CN112191025A - 一种可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气过滤材料制备领域，公开了一种可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料及制备方法，该个体防护过滤材料为由迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料复合而成的梯度结构；其中迎尘层纺黏材料和精滤层熔喷材料含杀菌助剂，精滤层熔喷材料含驻极增能助剂；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中的一种或几种。本发明提供的可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料，具备优异的过滤效果和杀菌效果，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个体防护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个体防护过滤材料及制备方法。
背景技术
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
本发明所要解决的技术问题是提供一种可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料及制备方法，该个体防护过滤材料经太阳光驱动即可快速灭杀细菌，且具有较高过滤效率。
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个体防护过滤材料，所述的个体防护过滤材料由迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料复合而成；所述的迎尘层纺黏材料和精滤层熔喷材料含杀菌助剂；所述的精滤层熔喷材料含驻极增能助剂；所述的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。
进一步的，所述的个体防护过滤材料的面密度为30～170g/m2，厚度为0.30～2.00mm。
进一步的，所述的个体防护过滤材料为梯度结构，所述迎尘层纺黏材料的纤维直径为1.0～5.0D，面密度为10～40g/m2，厚度为0.10～0.50mm；所述精滤层熔喷材料的纤维直径为1.0～5.0μm，面密度为10～100g/m2，厚度为0.10～1.20mm；所述亲肤层纺黏材料的纤维直径为1.0～3.0D，面密度为10～30g/m2，厚度为 0.10～0.30mm。
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％；所述的增能助剂中，按质量百分比，硬脂酸镁为60～80％、硬脂酸锌为20～40％。
本发明还提供了一种上述个体防护过滤材料的制备方法，包括步骤：
(1)杀菌改性母粒的制备：将杀菌助剂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杀菌改性母粒；
(2)驻极增能改性母粒的制备：将驻极增能助剂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驻极增能改性母粒；
(3)迎尘层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，将所述杀菌改性母粒与常规聚丙烯切片混合后作为原料制备聚丙烯长丝纤维网，再经过热轧加固获得迎尘层纺黏材料；
(4)精滤层熔喷材料制备：将所述杀菌改性母粒、所述驻极增能改性母粒与常规聚丙烯切片混合后，熔喷制得精滤层熔喷材料；
(5)亲肤层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，以常规聚丙烯切片为原料，制备聚丙烯纤维网，再经热轧加固，制备亲肤层纺黏材料；
(6)驻极：将所述迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料分别置于可供三层材料同时静电驻极的驻极装置上驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，得可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料。
进一步的，上述制备方法中，所述杀菌助剂与所述杀菌改性母粒的质量比为(10～15)：100；所述驻极增能助剂与所述驻极增能改性母粒的质量比为(10～15)：100。
进一步的，上述制备方法的步骤(3)中，所述杀菌改性母粒与所述迎尘层纺黏材料的质量比为(5～10)： 100。
进一步的，上述制备方法的步骤(4)中，所述杀菌改性母粒、所述驻极增能改性母粒与所述精滤层熔喷材料的质量比为(5～10)：(5～10)：100。
进一步的，上述制备方法的步骤(4)中，所述熔喷的条件为：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，上述制备方法的步骤(6)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10～20cm，驻极时间为30～60秒，驻极温度为20～25℃，湿度为30～45％。
本发明的有益效果是：
1)本发明的可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料由三层材料复合组成梯度结构，可在高过滤效率同时降低呼吸阻力；
2)本发明的可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料，精滤层熔喷材料添加有驻极增能助剂，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个体防护过滤材料，迎尘层纺黏材料和精滤层熔喷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个体防护过滤材料，工艺路线简单，工业化推广容易。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
杀菌改性母粒的制备：将20g杀菌助剂与180g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200g杀菌改性母粒，杀菌助剂占杀菌改性母粒质量比为10％，杀菌助剂为10g孟加拉玫瑰红、3g四苯基卟啉和7g二氢卟吩e6的混合物，其中孟加拉玫瑰红、四苯基卟啉和二氢卟吩e6的质量百分数分别为50％、15％和35％；然后将200g杀菌改性母粒分成两个等份，分别与常规聚丙烯切片混合，得到迎尘层纺黏材料和精滤层熔喷材料原料，其中，杀菌改性母粒与迎尘层纺黏材料和精滤层熔喷材料的质量比均为5：100。
驻极增能改性母粒的制备：将10g驻极增能助剂与90g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驻极增能改性母粒，驻极增能助剂占驻极增能改性母粒质量比为10％，驻极增能助剂为7g硬脂酸镁和3g硬脂酸锌的混合物，其中硬脂酸镁和硬脂酸锌质量百分数分别为70％和30％；然后将100g驻极增能改性母粒和1900g常规聚丙烯切片混合后作为精滤层熔喷材料原料，驻极增能改性母粒占精滤层熔喷材料质量比为5％；
迎尘层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，制备纤维直径为4.5D，面密度为10g/m2，厚度为0.10mm 的迎尘层纺黏材料；
精滤层熔喷材料制备：通过熔喷装置，制备纤维直径为3.0μm，面密度为20g/m2，厚度为0.20mm的精滤层熔喷材料，喷丝板孔径为0.25mm，熔喷接收距离为15cm；
亲肤层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，制备纤维直径为3.0D，面密度为10g/m2，厚度为0.10mm 的亲肤层纺黏材料；
驻极：将制备的迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料分别置于可供三层材料同时静电驻极的驻极装置上同时驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为100kV，驻极距离为15cm，驻极时间为30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93.66％，过滤阻力为79.38Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为92.45％，过滤阻力为78.40Pa。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91.24％，过滤阻力为83.30Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为89.51％，过滤阻力为82.32Pa。
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实施例1得到的熔喷材料喷涂杀菌剂前后抑菌率
Figure RE-GDA0002781760680000031
实施例2
杀菌改性母粒的制备：将24g杀菌助剂与176g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杀菌改性母粒，杀菌助剂占杀菌改性母粒质量比为12％，杀菌助剂为12g孟加拉玫瑰红、4.8g四苯基卟啉和7.2g二氢卟吩e6的混合物，其中孟加拉玫瑰红、四苯基卟啉和二氢卟吩e6的质量百分数分别为50％、20％和30％；然后将杀菌改性母粒分成两等份后，分别和1150g常规聚丙烯切片混合，得到迎尘层纺黏材料原料和精滤层熔喷材料原料，杀菌改性母粒与迎尘层纺黏材料原料和精滤层熔喷材料原料的质量比均为8％和8％。
驻极增能改性母粒的制备：将12g驻极增能助剂与88g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驻极增能改性母粒，驻极增能助剂占驻极增能改性母粒质量比为12％，驻极增能助剂为9g硬脂酸镁和3g硬脂酸锌的混合物，其中硬脂酸镁和硬脂酸锌质量百分数分别为75％和25％；然后将100g驻极增能改性母粒和1125g常规聚丙烯切片混合后作为精滤层熔喷材料原料，驻极增能改性母粒质量占精滤层熔喷材料质量比为8％；
迎尘层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，制备纤维直径为3.5D，面密度为20g/m2，厚度为0.20mm 的迎尘层纺黏材料；
精滤层熔喷材料制备：通过熔喷装置，制备纤维直径为2.5μm，面密度为40g/m2，厚度为0.40mm的精滤层熔喷材料，喷丝板孔径为0.20mm，熔喷接收距离为12cm；
亲肤层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，制备纤维直径为3.0D，面密度为12g/m2，厚度为0.12mm 的亲肤层纺黏材料；
驻极：将制备的迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料分别置于可供三层材料同时静电驻极的驻极装置上同时驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为120kV，驻极距离为12cm，驻极时间为40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99.56％，过滤阻力为121.52Pa，在70℃环境下处理24 小时以后过滤效率为99.11％，过滤阻力为119.56Pa。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99.15％，过滤阻力为128.38Pa，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为98.69％，过滤阻力为126.42Pa。
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实施例2得到的熔喷材料喷涂杀菌剂前后抑菌率
Figure RE-GDA0002781760680000032
实施例3
杀菌改性母粒的制备：将30g杀菌助剂与170g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杀菌改性母粒，杀菌助剂占杀菌改性母粒质量比为15％，杀菌助剂为12g孟加拉玫瑰红、6g四苯基卟啉和12g二氢卟吩e6的混合物，其中孟加拉玫瑰红、四苯基卟啉和二氢卟吩e6的质量百分数分别为40％、20％和40％，然后将杀菌改性母粒分成两等份，分别和900g常规聚丙烯切片混合，混合后作为迎尘层纺黏材料原料和精滤层熔喷材料原料，杀菌改性母粒与迎尘层纺黏材料原料和精滤层熔喷材料原料的质量比均为10：100。
驻极增能改性母粒的制备：将15g驻极增能助剂与85g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驻极增能改性母粒，驻极增能助剂占驻极增能母粒质量比为15％，驻极增能助剂为12g硬脂酸镁和3g硬脂酸锌的混合物，其中硬脂酸镁和硬脂酸锌质量百分数分别为80％和20％；然后将100g驻极增能改性母粒和900g常规聚丙烯切片混合后作为精滤层熔喷材料原料，驻极增能改性母粒质量占精滤层熔喷材料质量比为10％；
迎尘层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，制备纤维直径为2.5D，面密度为25g/m2，厚度为0.25mm 的迎尘层纺黏材料；
精滤层熔喷材料制备：通过熔喷装置，制备纤维直径为2.0μm，面密度为70g/m2，厚度为0.70mm的精滤层熔喷材料，喷丝板孔径为0.15mm，熔喷接收距离为10cm；
亲肤层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，制备纤维直径为2.0D，面密度为15g/m2，厚度为0.15mm 的亲肤层纺黏材料；
驻极：将制备的迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料分别置于可供三层材料同时静电驻极的驻极装置上同时驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，其中驻极采用针尖电晕放电，驻极电压为150kV，驻极距离为10cm，驻极时间为60秒，驻极温度为24℃，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99.99％，过滤阻力为194.04Pa，在70℃环境下处理24 小时以后过滤效率为99.91％，过滤阻力为192.08Pa。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207.76a，在70℃环境下处理24小时以后过滤效率为99.82％，过滤阻力为205.80Pa。
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实施例3得到的熔喷材料喷涂杀菌剂前后抑菌率
Figure RE-GDA0002781760680000041
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料，其特征在于，所述的个体防护过滤材料由迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料复合而成；
所述的迎尘层纺黏材料和精滤层熔喷材料含杀菌助剂；
所述的精滤层熔喷材料含驻极增能助剂；
所述的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个体防护过滤材料，其特征在于，所述的个体防护过滤材料的面密度为30～170g/m2，厚度为0.30～2.00mm。
3.根据权利要求1所述的一种可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料，其特征在于，所述的个体防护过滤材料为梯度结构，所述迎尘层纺黏材料的纤维直径为1.0～5.0D，面密度为10～40g/m2，厚度为0.10～0.50mm；所述精滤层熔喷材料的纤维直径为1.0～5.0μm，面密度为10～100g/m2，厚度为0.10～1.20mm；所述亲肤层纺黏材料的纤维直径为1.0～3.0D，面密度为10～30g/m2，厚度为0.10～0.30mm。
4.根据权利要求1所述的一种可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料，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％；所述的增能助剂中，按质量百分比，硬脂酸镁为60～80％、硬脂酸锌为20～40％。
5.一种权利要求1-4任一项所述个体防护过滤材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)杀菌改性母粒的制备：将杀菌助剂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杀菌改性母粒；
(2)驻极增能改性母粒的制备：将驻极增能助剂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驻极增能改性母粒；
(3)迎尘层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，将所述杀菌改性母粒与常规聚丙烯切片混合后作为原料制备聚丙烯长丝纤维网，再经过热轧加固获得迎尘层纺黏材料；
(4)精滤层熔喷材料制备：将所述杀菌改性母粒、所述驻极增能改性母粒与常规聚丙烯切片混合后，熔喷制得精滤层熔喷材料；
(5)亲肤层纺黏材料制备：通过聚合物纺黏装置，以常规聚丙烯切片为原料，制备聚丙烯纤维网，再经热轧加固，制备亲肤层纺黏材料；
(6)驻极：将所述迎尘层纺黏材料、精滤层熔喷材料和亲肤层纺黏材料分别置于可供三层材料同时静电驻极的驻极装置上驻极，然后依靠材料之间的静电吸引力在线复合，得可太阳光驱动杀菌的个体防护过滤材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述杀菌助剂与所述杀菌改性母粒的质量比为(10～15)：100；所述驻极增能助剂与所述驻极增能改性母粒的质量比为(10～15)：100。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述杀菌改性母粒与所述迎尘层纺黏材料的质量比为(5～10)：100。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述杀菌改性母粒、所述驻极增能改性母粒与所述精滤层熔喷材料的质量比为(5～10)：(5～10)：100。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述熔喷的条件为：熔喷喷丝板孔径为0.15～0.25mm，熔喷接收距离为10～20cm。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)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10～20cm，驻极时间为30～60秒，驻极温度为20～25℃，湿度为30～45％。
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