CN1872382A - 一种空气过滤材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空调的空气过滤复合材料，公开了一种空气过滤材料及制备方法。其特征在于，由带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层和含有纳米颗粒的光催化剂的复合材料氧化层通过针刺而使两层的纤维相互缠绕复合而成；所说的带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层由极化的熔喷聚丙烯无纺布和锚固在聚丙烯无纺布上的经过表面处理的纳米磁性颗粒构成。采用本发明的方法制备的空气过滤材料，工艺简单，产出快，成本低，性能优越，能有效阻挡尘颗粒污染物，气态污染物，且可通过简单处理后，反复使用，广泛用于各类室内空调机上。

Description

一种空气过滤材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种空气过滤材料及其制备方法，具体地说涉及一种用于空调的空气过滤复合材料，特别是涉及一种可同时对空气中的粒污染物、气态污染物有效过滤的材料。

背景技术

随着空调的日益普及以及大量新型建筑装饰材料的广泛应用，导致室内空气污染进一步加剧，室内空气品质问题变得更加突出，大量研究结果证明，室内空气品质与人体的健康有着密切的关系，其中尤以挥发性有机化合物(VOC)等气态污染物对人体的危害最为严重，但是由于对挥发性有机物缺乏高效实用的净化手段，目前在空调系统(包括小型空调机组)中并未采取有针对性的措施。因而，现有空调系统的空气净化方式是不完备的，亟待改进。

为此，高效空气过滤材料及期制备的开发研究得到人们十分广泛的重视，许多专利公开了各自的技术。

众所周知，室内空调的普及率正在逐年提高，它所用的过滤材料大多是普通塑料机织滤网，孔隙较大，仅能滤去较大的尘粒。室内空气净化器是空气过滤材料的又一潜在市场。人的90％时间是在室内度过的，但室内空气污染有可能要远甚于室外的空气，空气中含有烟雾、霉菌，孢子、细菌、纤维、尘粒等。用空气净化器除去室内污染物是一种有效的方法，空气净化器的过滤材料一般是超细玻璃纤维。空气净化器在各国发展均较快，美国空气净化器市场的年增长率在10％以上。普通空气净化器无法除去室内有害气体，这些气体的成份十分复杂，仅香烟烟气中就含有数百种气体成分，再加上装修材料中散发出的醛系、苯系物，各种污染源散发的CO、SO₂、NO_x、NH₃等直接危害人体健康，要消除这一危害需采用功能性空气过滤材料。而已公开的专利技术未能满足现代社会对空气过滤材料的多功能，长时效，可反复使用，价格低的综合要求。申请人在中国专利申请号2004100167006中公开了一种过滤材料，虽然具有较好的过滤性能，但是，还存在某一些不足，其中，纳米颗粒的光催化剂在过滤材料上的附着力不能，持久性还不能理想，对于有些极性物质的过滤，还不能完善，需要改进。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种空气过滤材料及制备方法，以满足当代社会对空气有效过滤的问题。

本发明所说的空气过滤材料材料由带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层和含有纳米颗粒的光催化剂的复合材料氧化层通过针刺而使两层的纤维相互缠绕复合而成。

所说的带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层由极化的熔喷聚丙烯无纺布和锚固在聚丙烯无纺布上的经过表面处理的纳米磁性颗粒构成。

其中，所说的极化的熔喷聚丙烯无纺布纤维细度为1.7～3.3dtex，纤维长度为35～38cm，厚度为0.35～0.6mm；

术语“极化”指的是：在高电流、低电压的作用下，空气被电离后，在电荷地电场和空气动力作用下埋入熔喷聚丙烯无纺布纤维中，形成能永久保持极化的电介质，即永电体，亦即熔喷聚丙烯无纺布被极化。

所说的纳米磁性颗粒为Fe₃O₄，其粒径为500～1500纳米；

纳米磁性颗粒的重量为聚丙烯无纺布过滤层总重量的0.01～0.1％；

所说的含有纳米颗粒的光催化剂的复合材料氧化层为通过针刺而使两层的纤维相互缠绕的涤纶层和丙纶层的针刺复合材料，其中，涤纶∶丙纶＝25～75，重量比，纤维细度为1.5～4.2dtex，纤维长度为27～10cm，厚度为0.35-0.6mm，纳米颗粒的光催化剂为TiO₃，外观为白色，粒径为6～60nm，催化剂含量为1～10％，重量。

带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层是这样制备的：

(1)将纳米磁性颗粒与偶连剂的水溶液搅拌混合，进行纳米磁性颗粒的表面处理，所说的偶连剂优选硅烷偶连剂，如γ氨基丙基三乙氧基硅烷，可采用市售产品；

偶连剂水溶液的重量浓度为5～10％，偶连剂水溶液中，纳米磁性颗粒的浓度为1～10克/毫升；

处理温度为30～60℃，处理时间为1～3小时；

(2)然后将聚丙烯无纺布过滤层浸渍于上述含有纳米磁性颗粒的溶液中，搅拌，，滚动，压轧，浸渍温度为30～60℃，处理时间为2～10小时；含有纳米磁性颗粒的溶液的重量为聚丙烯无纺布的5～10倍；

(3)离心过滤，干燥，获得负载有纳米磁性颗粒聚丙烯无纺布；

(4)将空气在加有偏压的电晕针的作用下电离，形成电离空气，然后将步骤(3)的熔喷聚丙烯无纺布通过电离空气，在电荷地电场和空气动力作用下，电离空气埋入纤维中，形成能永久保持极化的电介质，即永电体，即获得带有静电的空气过滤材料，极化处理的静电值2000～3500v/cm。

本发明的空气过滤材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将相互缠绕的涤纶和丙纶的针刺复合材料，浸渍于TiO₂与有机硅的水乳液中，以1～8米/分钟的速度运行，经过双辊压轧，将水份去掉，在75～90℃的温度下烘干；

所说的乳液的组分和重量含量包括：

TiO₂纳米颗粒               15～30％；

有机硅                      3～15％

表面活性剂                  1～10％

水                          余量。

所说的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯20、聚山梨酯40、聚山梨酯60、聚山梨酯80、癸酸月桂酸甘油酯或辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯中的一种或一种以上，可优选十二烷基苯磺酸钠；

所说的有机硅为含氢硅油，其结构式如式I所示：

其中：R代表烷基、芳基、烯基，n＝30～35；

所说的有机硅可采用市售产品；TiO₂纳米颗粒的粒径为6～60nm；

(2)将步骤(1)的材料与带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层进行针刺复合，使两层的纤维相互缠绕，针速机速度为700～1000次/min植针，密度为1500～2500枚/m，使两层材料能很平和均匀地联为一体，即获得本发明的空气过滤材料。

本发明由于采用了纳米TiO₂为光催化剂，并采用有机硅的水乳液进行涂装，因此，不仅能够保持原有的性能，而且纳米颗粒的光催化剂在过滤材料上的附着力大大增加，持久性好，能够直接用空气中的O₂作氧化剂，催化性能高，反应条件温和，可以将有机污染物分解为CO₂和H₂O等无机小分子，净化效果彻底，催化剂化学性质稳定，氧化还源性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。

本发明的空气过滤材料，纳米TiO₂均匀地分布在复合材料纤维网孔上，在O₂和光的作用下，能有效净化空气和仰制病毒。经过本发明的材料制备成的过滤器处理后的空气，不仅粉尘浓度大大降低，而且细菌和病毒的浓度也明显减弱，(如大肠杆菌、金葡、白葡、芽胞和雹菌等)。

采用本发明的方法制备的空气过滤材料，工艺简单，产出快，成本低，性能优越，能有效阻挡尘颗粒污染物，气态污染物，且可通过简单处理后，反复使用，广泛用于各类室内空调机上。

具体实施方式

                        实施例1

熔喷聚丙烯无纺布纤维细度为1.7dtex，纤维长度为35cm，厚度为0.35mm；

纳米磁性颗粒为Fe₃O₄，粒径为800纳米；

纳米磁性颗粒的重量为聚丙烯无纺布过滤层总重量的0.01％；

制备方法包括如下：

(1)将纳米磁性颗粒与偶连剂γ氨基丙基三乙氧基硅烷的水溶液搅拌混合；

偶连剂水溶液的重量浓度为5％，偶连剂水溶液中，纳米磁性颗粒的浓度为1克/毫升；

处理温度为30℃，处理时间为1小时；

(2)然后将聚丙烯无纺布过滤层浸渍于上述含有纳米磁性颗粒的溶液中，搅拌，，滚动，压轧，浸渍温度为30℃，处理时间为2小时；含有纳米磁性颗粒的溶液的重量为聚丙烯无纺布的5倍；

(3)离心过滤，干燥，获得负载有纳米磁性颗粒聚丙烯无纺布；

(4)将空气在加有偏压的电晕针的作用下电离，形成电离空气，然后将步骤(3)的熔喷聚丙烯无纺布通过电离空气，在电荷地电场和空气动力作用下，电离空气埋入纤维中，形成能永久保持极化的电介质，即永电体，即为带有静电的空气过滤材料，极化处理的静电值2000v/cm。

(5)含有纳米颗粒的光催化剂的复合材料氧化层的制备：

将相互缠绕的涤纶和丙纶的针刺复合材料，浸渍于TiO₂与有机硅的水乳液中，以4米/分钟的速度运行，经过双辊压轧，将水份去掉，在85℃的温度下烘干；

所说的乳液的组分和重量含量包括：

TiO₂纳米颗粒           20％；

硅油                    10％

表面活性剂              5％

水                      65％

所说的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠。

所说的有机硅为含氢硅油，其结构式如式I所示：RC3的烷基，n＝30；TiO₂纳米颗粒的粒径为6～60nm；

(3)将步骤(5)和(4)的材料进行针刺复合，使两层的纤维相互缠绕，针速机速度为800次/min植针，密度为2000枚/m，使两层材料能很平和均匀地联为一体，即获得本发明的空气过滤材料。

其中，所说的极化的熔喷聚丙烯无纺布纤维细度为2dtex，纤维长度为36cm，厚度为0.4mm；

其中，涤纶∶丙纶＝50，重量比，纤维细度为3dtex，纤维长度为15cm，厚度为0.4mm，纳米颗粒的光催化剂为TiO₂，外观为白色，粒径为30nm，催化剂含量为5％，重量。

本发明的材料采用GB15193-1994《食品安全性毒理学评介程序和方法》以及GB/T17409-1998；消毒技术规范1999.11；GB15979-1995；GB6165-85；JE/T22-99；GB/T18204.26-2000；GB/T18204.25-2000等标准进行检测，结果如下：

1.小鼠急性经口毒性LD50mg/kg，检验结果＞10000，结论：实际无毒；

2.急性皮肤刺激试验  积分均值，检验结果为0，结论无刺激；

3.致突变微核试验  检验结果：阴性，结论阴性。

甲醛去除率％：5分钟  85.1，10分钟  88.2，30分钟  92.1；

氨去除率％：  5分钟  72.4，10分钟  78.5，30分钟  87.8；

醋酸去除率％：5分钟  58.7，10分钟  59.3，30分钟  64.2。

对大肠杆菌(8099)和金黄色葡萄球菌(ATCC6538)有较强的抑菌作用。

过滤效率为99.9％。

再生作用以及持久性试验：

再生作用：效率为88％～90％；

持久性试验：

产品置于清洁袋中，180天后，检验效果，检测数据无变化。

Claims (7)

1.一种空气过滤材料，其特征在于，由带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层和含有纳米颗粒的光催化剂的复合材料氧化层通过针刺而使两层的纤维相互缠绕复合而成；

所说的带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层由极化的熔喷聚丙烯无纺布和锚固在聚丙烯无纺布上的经过表面处理的纳米磁性颗粒构成。

2.根据权利要求1所述的空气过滤材料，其特征在于，所说的极化的熔喷聚丙烯无纺布纤维细度为1.7～3.3dtex，纤维长度为35～38cm，厚度为0.35～0.6mm。

3.根据权利要求1所述的空气过滤材料，其特征在于，所说的纳米磁性颗粒为Fe₃O₄，其粒径为500～1500纳米。

4.根据权利要求3所述的空气过滤材料，其特征在于，纳米磁性颗粒的重量为聚丙烯无纺布过滤层总重量的0.01～0.1％。

5.根据权利要求1所述的空气过滤材料，其特征在于，所说的含有纳米颗粒的光催化剂的复合材料氧化层为通过针刺而使两层的纤维相互缠绕的涤纶层和丙纶层的针刺复合材料，其中，涤纶∶丙纶＝25～75，重量比，纤维细度为1.5～4.2dtex，纤维长度为27～10cm，厚度为0.35-0.6mm，纳米颗粒的光催化剂为TiO₂，粒径为6～60nm，催化剂含量为1～10％，重量。

6.制备权利要求1～5任一项所述的空气过滤材料的方法，包括如下步骤：

(1)将相互缠绕的涤纶和丙纶的针刺复合材料，浸渍于TiO₂与有机硅的水乳液中，以1～8米/分钟的速度运行，经过双辊压轧，将水份去掉，在75～90℃的温度下烘干；

所说的乳液的组分和重量含量包括：

TiO₂纳米颗粒   15～30％；

有机硅          3～15％

表面活性剂      1～10％

水              余量。

所说的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯20、聚山梨酯40、聚山梨酯60、聚山梨酯80、癸酸月桂酸甘油酯或辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯中的一种或一种以上；

(2)将步骤(1)的材料与带有静电的极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层进行针刺复合，使两层的纤维相互缠绕，针速机速度为700～1000次/min植针，密度为1500～2500枚/m，使两层材料能很平和均匀地联为一体，即获得本发明的空气过滤材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的有机硅为含氢硅油，其结构式如式I所示：

其中：R代表烷基、芳基、烯基，n＝30～35。