CN112191024B

CN112191024B - 一种空气过滤网及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN112191024B
Application number: CN202011024636.1A
Authority: CN
Inventors: 严诚; 刘永如
Original assignee: Foshan Shunde Apollo Air Cleaner Co Ltd
Current assignee: Freudenberg Apollo Filtration Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: CN112191024A; WO2022062618A1

Abstract

本发明实施例涉及一种空气过滤网，滤材附着抗菌组合物，所述抗菌组合物含有质量份抗菌剂1‑15份、多孔载体1‑10份、稳定剂0.1‑5份、表面活性剂0.5‑5份、粘合剂1‑15份；所述抗菌组合物以2～70g/m²的添加量添加到滤材中。该空气过滤网能够抗菌防霉抗病毒并降低异味的作用。

Description

一种空气过滤网及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及空气净化器领域，尤其是涉及一种空气过滤网及其制备方法和用途。

背景技术

为预防疾病的传播，研究者一般以飞沫和空气为媒介，利用过滤材料来防止微生物传播。然而滤材表面富集的细菌病毒依然能保持活性，简单的过滤拦截不足以抑制滤材在重复使用和处置过程中的微生物污染，需要开发快速灭活微生物的滤材。

在空气过滤装置中，增加防止孢子萌发和微生物存活的功能，将有助于降低疾病和过敏反应的风险。抗微生物功能层还可以延长过滤装置的使用寿命。微生物活动缩短了滤网的生命周期，滤网本身因为微生物量的增加而出现毛孔堵塞，气流减少，压降增加。虽然现有的微孔过滤器(例如高效微粒空气过滤器HEPA)具有移除悬浮于空气中微生物的优异性能，但仍然存在不能通过现有过滤器移除或过滤的微生物。同时经过滤器介质过滤的微生物有时会保留在过滤介质表面，继续进行渗透性生长，而没有与净化过的空气一并排出。这样使得过滤器长期使用后，这些微生物因新陈代谢而产生异味，降低了过滤器的空气净化效果，影响用户的使用体验。

目前无纺布纤维用抗菌剂的研究主要集中于有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂。有机抗菌剂包括季铵盐类、卤化物类、异噻唑类、二苯醚类、有机金属和有机氮类化合物等，这些抗菌剂杀菌力强、效果迅速且价格便宜，有一定的毒性，这在很大程度上限制了其应用。无机抗菌剂包括金属、金属离子负载于无机载体(如沸石、二氧化钛、硅胶等)制得的金属离子交换型抗菌剂及以TiO₂为代表的光催化型抗菌剂，其抗菌谱广，但存在抗菌力不强和价格昂贵等问题。天然抗菌剂，包括植物源抗菌剂、动物源抗菌剂和微生物源抗菌剂，其来源广泛，且具有抗菌性强、安全性高、不易产生耐药性和环境友好等优点，因此受到人们的青睐。分子量较小的植物源抗菌剂，对微生物具有较强的抑菌作用，且抗菌谱广；此外，与化学抑菌剂相比，副作用小，残留毒性低。

日本专利文献JP2003290613A公开了添加抗菌防霉抗病毒剂的空气净器，记载了使用有机氮硫系化合物、有机酸酯、咪唑化合物、植物精油等作为防霉剂，使用作为竹提取物的对苯醌衍生物作为抗菌抗病毒剂的例子。日本专利文献JP2004432430公开了一种含有从莎莎莲草中提取化合物的净化装置，这种化合物可能有抗菌抗病毒特性来使微生物失活。上述公开文献中抗菌抗病毒剂通常为植物提取物，但防霉剂依旧为典型的有机防霉剂，存在毒性大、易使人体过敏等缺点。为实现药剂安全性高、不易让微生物产生耐药性和环境友好等目标，研发植物提取物为主要功能成分的抗菌防霉抗病毒为一体的药剂显得更为必要。

发明内容

为解决现有技术中，避免使用典型防霉剂，本发明的目的在于提供一种具有出色安全性的抗菌防霉抗病毒的空气过滤网。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种空气过滤网，滤材附着抗菌组合物，所述抗菌组合物包含抗菌剂、多孔载体、稳定剂、表面活性剂、粘合剂，所述抗菌组合物以2～70g/m²的添加量添加到滤材中。将该滤网进行相关测试，意外发现该滤网具有稳定好，防霉、抗菌效果、抗病毒效果非常好，且该滤网异味抑制效果好。

本发明所述的抗菌组合物包含质量份抗菌剂1-15份、多孔载体1-10份、稳定剂0.1-5份、表面活性剂0.5-5份、粘合剂1-15份。

优选，所述的抗菌组合物是含有质量份抗菌剂2-12份、多孔载体3-8份、稳定剂0.5-3.5份、表面活性剂0.5-3.5份、粘合剂3-12份。

优选，所述的抗菌组合物中不含有典型防霉剂，所述防霉剂包括但不限于有机氮系化合物、硫系化合物、有机酸酯、有机碘系化合物、咪唑化合物。

优选，所述的抗菌组合物通常以2～70g/m²的添加量添加。如果添加量过少，则可能难以得到具有充分的防霉效果。

本发明所述的抗菌剂为pH值为0-9.5植物提取物，优选1-8，更优选2-7的各种有机酸。所述酸易溶于水，提高生物活性。

本发明优选抗菌剂为果酸及其盐，包括但不限于苹果酸、柠檬酸、乳酸、乙醇酸、酒石酸、葡萄糖酸、琥珀酸、富马酸及其盐中一种或多种混合物。本发明特别优选使用柠檬酸和/或酒石酸及其盐。

上述果酸在实际应用中存在释放过快、不易保存和稳定性差等问题。将果酸及其盐负载到无机载体,有望改善上述问题,使抗菌剂缓释更好地发挥抗菌、防霉作用。抗菌防霉能力的高低不仅与抗菌剂本身有关，载体的影响也非常重要。同一种抗菌剂在不同的载体里会表现防霉能力的差异，防霉能力与多孔载体的相关性较大。

本发明上述载体为多孔载体，其包括但不限于天然多孔矿物(如高岭土、蒙脱石、硅藻土、浮石、海泡石等)和人工合成多孔材料(如介孔材料、泡沫材料、活性炭、碳纳米管、硅胶、多孔陶瓷等)。

本发明所述多孔载体的形状没有特别的限定，较佳为粒子状。载体表面积变大，负载量增加。虽然载体平均粒径没有特别的限定，但是其中以偏小为宜。具体而言，载体平均粒径大约为10μm-10mm，较佳为约100μm-5mm。载体的每单位体积之表面积变大，抗菌剂负载量变大。

本发明优选的多孔载体及优选的粒径，成为抗菌剂存在的骨架，实现抗菌剂在本发明新型抗菌防霉抗病毒滤材中的缓释，从而延长抗菌剂使用寿命，扩大抗菌剂的使用范围；抗菌剂载体优选的粒径具有大的孔隙率，这样就扩大了抗菌剂接触表面积，使抗菌剂的抗菌防霉能力大为增加。

本发明所述的硅胶较佳为多孔无定形硅胶，从而更加提升抗菌功能。无定形硅胶种类没有特别的限定，例如天然无定形硅及湿法合成硅等，无定形硅如硅藻土及酸性粘土等，湿法合成硅如沉降法硅石、凝胶法硅石及中孔硅胶等。其中，较佳为细、粗孔硅胶。

本发明所述的介孔材料同其他普通材料相比,其有更大的负载量和更好的缓释效果。高表面积颗粒可能由各种材料形成，包括但不限于介孔硅(氧化硅、二氧化硅)、氧化铝、氧化镁、二氧化钛、氧化铁、氧化锌、氧化铜、聚苯乙烯等有机化合物及其组合。颗粒的表面积可能从50m²/g到约1000m²/g，在一些实施方式中，从约100m²/g到约600m²/g，在一些实施方案中，从约180m²/g到约240m²/g的比表面积可以由BET方法确定。优选介孔硅材料。

本发明所述的稳定剂被用来稳定抗菌组合物中的抗菌剂。所述的稳定剂优选硅油或改性硅油，不仅可以增加抗菌剂的活性，还能增加抗菌剂和粘结剂在水中的分散性，以稳定抗菌剂。

本发明所述表面活性剂选自由环氧烷加成型非离子界面活性剂及其改性离子型表面活性剂中的至少一种非离子界面活性剂。具体而言可选自聚氧亚烷基烷基醚、聚氧亚烷基烷基酚、聚氧亚烷基高级脂肪酸酯、聚氧亚烷基多元醇高级脂肪酸酯、聚氧亚烷基高级脂肪族胺、聚氧亚烷基高级脂肪酰胺及聚氧亚烷基烷基烷醇酰胺及其改性离子表面活性剂中的至少一种。

本发明所述的粘合剂没有特别限定，可以是固体状、粉末状、经树脂乳液化而得的粘合剂树脂或者使其溶于溶剂而得的粘合剂树脂。通过使用粘合剂树脂，从而能够在不受构成加强用无纺布纤维的种类和/或形状等的影响的情况下有效地添加抗菌组合物。作为树脂类粘合剂的具体例，可举出丙烯酸树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、橡胶系弹性体等。

本发明所述的滤材为无纺布。

本发明还提供一种空气过滤网的制备方法，其包括如下步骤：

(1)抗菌组合物溶液的制备：抗菌剂、多孔载体、稳定剂、表面活性剂、粘合剂分散到水中制备得到抗菌组合物溶液；

(2)将滤材浸渍在抗菌组合物溶液中，在20～70℃浸渍1～10秒，干燥即可。

步骤(2)所述的干燥温度25-160℃。优选在150±5℃进行烘干，抗菌组合物更牢固地固定于过滤材料表面。抗菌组合物通常以2～70g/m²的添加量添加。如果添加量过少，则可能难以得到具有充分的防霉效果。添加量过多则滤网经济性降低，且无必要。

本发明的空气过滤网固定于包括但不限于空气净化器、新风系统或消毒机中内部时，可以使无纺布配置在相对于所过滤的风的流动的上游、下游中的任意侧，但由于抗菌改性纤维捕捉灰尘，从能延长抗菌空气滤材寿命和降低微生物异味的角度考虑，优选配置在相对于所过滤的风的流动的上游侧。

本发明的空气过滤网的用途，包括但不限于具有抗菌、防霉、抗病毒并降低异味的用途。

有益效果

本发明所述抗菌组合物中无典型防霉剂成分(例如有机氮系化合物、硫系化合物、有机酸酯、有机碘系化合物、咪唑化合物等)，避免存在毒性大、易使人体过敏等缺点。本发明选择了果酸不仅能够有效抗菌还能够具有防霉的作用。本发明的介孔载体能起到缓释抗菌剂的作用，促进了防霉作用，抑制微生物生长繁殖的作用。与没有介孔载体简单添加了抗菌剂的纤维相比，介孔载体内抗微生物剂成分能在纤维表面缓慢有效地溶出，可体现非常优异的抗微生物效果。本发明含的稳定剂硅油，不仅可以增加抗菌剂的活性，还能增加抗菌剂、介孔载体和粘合剂在水中的分散性，以起到稳定抗菌剂的作用。即便空气过滤网常处于高速气流状态，滤网表面的综合处理也能够防止抗菌组合物的脱落，促进抗菌剂的缓慢释放，滤网表面交联形成的三维结构可降低外界污染物对于抗菌剂的覆盖，因此能够长期发挥抗微生物效果。

根据本发明提供的空气过滤网制备的过滤器介质，以及用所述过滤介质制备的过滤器都具有优异的抗菌抗病毒防霉效果，可以过滤空气中的微生物(包括细菌、真菌和病毒等)，并能抑制过滤的微生物在过滤介质中生长。

具体实施方式

下面结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

表1抗菌组合物配方表

制法：将实施例1-7的抗菌剂、多孔载体、稳定剂、表面活性剂、粘合剂分散到水中制备得到抗菌组合物溶液。将无纺布分别浸泡于实施例1-7任意一项抗菌组合物溶液中，浸泡在25℃浸渍10秒，150℃干燥即可。抗菌组合物以2～30g/m²的添加量。

实施例8

将无纺布分别浸泡于实施例1-7任意一项抗菌组合物溶液中，浸泡在70℃浸渍2秒，100℃干燥即可。抗菌组合物以2～30g/m²的添加量。

实施例9

将无纺布分别浸泡于实施例1-7任意一项抗菌组合物溶液中，浸泡在50℃浸渍5秒，120℃干燥即可。抗菌组合物以2～30g/m²的添加量。

试验例

按照表2中所示的抗菌组合物。把制备好的组合物分别标识为比较例1、比较例2、比较例3和实施例1，并用于制备相应溶液，并且用该液体处理(25℃，浸泡10s,150℃干燥)过滤介质和过滤器。其中比较例1不含多孔载体和抗菌剂，比较例2不含多孔载体，比较例3所含多孔载体为细孔硅材料，实施例1所含为介孔材料为介孔硅材料。

表2比较例与实施例配方表

成分	比较例1	比较例2	比较例3	实施例1
					柠檬酸	0	3％	3％	3％
酒石酸	0	5％	5％	5％
					硅油	2％	2％	2％	2％
聚氧亚烷基烷基醚	1％	1％	1％	1％
					多孔载体	0	0	5％	5％
丙烯酸树脂	5％	5％	5％	5％
					水	92％	84％	79％	79％

测试1：抗细菌实验

根据GB 21551.2-2010中提供的方法以下面的方式进行抗菌试验。

1.所用的细菌菌株

金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CGMCC 1.2910

大肠埃希氏菌(Escherichia coli)CGMCC 1.2463

2.培养基和试剂

营养肉汤培养基

营养琼脂培养基

冰冷生理盐水浓度为0.85％，温度为0℃～4℃

磷酸盐缓冲溶液PBS，0.03mol/L，pH值7.2～7.4.

使用所述每种细菌菌株悬浮液，分析了比较例1-3和实施例1中制备的纤维的细菌生长抑制能力。具体地讲，将比较例1-3和实施例1中配制的各纤维置于装有如上所述配制的营养培养基的培养皿中，并将所述的菌悬液均匀地喷洒在样本和培养基上。然后，将样本和培养基再36-38℃温度下静置培养18～24h。计算提取的细菌培养基中的活细菌数量，并根据以下公式1计算抑菌率。

抑菌率R(％)＝[(B-A)/B]x 100

其中，B表示在培养18小时后空白对照样本中的活细菌的数量，A表示在培养18小时后试验样本中的活细菌的数量。

比较例2、比较例3和实施例1均显示了高于99.9％的抑菌率，可见抗菌剂起到了良好杀菌作用。高于99.9％的抑菌率意味着所述细菌全部被杀死。

表3比较例与实施例抑菌率结果

	抑菌率
		比较例1	0
比较例2	99.99％
		比较例3	99.99％
实施例1	99.99％

测试2：抗真菌试验(抗霉性试验)

根据GB 21551.2-2010附录C方法，用以下方式进行抗真菌试验。对于试验装置，使用了净化台和恒温恒湿箱，而对于试验真菌菌株，使用了以下真菌菌株的混合物：

黑曲霉(Aspergillus niger)AS 3.4463,

球毛壳霉(Chaetomium globosum)AS 3.4254,

土曲霉(Asp.terreus)AS 3.3935,

绳状青霉(Penicillium funiculosum)AS 3.3875,

出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)AS 3.3984,

宛氏拟青霉(Paecilomyces variotii)AS 3.4253。

对于营养培养基，使用了如下表3中示出的组成的培养基。

表3

使用所述五种真菌菌株的混和孢子悬浮液，分析了比较例1-3和实施例1中制备的过滤器的真菌生长抑制能力。将比较例1-3和实施例1中配制的各过滤器置于装有如上所述配制的营养培养基的培养皿中，并将所述的混和孢子悬浮液均匀地喷洒在样本和培养基上。然后，将样本和培养基置于温度为25-28℃、相对湿度大于85％的培育箱中，同时测量真菌生长速率。测量结果在下表中示出。

表4比较例与实施例防霉评估结果

样本	防霉评估等级
		比较例1	4
比较例2	3
		比较例3	2
实施例1	1

<试验结果评价>

0级—不长,即显微镜(放大50倍)下观察未见生长；

1级—痕迹生长,即肉眼可见生长,但生长覆盖面积小于10％；

2级—生长覆盖面积小于30％,但不小于10％(轻度生长)；

3级—生长覆盖面积小于60％,但不小于30％(中度生长)；

4级—生长覆盖面积大于60％至全面覆盖(严重生长)。

表3结果可知，不添加抗菌剂的组合物其防霉效果最差(比较例1)，添加抗菌剂和细孔载体后后防霉效果增强(比较例2和3)。比较3和实施例1对比，本发明选用介孔硅材料要比细孔材料协同抗菌剂的防霉效果好。介孔载体促进了防霉作用，促进了防霉剂抑制微生物生长繁殖的作用。

测试3：空气净化器滤网长期运行测试(滤网异味嗅辨试验)

空气净化器滤网长期运行测试在会议室进行，并且在没有办公室职员行为约束的日常条件下进行了研究。将各三个按比较例1-3和实施例1生产的过滤器安装到相应的空气净化器中，打开净化器，并将风速调节到最大。运行30分钟，并将风速降低到中档。至少有5个嗅辩师参与嗅辩，测试的参与者没有感冒，鼻塞等影响嗅觉的状况，在距排气口上端20厘米处闻气味，并根据气味评估标准对其打分。从表5可见，本发明实施例1负载抗菌剂的介孔硅材料要比细孔硅材料异味抑制效果好。

表5滤网运行气味对比评价

周数	比较例1滤网	比较例2滤网	比较例3滤网	实施例1滤网
					1	1.8	1.6	1.6	1.4
2	2.2	2.0	1.8	1.4
					3	2.6	2.4	2.2	1.6
4	3.2	3.1	2.6	1.4
					5	停止	停止	3.2	1.8
6			停止	1.4
					7				1.8
8				1.8

表6 VDA270气味评价标准

测试4：抗流感病毒实验

细胞：MDCK细胞，由广州市微生物研究所提供

病毒株：流感病毒A/PR8/34H1N1，由广州市微生物研究所提供

试剂：MEM培养基，PBS缓冲液和胎牛血清

细胞毒性实验参考标准ISO 18184-2019及《消毒技术规范》2002版，裁剪测试样品备用，分别评价测试样品及对细胞的毒性。

病毒杀灭实验，实验参考标准ISO 18184-2019及《消毒技术规范》2002版，测试样品与流感病毒悬浮液接触作用60分钟，回收样品检测病毒滴度，实验设置空白对照，倍比稀释上述回收液，将稀释液加入到细胞的培养板上，加入维持培养液继续孵育3～5天，每天观察细胞生长状况。细胞出现变圆和缩小等病变现象时，记录产生细胞病变的情况。根据Reed-Muench公式计算半数感染量TCID。计算样本中病毒滴度和杀灭率。

测试样品浸泡液稀释一定程度后对MDCK细胞基本无毒性作用，生长良好。在本测试设置的实验条件下，测试样品与流感病毒悬浮液接触作用60分钟，测试样品对流感病毒有良好杀灭作用见表7，抗病毒率达到99.99％。

表7实施例1抗菌材料对H1N1病毒的杀灭作用和杀灭负对数值

测试5：抗冠状病毒实验

细胞：Huh7细胞，由广州呼研所医药科技有限公司提供

病毒株：冠状病毒HCoV-229E，由广州呼研所医药科技有限公司提供

试剂：MEM培养基，PBS缓冲液和胎牛血清

病毒杀灭实验，实验参考标准ISO 18184-2019及《消毒技术规范》2002版，测试样品与冠状病毒悬浮液接触作用5和10分钟，回收样品检测病毒滴度，实验设置空白对照，倍比稀释上述回收液，将稀释液加入到细胞的培养板上，加入维持培养液继续孵育3～5天，每天观察细胞生长状况。细胞出现变圆和缩小等病变现象时，记录产生细胞病变的情况。根据Reed-Muench公式计算半数感染量TCID。计算样本中病毒滴度和杀灭率。

测试样品浸泡液稀释一定程度后对Huh7细胞基本无毒性作用，生长良好。在本测试设置的实验条件下，测试样品与冠状病毒悬浮液接触作用5和10分钟，测试样品对冠状病毒有一定杀灭作用见表8-9。

表8实施例1抗菌材料对冠状病毒的杀灭作用和杀灭负对数值

表9实施例1抗菌材料对冠状病毒的杀灭作用和杀灭负对数值

从上述试验结果可看出：根据本发明的抗菌组合物有着优异的抗菌防霉抗病毒性，并且用本发明的抗菌组合物制备的过滤器也有很优异的抗菌抗病毒性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种空气过滤网，滤材附着抗菌组合物，其特征在于：所述抗菌组合物含有质量份抗菌剂1-15份、多孔载体1-10份、稳定剂0.1-5份、表面活性剂0.5-5份、粘合剂1-15份；所述抗菌组合物以2～70g/m²的添加量添加到滤材中；

所述抗菌剂为pH值为2-7植物提取物，所述植物提取物为有机酸，所述有机酸易溶于水；所述抗菌剂为柠檬酸和酒石酸；

所述多孔载体为介孔硅材料；所述的稳定剂为硅油或改性硅油；

所述空气过滤网的制备方法，包括如下步骤：

(2)将滤材浸渍在抗菌组合物溶液中，在20～70℃浸渍1～10秒，干燥即可；所述的干燥温度为150±5℃。

2.根据权利要求1所述的一种空气过滤网，其特征在于：所述的抗菌组合物含有质量份抗菌剂2-12份、多孔载体3-8份、稳定剂0.5-3.5份、表面活性剂0.5-3.5份、粘合剂3-12份。

3.根据权利要求1或2所述的一种空气过滤网，其特征在于：所述的抗菌组合物中不含有典型防霉剂，所述典型防霉剂为有机氮系化合物、硫系化合物、有机酸酯、有机碘系化合物、咪唑化合物。

4.根据权利要求1或2所述的一种空气过滤网，其特征在于：所述表面活性剂选自由环氧烷加成型离子、非离子界面活性剂中的一种或多种；所述粘合剂为树脂类。

5.根据权利要求4所述的一种空气过滤网，其特征在于：所述表面活性剂为聚氧亚烷基烷基醚、聚氧亚烷基烷基酚、聚氧亚烷基高级脂肪酸酯、聚氧亚烷基多元醇高级脂肪酸酯、聚氧亚烷基高级脂肪族胺、聚氧亚烷基高级脂肪酰胺及聚氧亚烷基烷基烷醇酰胺的至少一种；

所述粘合剂为丙烯酸树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、橡胶系弹性体，及其离子型衍生物中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的一种空气过滤网，其特征在于：所述空气过滤网固定于空气净化器、新风系统、消毒机内部时，配置在相对于所过滤的风的流动的上游、下游中的任意侧。

7.根据权利要求6所述的一种空气过滤网，其特征在于：所述空气过滤网配置在相对于所过滤的风的流动的上游侧。

8.根据权利要求1或2所述的一种空气过滤网的用途，其特征在于，具有抗菌、防霉、抗病毒并降低异味的用途。