CN113430662A

CN113430662A - 抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料及其制备方法

Info

Publication number: CN113430662A
Application number: CN202110781749.4A
Authority: CN
Inventors: 陈利军; 罗平; 刘双全; 杨友辉; 罗俊; 王勇
Original assignee: DONGGUAN YIMAO FILTER MEDIA Ltd
Current assignee: DONGGUAN YIMAO FILTER MEDIA Ltd
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2041-07-09
Also published as: CN113430662B

Abstract

本发明提供了一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料及其制备方法，包括：配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒，然后进行熔喷纺丝，制得熔喷聚丙烯无纺布；对熔喷聚丙烯无纺布进行水驻极处理，得到抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。本发明还在熔喷聚丙烯母粒中添加硬脂酸或通过熔喷气流将硬脂酸和氧化锌喷射至熔喷聚丙烯无纺布表面，利用熔喷气流高温，使得硬脂酸与锌离子或氧化锌反应得到有机驻极剂硬脂酸盐，提高驻极电荷的稳定性；硬脂酸还起到一定熔融粘结作用，提高其强度，最终得到高效低阻、且抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。

Description

抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及空气过滤材料技术领域，尤其涉及一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着时代的进步，人们对环境质量的要求越来越高。但经济的快速发展加剧了环境的污染，空气中的粉尘、化学物质、有害微生物等对人们的健康产生了不良影响。因此，有效控制空气中的有害物质是有待解决的重大问题。

熔喷非织造布是利用熔喷技术制得的纤维直径在1～5微米的随机排列的纤维层，这些纤维的高比表面积及纤维间的微小孔径，能够有效的吸附和拦截微小固体颗粒，因而被广泛的应用于空气过滤和水过滤领域。

然而在对更微小颗粒的吸附与拦截、以及在降低空气阻力方面，熔喷非织造布仍无法实现突破。为了解决这个难题，专利201610389945.6介绍了用热风复合纳米纤维与非织造布；专利201710617365.2介绍了用热压方法复合熔喷无纺布与纳米纤维；专利CN201310036390.3介绍了用热轧技术制备复合结构；专利CN201510605095.4介绍了用聚乙烯醇粘合剂将两层骨架进行粘合；专利CN201610280146.5与专利CN87211872U介绍了用胶黏剂来实现多层结构的复合。上述方法虽均可实现不同层之间的牢固结合，但热风与热压工艺增加了生产流程，改变纤维截面形状，从而影响其过滤与透气，此外，热风与热压工艺会产生能耗；粘合剂的使用会堵塞纤维层孔道结构，降低复合材料过滤材料的过滤与透气性能；以上方法均会对核心纳米纤维层的整体性能产生负面影响。

驻极体空气过滤材料为解决这一难题提供了可能。通过对空气过滤材料进行静电驻极处理，使材料内能够长期储存空间电荷和偶极电荷，利用电荷的静电力作用捕集尘粒等性能，使得驻极体空气过滤材料具有高效、低阻、节能等优点。但现有的驻极体空气过滤材料电荷存储性能一般，驻极体过滤材料在使用及储存过程中，由于空气中存在的水分以及微粒等与驻极体材料直接接触，使得驻极材料中表面电荷逸散加快，从而使驻极效应衰减变快，最终导致滤料过滤效率不稳定。

有鉴于此，有必要设计一种改进的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料及其制备方法，在熔喷聚丙烯母粒中同时添加铜银锌离子抗菌剂，然后对熔喷聚丙烯无纺布进行水驻极处理，得到高效低阻的熔喷材料，铜银锌离子抗菌剂赋予其良好的抗菌抗病毒防霉作用。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒；

S2.将步骤S1所述熔喷聚丙烯母粒熔喷纺丝，制得熔喷聚丙烯无纺布；

S3.对步骤S2所述熔喷聚丙烯无纺布进行水驻极处理，得到抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述熔喷聚丙烯母粒中还包括硬脂酸，用于与所述熔喷聚丙烯母粒中的锌离子在熔喷纺丝过程中形成有机驻极剂硬脂酸锌。

作为本发明的进一步改进，所述硬脂酸与所述铜银锌离子抗菌剂中的锌离子的摩尔比为(0.2～0.8):1。

作为本发明的进一步改进，所述铜银锌离子抗菌剂中的锌离子质量含量为0.01％～0.8％。

作为本发明的进一步改进，所述熔喷聚丙烯母粒中还包括氧化锌。

作为本发明的进一步改进，将硬脂酸和氧化锌混合造粒，然后在步骤S2的熔喷纺丝过程中，将其在熔喷气流的作用下，喷射至所述熔喷聚丙烯无纺布的纤维表面。

作为本发明的进一步改进，所述硬脂酸和氧化锌混合造粒的方法包括：将氧化锌喷入喷雾冷凝装置，将熔融的硬脂酸喷至氧化锌表面，然后快速冷凝，得到硬脂酸和氧化锌混合颗粒。

作为本发明的进一步改进，所述硬脂酸和氧化锌混合颗粒的粒径为1～20μm，所述硬脂酸和氧化锌混合颗粒的添加量为所述熔喷聚丙烯无纺布质量的0.1％～3％。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述水驻极处理的水刺道数为2道，水刺压力为0.2～0.4Mpa，负压2道。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料，采用以上任一项所述的制备方法制备得到。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料，在熔喷聚丙烯母粒中添加硬脂酸或通过熔喷气流将硬脂酸和氧化锌喷射至熔喷聚丙烯无纺布表面，利用熔喷气流高温，使得硬脂酸与锌离子或氧化锌反应得到有机驻极剂硬脂酸盐；然后进行水驻极处理，得到高效驻极过滤材料，在使用过程中，硬脂酸与锌离子或氧化锌还能持续缓慢生成驻极剂硬脂酸锌，从而提高驻极电荷的稳定性；与此同时，硬脂酸还起到一定熔融粘结作用，提高其强度，最终得到高效低阻、且抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。

2.本发明提供的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料，将氧化锌喷入喷雾冷凝装置，将熔融的硬脂酸喷至氧化锌表面，然后快速冷凝，得到硬脂酸和氧化锌混合颗粒。通过此方法，能够提高硬脂酸与氧化锌的复合均匀度，得到小粒径的复合颗粒，减小复合颗粒对聚丙烯无纺布的堵塞，提高其透气性，降低风阻。在熔喷复合时，包覆在氧化锌表面的硬脂酸熔融，并与氧化锌反应生成硬脂酸锌粘附于纤维表面，同时起到粘结和驻极剂作用，一举两得。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供的一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒；熔喷聚丙烯母粒的含量为90～98份，铜银锌离子抗菌剂的含量为1～8份。

金属类抗菌剂分为银离子抗菌剂、锌离子抗菌剂、铜离子抗菌剂、铁离子抗菌剂等。例如，锌离子抗菌剂是无机锌离子复合物为活性成份的广谱抗菌剂，能够缓慢释放锌离子，由于细菌表面带有负电荷，因此带有正电荷的金属离子被吸附在细菌表面，进而破坏其电解质平衡，导致细菌由于细胞壁受损而死亡。同时，金属离子进入细菌内部，与细菌的细胞酶反应并化合，抑制了细胞酶的活性和细菌的繁殖再生，达到杀灭细菌的作用。同时添加铜银锌离子抗菌剂，赋予熔喷聚丙烯无纺布更好地抗菌抗病毒防霉作用。

驻极体纤维通常带有几百至上千伏电压，而纤维的间隙非常小，从而形成了无数个无源电极，电极间电场达几十MV/m甚至更高，等效面电荷密度高达90nC/cm²。因此，驻极体空气过滤材料除原有的机械阻挡作用外，还依靠静电力直接吸引空气中的带电微粒并将其捕获，或诱导空气中的中性微粒产生极性再将其捕获，从而更有效地过滤空气中的亚微米粒子，在不增加空气阻力的情况下显著提高过滤效率。最终得到高效低阻、且抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。

作为改进，在步骤S1中，所述熔喷聚丙烯母粒中还包括硬脂酸。通过添加少量硬脂酸，在熔融纺丝过程中，可与熔喷聚丙烯母粒中的部分锌离子反应得到有机驻极剂硬脂酸锌。由于硬脂酸与锌离子结合得到硬脂酸锌是一个缓慢发生的过程，因此熔喷过滤材料在使用过程中，驻极电荷衰减缓慢，过滤稳定性好，耐久性强。

所述硬脂酸与所述铜银锌离子抗菌剂中的锌离子的摩尔比为(0.2～0.8):1。硬脂酸的含量少于锌离子的含量，目的是保证无纺布中有剩余的锌离子，用于抗菌功能的实现。

所述铜银锌离子抗菌剂中的锌离子质量含量为0.01％～0.8％，铜离子含量为0.01％～0.8％，银离子含量为0.1％～1％。锌离子主要起到防霉作用，铜银离子主要起到抗菌抗病毒防霉作用。

所述熔喷聚丙烯母粒中还包括氧化锌，氧化锌和硬脂酸在熔融纺丝过程中能够反应生成硬脂酸锌，进一步提高驻极效果。氧化锌与硬脂酸的摩尔比为(0.2～1):1。

在另一些实施方式中，本发明将硬脂酸和氧化锌混合造粒，然后在步骤S2的熔喷纺丝过程中，将其在熔喷气流的作用下，喷射至所述熔喷聚丙烯无纺布的纤维表面。在此过程中，硬脂酸和氧化锌的混合颗粒在熔喷气流作用下熔融粘合于纤维表面，提高无纺布的强度；与此同时，硬脂酸和氧化锌反应得到硬脂酸锌，可作为驻极剂，与无纺布摩擦产生驻极电荷，提高驻极性能。在使用过程中，未反应完全的硬脂酸和氧化锌进一步缓慢发生结合，从而提高驻极电荷的耐久性。

所述硬脂酸和氧化锌混合造粒的方法包括：将氧化锌喷入喷雾冷凝装置，将熔融的硬脂酸喷至氧化锌表面，然后快速冷凝，得到硬脂酸和氧化锌混合颗粒。通过此方法，能够提高硬脂酸与氧化锌的复合均匀度，得到小粒径的复合颗粒，减小复合颗粒对聚丙烯无纺布的堵塞，提高其透气性，降低风阻。

所述硬脂酸和氧化锌混合颗粒的粒径为1～20μm，所述硬脂酸和氧化锌混合颗粒的添加量为所述熔喷聚丙烯无纺布质量的0.1％～3％。氧化锌与硬脂酸的摩尔比为(0.2～1):1。

在一些实施方式中，还可以再硬脂酸和氧化锌中添加少量催化剂，以控制反应过程，进而对熔喷材料的过滤性能进行调控。

在步骤S3中，所述水驻极处理的水刺道数为2道，水刺压力为0.2～0.4Mpa，负压2道。

实施例1

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将95份熔喷聚丙烯树脂和5份铜银锌离子抗菌剂混合造粒，配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒；铜银锌离子抗菌剂中，锌离子质量含量为0.5％，铜离子含量为0.5％，银离子含量为0.6％；

S2.将步骤S1所述熔喷聚丙烯母粒进行熔喷纺丝，熔喷气流温度为220℃，制得熔喷聚丙烯无纺布；

S3.对步骤S2所述熔喷聚丙烯无纺布进行水驻极处理(通过高压泵将制备好的高纯水输送到扇形喷嘴，对熔喷聚丙烯无纺布进行水刺喷射)，水驻极处理的水刺道数为2道，水刺压力为0.2～0.4Mpa，负压2道，得到抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。

实施例2

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S1包括：将95份熔喷聚丙烯树脂和5份铜银锌离子抗菌剂以及1份硬脂酸混合造粒，配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒。其他与实施例4大致相同，在此不再赘述。

实施例3

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S1包括：将95份熔喷聚丙烯树脂和5份铜银锌离子抗菌剂以及1份硬脂酸、0.5份氧化锌混合造粒，配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒。其他与实施例4大致相同，在此不再赘述。

实施例4

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S2包括：将硬脂酸和氧化锌混合造粒(将氧化锌喷入喷雾冷凝装置，将熔融的硬脂酸喷至氧化锌表面，然后快速冷凝，得到硬脂酸和氧化锌混合颗粒，氧化锌与硬脂酸的摩尔比为0.5:1)，在熔喷纺丝过程中，将其在熔喷气流的作用下，喷射至所述熔喷聚丙烯无纺布的纤维表面。硬脂酸和氧化锌混合颗粒的添加量为熔喷聚丙烯无纺布质量的1％。其他与实施例4大致相同，在此不再赘述。

实施例5-6

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例4相比，不同之处在于，氧化锌与硬脂酸的摩尔比分别为0.1:1和1:1。其他与实施例4大致相同，在此不再赘述。

对比例1

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例4相比，直接将硬脂酸锌喷射至聚丙烯无纺布表面。其他与实施例4大致相同，在此不再赘述。

对比例2

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例2相比，直接在聚丙烯母粒中添加硬脂酸锌。其他与实施例2大致相同，在此不再赘述。

对比例3

一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，与实施例3相比，直接在聚丙烯母粒中添加硬脂酸锌。其他与实施例3大致相同，在此不再赘述。

根据ASTM G 21-15合成高分子材料防霉性的测定测试防霉等级；根据ISO 18184:2019(E)测试抗病毒性能(甲型流感病毒H3N2)；根据GB/T20944.3-2008振荡法测试抗菌性能。

本发明试验例中聚丙烯无纺布的克重为45g/m²。

表1实施例1-6及对比例1-3的性能测试结果

表2本发明制备的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的抗病毒测试结果

表3本发明制备的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的抗菌测试结果

表4本发明制备的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的防霉等级测试结果

*检测菌种：巴西曲霉ATCC 9642，绳状青霉ATCC 11797，球毛壳霉ATCC 6205，绿色木霉ATCC 9645，出芽短梗霉ATCC 15233。

根据ASTM G 21-15抗真菌性的测定，样品表面观察到的霉菌生长情况评价如下：

0级-不生长；

1-痕迹生长(小于10％)；

2-轻微生长(10-30％)；

3-中度生长(30-60％)；

4-严重生长(60％-全面覆盖)；

该结果由放大倍数为(50X)的显微镜进行观察确认。

从表1中实施例1可以看出，本发明通过在聚丙烯母粒中添加铜银锌离子抗菌剂，并对其进行水驻极处理，能够得到高抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料，过滤效率高达98％以上，风阻低至3.5Pa。结合实施例2和3可以看出，在聚丙烯母粒中添加了硬脂酸后，抑菌率略有降低，但初始过滤效率以及过滤效率稳定性显著提高，说明硬脂酸的加入，能够与聚丙烯母粒中的锌离子缓慢反应生成驻极剂硬脂酸锌，从而减缓电荷衰减；与此同时，锌离子减少，因此抑菌率有所下降。同时添加硬脂酸和氧化锌时，抑菌率基本无降低，而且过滤效率和稳定性进一步提高。从实施例4可以看出，在聚丙烯纤维表面通过熔喷复合一层硬脂酸和氧化锌混合颗粒时，过滤效率和稳定性相比实施例3也有所提高，但风阻略有增大，这可能是因为硬脂酸、氧化锌以及生成的硬脂酸锌对无纺布孔隙率有一定的降低作用。结合实施例5-6可以看出，硬脂酸和氧化锌的配比对过滤效率和风阻有影响，氧化锌过少时，过滤效率降低，风阻增大，这可能是因为过多的硬脂酸高温熔融粘结，使得孔隙率进一步降低，实验表明无纺布强度有所增大。从对比例1-3可以看出，如果直接喷射复合硬脂酸锌或直接在母粒中添加硬脂酸锌，对比例1初始过滤效率与实施例4相当，对比例2与实施例2相当，对比例3与实施例3相当，但4个月后过滤效率下降显著，说明通过硬脂酸和氧化锌缓慢反应有助于提高过滤效率稳定性。

综上所述，本发明提供的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料，在熔喷聚丙烯母粒中添加硬脂酸或通过熔喷气流将硬脂酸和氧化锌喷射至熔喷聚丙烯无纺布表面，利用熔喷气流高温，使得硬脂酸与锌离子或氧化锌反应得到有机驻极剂硬脂酸盐；然后进行水驻极处理，得到高效驻极过滤材料，在使用过程中，硬脂酸与锌离子或氧化锌还能持续缓慢生成驻极剂硬脂酸锌，从而提高驻极电荷的稳定性；与此同时，硬脂酸还起到一定熔融粘结作用，提高其强度，最终得到高效低阻、且抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.配制同时包含铜银锌离子抗菌剂的熔喷聚丙烯母粒；

2.根据权利要求1所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述熔喷聚丙烯母粒中还包括硬脂酸，用于与所述熔喷聚丙烯母粒中的锌离子在熔喷纺丝过程中形成有机驻极剂硬脂酸锌。

3.根据权利要求2所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸与所述铜银锌离子抗菌剂中的锌离子的摩尔比为(0.2～0.8):1。

4.根据权利要求3所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述铜银锌离子抗菌剂中的锌离子质量含量为0.01％～0.8％。

5.根据权利要求2所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述熔喷聚丙烯母粒中还包括氧化锌。

6.根据权利要求1所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，将硬脂酸和氧化锌混合造粒，然后在步骤S2的熔喷纺丝过程中，将其在熔喷气流的作用下，喷射至所述熔喷聚丙烯无纺布的纤维表面。

7.根据权利要求6所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸和氧化锌混合造粒的方法包括：将氧化锌喷入喷雾冷凝装置，将熔融的硬脂酸喷至氧化锌表面，然后快速冷凝，得到硬脂酸和氧化锌混合颗粒。

8.根据权利要求7所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸和氧化锌混合颗粒的粒径为1～20μm，所述硬脂酸和氧化锌混合颗粒的添加量为所述熔喷聚丙烯无纺布质量的0.1％～3％。

9.根据权利要求6所述的抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述水驻极处理的水刺道数为2道，水刺压力为0.2～0.4Mpa，负压2道。

10.一种抗菌防霉抗病毒熔喷过滤材料，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备得到。