，熔喷接收距离为10～20cm。
进一步的，所述步骤(3)中，驻极具体为：采用针尖电晕放电，驻极电压为100～150kV，驻极距离为10～15cm，驻极时间为30～60秒，驻极温度为20～25℃，湿度为30～40％。
本发明的有益效果是：
1)本发明的可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料较小的纤维直径和孔径可以拦截小粒径颗粒，起到精过滤的效果，三维多孔网状结构可以为空气分子穿过提供更多的孔径通道，有利于降低过滤阻力以及延缓加载过滤过程中过滤阻力的上升；
2)本发明的可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料中添加的驻极增能助剂能够明显改变电荷存贮性能，有助于提高对微颗粒和细菌等的静电吸引作用和提高过滤效率稳定性；
3)本发明的可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，添加有杀菌助剂，在经太阳光驱动即可快速灭杀细菌，能够在保证高过滤效率的前提下具备快速杀菌功能；
4)本发明的可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，工艺路线简单，工业化推广容易。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
改性聚丙烯母粒的制备：
将100g杀菌助剂和100g驻极增能助剂的混合物与800g常规聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出(该温度可以是在200℃左右轻微浮动)，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒，杀菌助剂占改性聚丙烯母粒质量比为10％，驻极增能助剂占改性聚丙烯母粒质量比为10％；杀菌助剂为45g孟加拉玫瑰红、15g四苯基卟啉和40g二氢卟吩e6的混合物，质量百分数分别为45％、15％和40％；驻极增能助剂为70g硬脂酸锌和30g硬脂酸镁的混合物，质量百分数分别为70％和30％；然后将得到的改性聚丙烯母粒和19000g常规聚丙烯切片混合，混合后作为熔喷过滤材料原料，改性聚丙烯母粒占熔喷过滤材料质量比分别为5％；
熔喷过滤材料制备：通过熔喷装置，制备纤维直径为4.0μm，面密度为15g/m2，厚度为0.15mm的熔喷过滤材料，喷丝板孔径为0.25mm，熔喷接收距离为15cm；
驻极：将制备的熔喷过滤材料置于静电驻极装置上在线驻极处理，其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为100kV，驻极距离为12cm，驻极时间为30秒，驻极温度为20℃，湿度为30％。
采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力，在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤效率为91.25％，过滤阻力为65.66Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为90.16％，过滤阻力为64.68Pa。在流速为95L/min，石蜡油气溶胶质量中值直径在0.33μm时，其过滤效率为89.52％，过滤阻力为66.64Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为88.14％，过滤阻力为63.70Pa。
采用气溶胶发生装置将含有细菌的气溶胶均匀喷洒在熔喷材料表面，使用模拟太阳光照射10min后，将熔喷材料表面细菌洗掉并转移到培养板后进行培养，通过观察培养板上的细菌个数计算抑菌率，不同细菌抑菌率如表1所示。
表1添加杀菌剂前后熔喷材料抑菌率
Figure BDA0002709259310000021
实施例2
改性聚丙烯母粒的制备：将300g杀菌助剂和300g驻极增能助剂的混合物与1900g常规聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出(该温度可以是在200℃左右轻微浮动)，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒，杀菌助剂占改性聚丙烯母粒质量比为12％，驻极增能助剂占改性聚丙烯母粒质量比为12％，杀菌助剂为孟加拉165g玫瑰红、30g四苯基卟啉和105g二氢卟吩e6的混合物，质量百分数分别为55％、10％和35％；驻极增能助剂为195g硬脂酸锌和105g硬脂酸镁的混合物，质量百分数分别为65％和35％；然后将改性聚丙烯母粒和28750g常规聚丙烯切片混合，混合后作为熔喷过滤材料原料，其中，改性聚丙烯母粒占熔喷过滤材料质量比为8％；
熔喷过滤材料制备：通过熔喷装置，将熔喷过滤材料原料制备为纤维直径为2.5μm，面密度为35g/m2，厚度为0.35mm的熔喷过滤材料，喷丝板孔径为0.20mm，熔喷接收距离为12cm；
驻极：将制备的熔喷过滤材料置于静电驻极装置上在线驻极处理，其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为120kV，驻极距离为11cm，驻极时间为45秒，驻极温度为20℃，湿度为35％。
采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力，在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤效率为99.25％，过滤阻力为135.24Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为99.01％，过滤阻力为133.28Pa。在流速为95L/min，石蜡油气溶胶质量中值直径在0.33μm时，其过滤效率为98.65％，过滤阻力为140.14Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为97.88％，过滤阻力为138.18Pa。
采用气溶胶发生装置将含有细菌的气溶胶均匀喷洒在熔喷材料表面，使用模拟太阳光照射10min后，将熔喷材料表面细菌洗掉并转移到培养板后进行培养，通过观察培养板上的细菌个数计算抑菌率，不同细菌抑菌率如表2所示。
表2添加杀菌剂前后熔喷材料抑菌率
Figure BDA0002709259310000031
实施例3
改性聚丙烯母粒的制备：将150g杀菌助剂和150g驻极增能助剂的混合物与700g常规聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出(该温度可以是在200℃左右轻微浮动)，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒，杀菌助剂占改性聚丙烯母粒质量比为15％，驻极增能助剂占改性聚丙烯母粒质量比为15％；杀菌助剂为75g孟加拉玫瑰红、30g四苯基卟啉和45g二氢卟吩e6的混合物，质量百分数分别为50％、20％和30％；驻极增能助剂为90g硬脂酸锌和60g硬脂酸镁的混合物，质量百分数分别为60％和40％；然后将得到的改性聚丙烯母粒和9000g常规聚丙烯切片混合，混合后作为熔喷过滤材料原料，改性聚丙烯母粒占熔喷过滤材料质量比分别为10％；
熔喷过滤材料制备：通过熔喷装置，将熔喷过滤材料原料制备成纤维直径为2.0μm，面密度为70g/m2，厚度为0.70mm的熔喷过滤材料，喷丝板孔径为0.10mm，熔喷接收距离为10cm；
驻极：将制备的熔喷过滤材料置于静电驻极装置上在线驻极处理，其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为150kV，驻极距离为12cm，驻极时间为60秒，驻极温度为22℃，湿度为35％。
采用TSI8130自动滤料测试仪测试所得过滤材料的过滤效率和过滤阻力，在流速为85L/min，氯化钠气溶胶质量中值直径在0.26μm时，其过滤效率为99.99％，过滤阻力为215.60Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为99.85％，过滤阻力为212.66Pa。在流速为95L/min，石蜡油气溶胶质量中值直径在0.33μm时，其过滤效率为99.95％，过滤阻力为237.16Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为99.58％，过滤阻力为233.24Pa。
采用气溶胶发生装置将含有细菌的气溶胶均匀喷洒在熔喷材料表面，使用模拟太阳光照射10min后，将熔喷材料表面细菌洗掉并转移到培养板后进行培养，通过观察培养板上的细菌个数计算抑菌率，不同细菌抑菌率如表3所示。
表3添加杀菌剂前后熔喷材料抑菌率
Figure BDA0002709259310000032
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，其特征在于，所述的熔喷过滤材料包含杀菌助剂和驻极增能助剂；
所述杀菌助剂为孟加拉玫瑰红、四苯基卟啉和二氢卟吩e6的混合物，所述驻极增能助剂为硬脂酸盐中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，其特征在于：所述熔喷过滤材料的纤维直径为1.0～5.0μm，面密度为10～100g/m2，厚度为0.10～1.20mm。
3.根据权利要求1所述的一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，其特征在于：所述的杀菌助剂中，按质量百分比，孟加拉玫瑰红为40～60％、四苯基卟啉为10～20％、二氢卟吩e6为30～40％。
4.根据权利要求1所述的一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，其特征在于：所述的驻极增能助剂为硬脂酸锌和/或硬脂酸镁。
5.根据权利要求1所述的一种可太阳光驱动杀菌的熔喷过滤材料，其特征在于：所述的驻极增能助剂中，按质量百分比，硬脂酸锌为60～70％、硬脂酸镁为30～40％。
6.一种权利要求1-5任一项所述的熔喷过滤材料的制备方法，包括步骤：
(1)改性聚丙烯母粒的制备：将杀菌助剂和驻极增能助剂的混合物与常规聚丙烯切片分别加入造粒机的两个喂料斗，在200℃温度下熔融挤出，经水浴冷却后切割成粒，再经过干燥处理后即得到改性聚丙烯母粒；
(2)熔喷过滤材料制备：将步骤(1)中的制备得到的改性聚丙烯母粒与常规聚丙烯切片共混熔喷得熔喷过滤材料；
(3)驻极：将步骤(2)中制备得到的熔喷过滤材料置于静电驻极装置上在线驻极处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，杀菌助剂、驻极增能助剂和常规聚丙烯切片的质量比为(10～15)：(10～15)：(70～80)。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，改性聚丙烯母粒与熔喷过滤材料的质量比为(5～10)：100，熔喷条件为：熔喷喷丝板孔径为0.15～0.25mm，熔喷接收距离为10～20cm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，驻极具体为：采用针尖电晕放电，驻极电压为100～150kV，驻极距离为10～15cm，驻极时间为30～60秒，驻极温度为20～25℃，湿度为30～40％。
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