CN115369692A - 一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料及其制备方法。(1)将不同纤维分别分散得到相应的浆料，所述不同纤维包括玻璃纤维、合成纤维、抗菌纤维；(2)将步骤(1)得到的浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料，加入湿强剂；(3)将步骤(2)得到的加入湿强剂后的混合浆料抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水和烘干，制备得到高效空气过滤原纸；(4)将高效空气过滤原纸浸渍于结构型抗菌功能增强树脂乳液，压榨后烘干，得到所述具有持久抗菌防霉功能高效空气过滤材料。本发明制备的高效空气过滤材料具有良好的过滤性能和强度性能，并且具有优良的长效抗菌防霉功能，适用于空调、暖通、新风系统、空气净化器等空气过滤领域。

Description

一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及造纸及过滤材料技术领域，具体涉及一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
现代人们大部分时间是在室内环境中度过，而室内空气质量较差，含有的粉尘和固体颗粒物等污染物会成为对人类健康造成危害。目前基本是通过净化器的高效过滤材料进行室内空气净化来保障室内空气质量，然而，在一定温湿度条件下，过滤器过滤粉尘过程中，势必会导致细菌的滋生繁殖。此外，空气也含有细菌、病毒和真菌等生物气凝胶，人们对抗菌材料具有广泛需求。因此，具有较高过滤效率和精度，并具有杀菌、杀病毒的过滤材料更符合人类健康的需求。目前高效空气过滤材料主要有造纸方法制备的玻璃纤维过滤材料、熔喷非织造材料、静电纺丝过滤材料等。其中，玻璃纤维过滤材料因其工艺简单、生产成本低、过滤效率高，且具有耐腐蚀、耐热等众多优点而被广泛应用。
一些研究将抗菌剂通过物理方法固定在玻璃纤维上，得到负载抗菌剂的玻璃纤维空气过滤材料。如专利CN108978350A《一种抗菌玻璃纤维空气滤纸及其制备方法》首先将玻璃纤维与聚四氟乙烯和二甲基亚砜混抄制备玻璃纤维空气滤纸，然后将抗菌剂纳米银离子与粘合剂混合液喷涂在滤纸上得到抗菌玻纤空气过滤材料。专利CN106223121A《一种持久抗菌玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法》通过在玻璃纤维上负载石墨烯以及阴离子的方法获得玻纤纤维过滤纸。专利CN106245423A《一种抗菌玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法》制备得到负载银和二氧化钛的抗菌玻璃纤维，并用不同直径抗菌玻璃纤维混抄得到抗菌玻璃纤维滤纸。专利CN105862516A《含碳纳米材料的玻璃纤维空气过滤纸及其制备方法》将纳米材料分散液和玻璃纤维材料分散液混合均匀，送至成型器上抽吸后得成型湿纸，再施胶、干燥，制备得到抗菌滤纸。但上述方法所得抗菌空气过滤材料中的抗菌剂不易分散均匀，且在后续加工或使用过程中容易流失，抗菌效果不持久。为解决此问题，一些研究应用化学改性方法在玻璃纤维上引入抗菌基团。如专利CN110052083A《一种抗菌玻璃纤维过滤膜及其制备方法》以玻璃纤维滤纸为基材，采用雾化分散原位接枝聚合技术，在玻璃纤维上偶联接枝了有机硅季铵盐基团，得到了对细菌和真菌都具有优异抗菌性能的空气过滤材料。这种方法虽然理论上可以解决抗菌性能长效性的问题，但实际上，由于玻璃纤维之间结合力较弱，滤纸强度性能较差，无法满足滤材加工与应用性能的要求。因此，玻纤材料一般需要通过树脂增强进行处理，而增强树脂会包裹在滤材纤维表面，使得大部分纤维表面被增强树脂覆盖，从而阻碍了原本接枝到纤维表面的抗菌剂发挥作用，导致抗菌性能大大下降或丧失。也有研究通过将抗菌剂与增强树脂复配后，将湿滤纸基材以浸渍的方式同时负载抗菌物质和增强树脂来达到强度增强和抗菌的目的，如专利CN104532683A《一种抗菌防霉玻璃纤维复合空气过滤纸及其制备方法》将季铵盐、季鏻盐、有机锡、卤代胺、胍盐、壳聚糖或锌纳米颗粒中一种或多种抗菌组合物和丙烯酸树脂和聚乙酸乙烯酯混合胶粘剂直接混合，然后喷涂在玻璃纤维滤纸表面，但是该方法同样存在使用过程中，抗菌剂慢慢迁移析出，造成失效或环境污染的问题。因此，具有持久抗菌防霉的过滤材料仍有待开发。
如果能够通过化学键结合的方法，将具有抗菌功能的物质结合在增强树脂上从而得到结构型的抗菌增强树脂，除了能够满足玻璃纤维滤材的加工应用要求以外，还能够赋予滤材持久的抗菌性能。而在众多的抗菌材料中，季鏻盐抗菌材料具有抗菌活性高，性能稳定，无毒，不易产生耐药性等众多优点，如果将具有抗菌功能的季鏻盐基团引入增强树脂高分子链结构中，并应用于空气过滤材料，具有更加安全有效，绿色健康的优点，且更加符合人类健康的需求，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料及其制备方法，以克服上述目前产品存在的缺陷。
本发明提供的具有持久性抗菌防霉功能的高效空气过滤材料，由玻璃纤维、抗菌纤维、合成纤维混合抄造得到高效空气过滤原纸，其中抗菌纤维作为原料之一本身可以赋予滤材一定的抗菌功能，过滤原纸再经过季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液乳液浸渍后即可制备得到所述具有抗菌防霉功能的空气过滤材料，即下文所述的抗菌过滤材料。本发明制备的高效空气过滤材料具有良好的过滤性能和强度性能，并且具有优良的长效抗菌防霉功能，适用于空调、暖通、新风系统、空气净化器等空气过滤领域。
上述方法具有以下几方面优点：首先，通过季鏻盐改性增强树脂乳液浸渍后处理能够大大提高滤纸的强度性能以满足加工与应用要求。其次，经过增强处理后的滤材不会出现明显的堵孔现象，保持滤材优良的孔隙结构，从而保证滤材的过滤性能。最后，由于实现抗菌功能的树脂以及纤维不存在迁移或析出的问题，因此具有持久的抗菌功能，并且季鏻盐抗菌材料具有抗菌活性高、无毒、绿色环保等优点。
为达到上述目的，本发明至少采用如下之一的技术方案。
一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将不同纤维分别分散得到相应的浆料，所述不同纤维的组成及配比包括：玻璃纤维(80-95wt％)，抗菌纤维(0-15wt％)，合成纤维(5-20wt％)；所述玻璃纤维的分散液需要通过酸将pH调节至2.5-3.5范围内；
(2)将步骤(1)不同纤维得到的浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料，然后加入湿强剂；
(3)将步骤(2)得到的加入湿强剂后的混合浆料抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水，在100-120℃下烘干，制备得到高效空气过滤原纸；
(4)将高效空气过滤原纸浸渍于结构型抗菌功能增强树脂乳液，压榨后在100-120℃烘干，固化后得到所述具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。
优选地，步骤(1)所述玻璃纤维为不同直径的玻璃纤维组成，其中直径小于300nm的玻璃纤维占玻璃纤维总量的30-70wt％，直径在300nm至1μm范围的玻璃纤维占玻璃纤维总量的20-40wt％，直径在1μm至8μm范围的玻璃纤维占玻璃纤维总量的10-30wt％；所述玻璃纤维长度为3-9mm。
进一步优选地，步骤(1)所述玻璃纤维的含量为85-92wt％；所述玻璃纤维中的直径小于300nm的玻璃纤维占50-70wt％，直径在300nm至1μm范围的玻璃纤维占20-30wt％，直径1μm至8μm的玻璃纤维占10-20wt％。
优选地，步骤(1)所述抗菌纤维可为竹纤维、碳纤维、银纤维和铜纤维等的一种或多种复合；所述抗菌纤维的直径小于15μm，长度为3-9mm。
进一步优选地，步骤(1)所述抗菌纤维的含量为5-10wt％；所述抗菌纤维选自铜纤维和碳纤维。
优选地，步骤(1)所述合成纤维选自维纶(聚乙烯醇纤维)、涤纶(聚酯纤维)、锦纶(聚酰胺纤维)、或皮芯结构的双熔点纤维中一种或多种混合；所述合成纤维的直径小于 15μm，长度为3-9mm。
进一步优选地，步骤(1)所述合成纤维的含量为10-15wt％，更优选地，所述的合成纤维为聚乙烯醇纤维或皮芯结构双熔点纤维。
优选地，步骤(1)所述各浆料的浓度均为0.03-0.08wt％。
进一步优选地，步骤(1)所述各浆料的浓度均为0.04-0.06wt％。
优选地，步骤(2)所述湿强剂选自聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)、阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)、三聚氰胺-甲醛树脂(MF树脂)、脲-甲醛树脂(UF树脂)中的一种或多种。
优选地，步骤(4)所述结构型抗菌功能增强树脂乳液为高分子链结构季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液，它是由丙烯酸单体与具有抗菌功能的季鏻盐单体通过常规使用的阳离子与非离子表面活性剂复配作为乳化剂体系，以常规使用的阳离子引发剂作为引发剂体系，通过常规的乳液聚合法即可制备得到。
所述季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中季鏻盐单体的质量含量为5.0-25.0wt％；所述的季鏻盐单体一端含有不饱和双键，一端含有季鏻盐基团，具体结构如下：
Figure BDA0003821619470000041
其中，R0为H或者甲基，R1，R2，R3为C3-C18的烷烃或苯基，X为Cl、Br、I，n为[3，18] 中的任意整数。
优选地，所述季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中，季鏻盐单体结构中的R0为甲基， R1，R2，R3为C6-C12的烷基或苯基，n为[3，16]中的任意整数，X为Cl或Br。
优选地，季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中季鏻盐单体的质量含量为10-20wt％。
优选地，步骤(4)所述结构型抗菌功能增强树脂乳液的上胶量占原纸质量的5-15wt％。
优选地，步骤(4)所述结构型抗菌功能增强树脂乳液的上胶量占原纸质量的5.0-10.0wt％。
一种由上述制备方法制得的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。
本发明利用空气过滤材料的原料之一的抗菌纤维从而使得过滤原纸具有部分抗菌防霉功能，更主要的是通过季鏻盐抗菌功能单体改性增强树脂对原纸进行增强作用，在进一步满足过滤材料的加工与应用性能的同时，达到高效杀死细菌等微生物的效果，赋予高效空气材料优良的抗菌性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明方法制备得到的高效空气过滤材料能够保持良好的过滤性能和强度性能，并且结构型抗菌功能增强树脂乳液中的季鏻盐基团和纤维组成中的抗菌纤维能够共同赋予过滤材料优良的抗菌防霉性能，同时季鏻盐单体是通过化学键结合到材料中，不会迁移析出，因此具有持久长效的抗菌功能。
(2)本发明方法制备得到的高效空气过滤原纸经季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液浸渍后仍能够保持滤材优良的孔隙结构，不会对滤材的过滤性能造成负面影响，因此可以赋予滤材在过滤性能方面更多的结构设计空间。
(3)本发明方法制备得到的持久抗菌防霉高效空气过滤材料具有结构稳定、耐水洗的特性。并且由于本发明所使用的含季鏻盐基团的改性丙烯酸树脂乳液具有抗菌活性高，性能稳定，与一般的氧化还原剂以及酸、碱不发生反应，无毒性，不易产生耐药性，能够满足环保和健康要求，因此本发明所制备的抗菌过滤材料更加安全有效，绿色健康，符合人类健康的需求。
附图说明
图1为本发明所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的工艺流程示意图。
图2为实施例1-4和对比例1-2所制备的过滤原纸的SEM图。
图3为实施例1-4和对比例1-2所制备的过滤材料施胶后的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进一步作详细描述。本技术领域人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
表1.实施例1-4与对比例1-2的配方表
Figure BDA0003821619470000051
实施例1
本例制备了一种具有抗菌防霉功能的高效空气过滤材料，具体配方见表1，工艺流程如 1所示，通过如下步骤制备得到：
(1)将玻璃纤维分散在水中得到浆料A，将抗菌纤维分散在水中得到浆料B，所属抗菌纤维为碳纤维；将合成纤维分散在水中得到浆料C，所述合成纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维，各纤维浆料浓度均为0.05wt％；
(2)将步骤(1)得到的三种浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料D，加入湿强剂MF树脂，混合浆料D送至斜网纸基抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水，105℃下烘干，制备得到高效空气过滤原纸；设计原纸的定量为100g/m2；
(3)参考《含季鏻盐结构的甲基丙烯酸酯聚合物抗菌剂的合成及其在抗菌ABS塑料中的应用研究》(曾伟振.含季鏻盐结构的甲基丙烯酸酯聚合物抗菌剂的合成及其在抗菌ABS塑料中的应用研究[D].广州：华南理工大学，2019)正文中的合成方法改变原料，合成季鏻盐单体-甲基丙烯酰氧丙基三苯基溴化鏻。合成的具体步骤为：(1)首先称取0.180mol 的3-溴-1-丙醇、0.189mol的三乙胺和100mL二氯甲烷，加入250mL的三口烧瓶中，搅拌溶解后置于冰水浴中，然后称取与三乙胺等量的甲基丙烯酰氯逐滴滴加到烧瓶中进行反应，滴加完毕后继续反应1h，然后升温至25℃反应24h。反应结束后，旋蒸除去二氯甲烷，以乙酸乙酯和石油醚混合物(体积比1∶10)作为流动相采用柱色谱法提纯所得浓缩液，收集洗脱出的产物甲基丙烯酸溴代丙基酯，旋蒸，真空干燥；(2)将0.121mol制备的甲基丙烯酸溴代丙基酯、100mL乙腈、0.145mol的三苯基膦和0.315g阻聚剂对苯二酚加入250mL单口烧瓶中，80℃的恒温搅拌反应72h后，静置冷却过滤除去未反应的三苯基膦，旋蒸除去乙腈，然后用乙酸乙酯和无水乙醇依次洗脱浓缩液，收集无水乙醇洗脱下的溶液，旋蒸并真空干燥，即可得到季鏻盐单体-甲基丙烯酰氧丙基三苯基溴化鏻。
然后参考《阳离子含氟核壳苯丙乳液聚合的制备和表征》(徐桂龙，文秀芳，皮丕辉，郑大锋，程江，杨卓如.阳离子含氟核壳苯丙乳液聚合的制备和表征[J].高校化学工程学报，2011， 25(04)：670-675)正文中的制备方法，改变原料种类为季鏻盐单体和丙烯酸类单体，制备季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液。具体合成步骤如下：(1)在装有搅拌器、温度计、冷凝管和恒压滴液漏斗的250mL的四口烧瓶中加入水50.00g、0.20g阳离子乳化剂和0.20g非离子型乳化剂，搅拌溶解后升温至70℃后待用；(2)将剩余的0.25g阳离子乳化剂和0.25g非离子型乳化剂溶解于25.00g水中，高速搅拌下加入季鏻盐单体和丙烯酸类单体溶液形成单体预乳化液；(3)将20wt％的预乳化液和20wt％的引发剂溶液加入到反应釜中反应1h，形成种子乳液；(4)最后将剩余的预乳化液与引发剂溶液缓慢同步滴加到反应釜中，滴加时间约为2h。滴加结束后，继续保温反应2h，降温过滤出料。
(4)将步骤(2)制备的高效空气过滤原纸浸渍于季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂增强乳液，压榨后在105℃烘干，固化后制备得到所述具有耐水性持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中，季鏻盐单体含量为20wt％，所制备抗菌过滤材料的上胶量为5wt％。所用季鏻盐单体的结构为：
Figure BDA0003821619470000071
实施例1所得过滤材料的基本性能和抗菌性能分别如表2和表3所示，原纸和浸渍树脂后的过滤材料形貌分别如图2和图3所示(比例尺为50μm)。从表2中可以看出，经过季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液增强后，抗张强度性能明显提高。对比图2和图3，没有出现明显的堵孔现象，过滤材料能够保持优良的孔隙结构，透气度的保持率高达96％左右，从而保持原纸优良的过滤性能。
实施例2
本例制备了一种具有抗菌防霉功能的高效空气过滤材料，具体配方见表1，工艺流程如 1所示，通过如下步骤制备得到：
(1)将玻璃纤维分散在水中得到浆料A，将抗菌纤维分散在水中得到浆料B，所属抗菌纤维为碳纤维；将合成纤维分散在水中得到浆料C，所述合成纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维，各纤维浆料浓度均为0.04wt％；
(2)将步骤(1)得到的三种浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料D，加入湿强剂UF树脂，混合浆料D送至斜网纸基抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水，105℃下烘干，制备得到高效空气过滤原纸；设计原纸的定量为100g/m2；
(3)季鏻盐单体的合成步骤与实施例1基本相同，区别在于将甲基丙烯酰氯替换为丙烯酰氯，3-溴-1-丙醇替换为6-氯正己醇，三苯基膦替换为三己基膦，合成的季鏻盐单体为丙烯酰氧己基三己基氯化鏻。
季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液的制备过程与实施例1基本相同，区别在于步骤中所用季鏻盐单体为丙烯酰氧己基三己基氯化鏻。
(4)将步骤(2)制备的高效空气过滤原纸浸渍于季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂增强乳液，压榨后在105℃烘干，固化后制备得到所述具有耐水性持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中，季鏻盐单体含量为15wt％，所制备抗菌过滤材料的上胶量为8wt％。所用季鏻盐单体的结构为：
Figure BDA0003821619470000081
实施例2所得过滤材料的基本性能和抗菌性能分别如表2和表3所示，原纸和浸渍树脂后的过滤材料形貌分别如图2和图3所示(比例尺为50μm)。从表2中可以看出，经过季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液增强后，抗张强度性能明显提高。对比图2和图3，没有出现明显的堵孔现象，过滤材料能够保持优良的孔隙结构，透气度的保持率高达94％左右，从而保持原纸优良的过滤性能。
实施例3
本例制备了一种具有抗菌防霉功能的高效空气过滤材料，具体配方见表1，工艺流程如 1所示，通过如下步骤制备得到：
(1)将玻璃纤维分散在水中得到浆料A，将抗菌纤维分散在水中得到浆料B，所属抗菌纤维为碳纤维；将合成纤维分散在水中得到浆料C，所述合成纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维，各纤维浆料浓度均为0.05wt％；
(2)将步骤(1)得到的三种浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料D，加入湿强剂PAE，混合浆料D送至斜网纸基抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水，110℃下烘干，制备得到高效空气过滤原纸；设计原纸的定量为100g/m2；
(3)季鏻盐单体的合成步骤与实施例1基本相同，区别在于将3-溴-1-丙醇替换为9- 溴正壬醇，合成的季鏻盐单体为丙烯酰氧壬基三苯基溴化鏻。
季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液的制备过程与实施例1基本相同，区别在于步骤中所用季鏻盐单体为丙烯酰氧壬基三苯基溴化鏻。
(4)将步骤(2)制备的高效空气过滤原纸浸渍于季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂增强乳液，压榨后在110℃烘干，固化后制备得到所述具有耐水性持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中，季鏻盐单体含量为13wt％，所制备抗菌过滤材料的上胶量为12wt％。所用季鏻盐单体的结构为：
Figure BDA0003821619470000091
实施例3所得过滤材料的基本性能和抗菌性能分别如表2和表3所示，原纸和浸渍树脂后的过滤材料形貌分别如图2和图3所示(比例尺为50μm)。从表2中可以看出，经过季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液增强后，抗张强度性能明显提高，对比图2和图3，只有局部地方出现轻微的堵孔现象，过滤材料基本能够保持优良的孔隙结构，透气度的保持率高达89％左右，基本能够保持原纸优良的过滤性能。
实施例4
本例制备了一种具有抗菌防霉功能的高效空气过滤材料，具体配方见表1，工艺流程如 1所示，通过如下步骤制备得到：
(1)将玻璃纤维分散在水中得到浆料A，将抗菌纤维分散在水中得到浆料B，所属抗菌纤维为碳纤维；将合成纤维分散在水中得到浆料C，所述合成纤维为聚乙烯醇(PVA)纤维，各纤维浆料浓度均为0.05wt％；
(2)将步骤(1)得到的三种浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料D，加入湿强剂CPAM，混合浆料D送至斜网纸基抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水，120℃下烘干，制备得到高效空气过滤原纸；设计原纸的定量为100g/m2；
(3)季鏻盐单体的合成步骤与实施例1基本相同，区别在于将甲基丙烯酰氯替换为丙烯酰氯、3-溴-1-丙醇替换为12-溴正十二醇，三苯基膦替换为三丁基膦，合成的季鏻盐单体为丙烯酰氧十二基三丁基溴化鏻。
季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液的制备过程与实施例1基本相同，区别在于步骤中所用季鏻盐单体为丙烯酰氧十二基三丁基溴化鏻。
(4)将步骤(2)制备的高效空气过滤原纸浸渍于季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂增强乳液，压榨后在120℃烘干，固化后制备得到所述具有耐水性持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中，季鏻盐单体含量为8wt％，所制备抗菌过滤材料的上胶量为15wt％。所用季鏻盐单体的结构为：
Figure BDA0003821619470000101
实施例4所得过滤材料的基本性能和抗菌性能分别如表2和表3所示，原纸和浸渍树脂后的过滤材料形貌分别如图2和图3所示(比例尺为50μm)。从表2中可以看出，经过季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液增强后，抗张强度性能明显提高。对比图2和图3，出现较为明显的堵孔现象，但过滤材料大部分的孔隙结构未被破坏，透气度的保持率高达85％左右，从而保持原纸优良的过滤性能。
对比例1
本例制备了一种抗菌空气过滤材料，具体配方见表1。按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：在步骤(3)丙烯酸树脂乳液的制备中，季鏻盐单体含量为0wt％，所制备得到空气过滤材料的实际上胶量为10wt％。
对比例1所得过滤材料的基本性能和抗菌性能分别如表2和表3所示，原纸和浸渍树脂后的过滤材料形貌分别如图2和图3所示(比例尺为50μm)。对比图2和图3可以看出，经过丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象。过滤材料能够保持优良的孔隙结构，透气度的保持率达到92％左右，从而保持原纸优良的过滤性能。
对比例2
本例制备了一种空气过滤材料，具体配方见表1。按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：步骤(1)中抗菌纤维含量为0wt％，在步骤(3)丙烯酸树脂乳液的制备中，季鏻盐单体含量为0wt％，所制备得到空气过滤材料的实际上胶量为20wt％。
对比例2所得过滤材料的基本性能和抗菌性能分别如表2和表3所示，原纸和浸渍树脂后的过滤材料形貌分别如图2和图3所示(比例尺为50μm)。从表2中可以看出，经过季鏻盐单体改性丙烯酸树脂乳液增强后，抗张强度性能明显增强。但对比图2和图3，由于上胶量太高，过滤材料出现了非常明显的堵孔现象，过滤材料无法保持优良的孔隙结构，只能保持80％的透气率。
表2实施例1-4与对比例1-2原纸和过滤材料的基本性能
Figure BDA0003821619470000102
Figure BDA0003821619470000111
实施例1-4与对比例1-2的过滤材料的抗菌性能测试按照GB/T 20944.3-2008所述方法测试。
表3实施例1-4与对比例1-2抗菌性能评价
Figure BDA0003821619470000112
持久性评价方法：分别将过滤材料样品在蒸馏水中室温浸泡不同时间，浸泡结束后在烘箱中干燥(材料质量稳定为止)，干燥后按照GB/T 20944.3-2008所述方法测试其抗菌性能。
通过对比表2和表3的结果可以发现，实施例1-4所制备的玻纤滤材原纸都有非常高的过滤效率，并且经过增强树脂处理后，玻璃纤维过滤材料的抗张强度增大了大约4-5倍，过滤材料强度明显增加，过滤效率不发生明显降低，都能够满足应用性能的要求。此外，经过结构型抗菌功能增强树脂乳液浸渍后的过滤材料，无论是对大肠杆菌还是葡萄球菌都能达到97％以上的抗菌率，大部分实施例超99％，并且实施例1-4样品经过蒸馏水长时间浸泡后，抗菌率只发生了非常轻微的下降，仍具有优良的抗菌功能，能够满足具有应用要求。这说明结构型抗菌功能增强树脂乳液中的季鏻盐抗菌功能基团确实是以共价键的方式接枝到高分子链结构中，因此在泡洗过程中不会析出，具有较好的耐水洗和持久性。对比例1中只单独使用的抗菌纤维，丙烯酸树脂乳液中未添加季鏻盐抗菌树脂，虽然显示了一定的抗菌性能，但是抗菌能力差，无法达到抗菌材料的标准，无法满足应用要求。也进一步说明了结构型抗菌功能增强树脂乳液对于制备具有持久抗菌功能的过滤材料的重要性。而对于对比例2，既不使用抗菌纤维也不使用结构型抗菌功能增强树脂乳液，完全没有抗菌性能。

Claims (10)

1.一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将不同纤维分别分散得到相应的浆料，所述不同纤维的组成及配比包括：
玻璃纤维80-95wt％
抗菌纤维0-15wt％
合成纤维5-20wt％
(2)将步骤(1)不同纤维得到的浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料，然后加入湿强剂；
(3)将步骤(2)得到的加入湿强剂后的混合浆料抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水和烘干，制备得到高效空气过滤原纸；
(4)将高效空气过滤原纸浸渍于结构型抗菌功能增强树脂乳液，压榨后烘干，固化后得到所述具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。
2.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述玻璃纤维的分散液需要通过酸将pH调节至2.5-3.5范围内。
3.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述玻璃纤维为不同直径的玻璃纤维组成，其中直径小于300nm的玻璃纤维占玻璃纤维总量的30-70wt％，直径在300nm至1μm范围的玻璃纤维占玻璃纤维总量的20-40wt％，直径在1μm至8μm范围的玻璃纤维占玻璃纤维总量的10-30wt％；所述玻璃纤维长度为3-9mm。
4.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述抗菌纤维可为竹纤维、碳纤维、银纤维和铜纤维等的一种或多种复合；所述抗菌纤维的直径小于15μm，长度为3-9mm。
5.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述合成纤维选自维纶、涤纶、锦纶、或皮芯结构的双熔点纤维中一种或多种混合；所述合成纤维的直径小于15μm，长度为3-9mm。
6.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述各浆料的浓度均为0.03-0.08wt％。
7.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述湿强剂选自聚酰胺环氧氯丙烷树脂、阳离子型聚丙烯酰胺、三聚氰胺-甲醛树脂、脲-甲醛树脂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述结构型抗菌功能增强树脂乳液为高分子链结构季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液，它是由丙烯酸单体与具有抗菌功能的季鏻盐单体通过常规使用的阳离子与非离子表面活性剂复配作为乳化剂体系，以常规使用的阳离子引发剂作为引发剂体系，通过常规的乳液聚合法即可制备得到；所述季鏻盐单体改性的丙烯酸树脂乳液中季鏻盐单体的质量含量为5.0-25.0wt％；所述季鏻盐单体一端含有不饱和双键，一端含有季鏻盐基团，具体结构如下：
Figure FDA0003821619460000021
其中，R0为H或者甲基，R1，R2，R3为C3-C18的烷烃或苯基，X为Cl、Br、I，n为[3，18]中的任意整数。
9.根据权利要求1所述的具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述结构型抗菌功能增强树脂乳液的上胶量占原纸质量的5-15wt％。
10.权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的一种具有持久抗菌防霉功能的高效空气过滤材料。
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