CN114921873A - 一种空气净化用杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气净化用杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，空气净化材料制备技术领域。包括如下步骤：步骤S1：按质量份数称取原料；步骤S2：加热搅拌均匀得到混合液；步骤S3：制备初步纤维布；步骤S4：高温炭化。本发明提供的炭纤维布复合材料透气性好、厚度薄、强度高和吸附性能好，引入抗病毒材料银和铜，铜擅长于使细菌和病毒表面的蛋白质失活，破坏细菌的细胞壁和细胞膜，破坏病毒的衣壳蛋白，以便于银更容易进入细菌和病毒内部，银擅长于对基因组的DNA和RNA结构发生反应，使相关的活性酶失效，从而达到高效杀菌抗病毒的效果。本发明旨在解决传统的抗菌抗病毒纤维材料透气性能、吸附性能，过滤性能低下，易产生二次污染等技术问题。

Description

一种空气净化用杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法
技术领域
本发明属于环保材料制备技术领域，尤其涉及一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法及应用。
背景技术
我们日常生活中通常会使用84消毒液和酒精含量75%的消毒液来杀菌除病毒。但是酒精的使用环境一定是需要在无明火的情况下，且不适合喷洒使用，而且长期使用对皮肤是有刺激的。至于84消毒液是一定要稀释后才可以使用，并且 84消毒液对皮肤有刺激性，对金属有腐蚀作用，对织物有漂白作用，并且消毒时稍不谨慎，就可能吸入其释放的氯气。大量吸入后会出现咳嗽、胸闷、气促等不良反应，严重的会发生肺炎，肺水肿。
总而言之，这两种目前最常用的消毒手段对日常生活是极为不利的。并且它们都有共同的一个缺点就是时效短，且对人体有害，所以我们才要全面抗菌抑菌抗病毒。为了让抗菌抑菌抗病毒成为我们日常生活的一部分，我们的方法是将抗菌抑菌抗病毒应用在空气净化上。相比于传统抗菌材料通过物理吸附作用，将空气中病毒细菌等危害人体健康的微生物杂质吸附在滤材上，但并未对已吸附的微生物进行灭活，使用一定时间后，会达到饱和状态，此时，若滤料上堆积的有害微生物发生脱附，易造成二次污染，无法达到根本消灭有害物质的目的。为从根本上解决传统抗菌材料无法对病毒细菌等微生物进行有效的灭活处理，易造成脱附，形成二次污染。如CN 110156117 A公开了一种铜银离子杀菌灭藻装置，其利用电化学法产生铜银离子。此装置结构较复杂，在使用过程中必须消耗电能，不易携带、不方便随时随地使用，还容易产生重金属污染。如CN112021340A公开了一种纳米复合杀菌抗病毒材料，通过纳米银和氧化亚铜联合作用，能快速杀灭室外、室内各种空间及物品上的多种细菌、病毒等，但是通过喷洒溶液，但是该方法操作步骤多，能耗大。本发明现提供一种新型杀菌抗毒技术，使用物理吸附材料和抗菌剂材料复合的方式，制成一种高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料，从而在吸附的同时对环境中的有害微生物进行灭活。该技术产物可用于空气净化产品，空调系统，空气循环系统，新风系统等对室内空气进行循环净化的过程，为人们日常生活营造健康环保、安心稳定的室内环境，为此，提出一种空气净化用杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：现有的空气净化器吸附剂对空气中有害微生物的净化效果慢且无法灭活，难以满足快速杀菌消毒的要求，提供了一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，包括如下步骤：
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的：
S1、按质量份数称取树脂颗粒100～200份，正硅酸乙酯5～10份，六次甲基四胺3～5份，丙烯酸甲酯 3～5份，抗UV剂2～5份，天然植物提取抗菌剂2～5份，金属盐3～5份，三重蒸馏水3～5份（水温为15～30℃）；
S2、加热到200～240℃搅拌均匀得到混合液；
S3、加入偶联剂和稳定剂，再将所述混合液进行纺纱上浆，经过平衡、卷绕处理，得到初步纤维布；
S4、再将所得的初步纤维布在氮气氛围下，在700～900℃条件下炭化反应720～1440min，然后冷却至室温得到最终产物，即空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料。
本发明还包括一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，制备得到的空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料，优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料阻力为5～10 pa；
优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料中树脂颗粒为聚氯乙烯树脂和聚丙烯树脂混合；
优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料挺度的天然植物提取抗菌剂为核桃青皮提取液和构树果提取液；
优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的金属盐为硝酸银和硝酸铜混合；
优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料合成用的偶联剂选用硅烷类；稳定剂选用有机锡；
优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料透气性为2324～2904 mm/s，阻力为5～10pa，挺度的伸出长度为16.00～18.00cm，厚度主要分布在0.1～10mm。
优选地，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料对于细菌的1小时去除率为95%～100%。
进一步优选地，空气净化用高纯活性炭材料在降低污染气体中微生物含量上的应用。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的制备方法，通过设置合适的原料比例、反应温度和时间，使空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的比表面积大，吸附效率高，具有微生物灭活物质，且负载更多的吸附材料。吸附效率高，吸附量大，灭活能力强的优点可以使有害微生物得到有效的去除，从而提高其过滤性能。
引入抗病毒材料银和铜，铜擅长于使细菌和病毒表面的蛋白质失活，破坏细菌的细胞壁和细胞膜，破坏病毒的衣壳蛋白，以便于银更容易进入细菌和病毒内部，银擅长于对基因组的DNA和RNA结构发生反应，使相关的活性酶失效，从而达到高效杀菌抗病毒的效果。银铜协同作用，而且纤维经过炭化，其表面分布着大量的微孔孔道，这些孔道的毛细管效应将对细菌和病毒有良好的吸附作用，吸附作用和银铜协同灭杀细菌和病毒，这在空气净化的应用上有着非常重要的作用。
提高吸附剂对有害微生物的灭活能力，因此其除菌消毒能力好、吸附位点多、吸附性能好；
本发明制备的空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料还可应用于其他方面，例如墙布，家具包装纸等物品，可以随时降低区域内的有害微生物，应用广泛，而且制作也极为简单方便，易于操作。
附图说明
图1是空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的制备流程图；
图2是空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的氮气吸脱附曲线图；
图3是空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的孔径分布曲线图；
图4是空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的扫描电镜图；
图5是空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的元素能谱分布图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中空气净化高纯活性炭采取如下的方法进行评价：
有害微生物的去除率：采用改良奎因实验法：本方法将菌落培养在培养皿中，达到符合实验标准的菌落数量后，将碳纤维复合材料加入培养皿中，并加入适量生理盐水浸没复合材料，静置，每间隔20min计算依次菌落数量，直到菌落数量连续几乎不发生变化。
测试设备：A2型二级生物安全柜、恒温振荡培养箱(300r/min)、恒温培养箱、压力蒸汽灭菌锅、电热恒温千烤箱［(0～250)℃］、冷藏冰箱、微波炉(输出功率≥700W) 天平(感量0.001g)
实验仪器：平皿(直径为90mm)、试管(18mmx180mm)、量筒(100mL)、吸管(10mL、5mL、1mL)、酒精灯、试管架等
普通营养肉汤培养基：蛋白胨10g，牛肉膏5g，氯化钠5g，蒸馏水100mL，pH值调至7.2～7.4，高压蒸汽灭菌121℃，20min。
使用Nanosem 430型场发射扫描电子显微镜分析材料的表面结构性质和表面孔道分布。
使用3H-2000PS1型自动氮吸附分析仪测定炭的比表面积和孔容等结构参数。
使用YHKC-2A颗粒强度测定仪测量材料强度。
使用苏净SJPM-F006滤料测试台仪定滤料的透气性和阻力参数。
实施例1
本实施例提供一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的制备方法，空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的制备过程示意图见图1。
制备方法包括如下步骤：
（1）称取原料：
按质量份数称取树脂颗粒100份，正硅酸乙酯5份，六次甲基四胺3份，丙烯酸甲酯3份，抗UV剂2份，天然植物提取抗菌剂2份，硝酸银1份，硝酸铜2份，三重蒸馏水3～5份（25℃）；
（2）混合：
加热到200℃搅拌均匀得到混合液；
（3）制备纤维：
加入偶联剂和稳定剂，再将所述混合液进行纺纱上浆，经过平衡、卷绕处理，得到初步纤维布；
（4）高温炭化：
再将所得的初步纤维布在氮气氛围下，在700℃条件下炭化反应720min，然后冷却至室温得到最终产物，即空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1。
实施例2
本实施例提供一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）称取原料：
按质量份数称取树脂颗粒200份，正硅酸乙酯0份，六次甲基四胺5份，丙烯酸甲酯5份，抗UV剂5份，天然植物提取抗菌剂5份，硝酸银2份，硝酸铜3份，，三重蒸馏水3～5份（25℃）；
（2）混合：
加热到200℃搅拌均匀得到混合液；
（3）制备纤维：
加入偶联剂和稳定剂，再将所述混合液进行纺纱上浆，经过平衡、卷绕处理，得到初步纤维布；
（4）高温炭化：
再将所得的初步纤维布在氮气氛围下，在800℃条件下炭化反应1000min，然后冷却至室温得到最终产物，即空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC2。
实施例3
（1）称取原料：
按质量份数称取树脂颗粒200份，正硅酸乙酯10份，六次甲基四胺5份，丙烯酸甲酯5份，抗UV剂5份，天然植物提取抗菌剂5份，硝酸银3份，硝酸铜2份，，三重蒸馏水3～5份（25℃）；
（2）混合：
加热到240℃搅拌均匀得到混合液；
（3）制备纤维：
加入偶联剂和稳定剂，再将所述混合液进行纺纱上浆，经过平衡、卷绕处理，得到初步纤维布；
（4）高温炭化：
再将所得的初步纤维布在氮气氛围下，在900℃条件下炭化反应1440min，然后冷却至室温得到最终产物，即空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC3。
对制备得到的空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3进行孔结构特征和表面结构性质的表征，以及除菌抗病毒性能测试。
（一）分别测试空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3的氮气吸脱附性能、孔径分布及孔结构参数，氮气吸脱附性能曲线图如图2，孔径分布图如图3，孔结构参数表见表1。
表1 XC1、XC2、XC3的孔结构参数表
Samples D<sub>ap</sub>(nm) S<sub>BET</sub>(m<sup>2 </sup>/g) S<sub>mic</sub>(m<sup>2 </sup>/g) V<sub>t</sub>(cm<sup>3 </sup>/g) V<sub>mic</sub>(cm<sup>3</sup>/g)
XC1 2.94 808.35 737.79 0.55 0.40
XC2 3.48 763.34 688.02 0.59 0.38
XC3 3.34 753.06 678.04 0.56 0.37
其中，Dap(nm)表示平均孔径，单位为nm；SBET(m2/g)表示比表面积，单位为m2/g；Smic(m2/g)表示微孔比表面积，单位为m2/g；Vt(cm3/g)表示总孔容，单位为cm3/g；Vmic(cm3/g)表示微孔孔容，单位为cm3/g。
由图2空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3的氮气吸脱附曲线图，在相对压力下高的情况下，吸附曲线和脱附曲线不再重合，二者出现了明显的滞后环现象，为I型和IV型特征的结合，说明存在一定量的微孔和中孔。
由图3空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3的氮气孔径分布图可以看出微孔、中孔分布，说明空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3同时具备微孔和介孔结构；空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3孔径分布在0～50nm。
（二）空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布XC3扫描电镜图见图4。
由图4空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料QC3的扫描电镜图可知该复合材料为纳米级别的网络分布，炭纤维表面存在着大量的孔道，纳米级别的孔道结构对于细菌和病毒的拦截有着重要作用，这些结构有利于对病毒微生物的有效去除。而且材料表面分布着大量的银铜离子的结合体，铜擅长于使细菌和病毒表面的蛋白质失活，破坏细菌的细胞壁和细胞膜，破坏病毒的衣壳蛋白，以便于银更容易进入细菌和病毒内部，银擅长于对基因组的DNA和RNA结构发生反应，使相关的活性酶失效，从而达到高效杀菌抗病毒的效果。而且纤维经过炭化，其表面分布着大量的微孔孔道，这些孔道的毛细管效应将对细菌和病毒有良好的吸附作用，吸附作用和银铜协同灭杀细菌和病毒，这在空气净化的应用上有着非常重要的作用。
（三）空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布XC3的元素能谱分布图见图5。
由图5空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料QC3的元素能谱分布图可知该复合材料表面均匀分布着银铜结合体，这些银铜结合体对细菌和病毒有很好的灭杀作用。
（四）空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布XC1、XC2、XC3分别测试的除菌率，具体参数表见表2。
空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3的对病毒微生物的去除率表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料XC1、XC2、XC3对病毒有很好的去除率，综合去除率分别为96.9%、98.3%、99.6%。
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 (9)

1.一种空气净化用杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按质量份数称取树脂颗粒100～200份，正硅酸乙酯5～10份，六次甲基四胺3～5份，丙烯酸甲酯3～5份，抗UV剂2～5份，天然植物提取抗菌剂2～5份，金属盐3～5份，三重蒸馏水3～5份；
S2、加热到200～240℃搅拌均匀得到混合液；
S3、加入偶联剂和稳定剂，再将所述混合液进行纺纱上浆，经过平衡、卷绕处理，得到初步纤维布；
S4、再将所得的初步纤维布在氮气氛围下，在700～900℃条件下炭化反应720～1440min，然后冷却至室温得到最终产物，即空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，树脂颗粒为聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂和聚丙烯树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，天然植物提取抗菌剂为核桃青皮提取液和构树果提取液。
4.根据权利要求1所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，金属盐为硝酸银，硝酸铜，硝酸铝，硝酸锌和硝酸钛中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法制备得到的空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料，其特征在于，所述步骤S3中，偶联剂选用硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类中的一种或多种；稳定剂选用金属皂、有机锡、聚乙烯醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，其特征在于：所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料的比表面积为700～900m2/g，孔道分布为中孔和微孔。
7.根据权利要求1所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料对于病毒灭活率为≥99.4％。
8.根据权利要求5所述的一种空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料，其特征在于，所述空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料对于细菌的灭活率为≥99％。
9.一种由权利要求3～7任一项所述的空气净化用高效杀菌抗病毒的炭纤维布复合材料在降低空气中的细菌和病毒含量上的应用。
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