专利名称：纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种属于材料制备技术领域的方法，具体地说，是一种纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法。
背景技术：
由于纳米二氧化钛(TiO2)的化学稳定性、生物无毒性和高光催化活性，具备高效的杀菌消毒能力和降解有机物的功能；羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2)既具有光催化抑菌活性，其羟基基团又能有效吸附细菌、病毒等微生物；而银是传统的有效杀菌剂，对各种细菌病毒均具有高效的抑制杀灭功能。因此，可选择这三种材料的复合纳米粉末(TiO2/Ag/Ca10(PO4)6(OH)2)作为抗菌、消毒材料，通过特殊的工艺制备负载纳米TiO2/Ag/Ca10(PO4)6(OH)2复合粉末的抗菌、消毒和自净化材料与制品，对保护与细菌病毒、甚至“非典”患者密切接触的人员的免受侵害，可起到实质性的作用，同时这种材料可应用于病毒较集中的医院和公共场合的各类设施的保护，对于防止病毒交叉感染具有突出的意义。无纺布作为人造纤维非织造过滤材料，其面密度、平均孔径、纤维直径、驻极电荷与过滤效率、透气度等相互关联，并可通过熔融喷丝工艺进行调控。新型超细熔喷(MF)无纺布具有复杂通道，其纤维随机分布，形成优良的过滤结构，兼具高效过滤特性和低阻力、较好的透气度，是理想的医用防护口罩、防护衣及正压过滤用材料。在该材料上负载具有杀菌消毒功能的纳米或超细复合粒子，使之不仅具有高效过滤功能，同时可以有效杀灭有害的细菌和病毒。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN1445390A，该专利公开了一种融喷成网制造聚氨酯弹性无纺布的方法和装置，在聚合物熔融喷丝工艺与设备方面提出了可行的技术方案，但这一技术方法没有提出在熔融喷丝过程中如何负载复合纳米粉末或其他功能颗粒材料的技术途径，也未涉及在喷丝过程中在运动的喷丝上负载杀菌消毒材料的任何可行技术、装置或解决方案，因此不能采用这一技术制备出负载型杀菌消毒无纺布。目前国内外未见公开报导利用纳米二氧化钛和载银羟基磷灰石的复合高效杀菌消毒粉体材料，在熔融喷丝工艺中将其负载在无纺布纤维的表面，从而制备出具有自主杀菌灭病毒功能的医用无纺布或空气净化过滤材料的技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，使其选择具有杀菌消毒功能的纳米二氧化钛与载银羟基磷灰石复合粉末，利用超细熔融喷丝工艺，通过混合熔融喷丝和表面喷撒负载方法，使无纺布纤维负载杀菌消毒粉末，从而使制备的复合无纺布具有杀灭病菌病毒的功能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤(1)混合将杀菌消毒粉末混合在聚合物切片中，其中杀菌消毒粉末的重量百分比为1.8～3.0％；(2)熔融将杀菌消毒粉末和聚合物切片共混物加入熔融喷丝设备中，在150～280℃温度下挤压熔融；(3)喷丝喷丝熔融体流速为0.5～5g/min，喷丝热气流温度为280～480℃，气流速度为200～350m/s，在离喷丝口100～150cm处滚筒式收割器上冷凝收集，获得纤维内部和表面负载有杀菌消毒粉末的超细熔喷无纺布。
所述的步骤(1)中，杀菌消毒粉末是指纳米二氧化钛粉末、富含羟基的羟基磷灰石超细粒子、银或银盐，或者采用上述其中的一种或几种粉末形成的具有协同杀灭病菌作用和降解有机物功能的复合体或混合物。
所述的聚合物切片，为聚酯、聚氨酯、聚丙烯或聚乙烯高分子材料，平均分子量为50000～80000。
为能够使更多的复合杀菌消毒粉末负载到无纺布纤维的表面，提高了复合纳米杀菌消毒粉末的利用效率，还可以增加步骤(4)，即在上述熔融、喷丝的过程中，在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，根据喷丝速率调节滚筒式收割器的转动和水平运动速率，喷丝速率大，转动和水平运动速率也要增大，以确保收集到密度和性能符合要求的负载复合杀菌消毒粉末的无纺布，向熔融的喷丝表面喷撒纳米杀菌消毒粉末，使复合粉末嵌入或融粘在喷丝的表面，获得丝纤维表面负载了高效纳米杀菌消毒粉末的无纺布，其具体步骤如下
①复合粉末喷撒装置的准备与安装将两个粉末气流喷撒器安装在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，离熔融喷丝喷口30～50cm的位置，呈水平平行对喷方向，在两个粉末气流喷撒器的粉末喷口位置，安装两块1m宽，0.8m高的垂直挡板，挡住对喷出来未被喷丝粘附的粉末，在两块挡板的下边安装收集掉落的粉末的盛器，以将喷撒掉落的粉末收集再利用，安装好后将杀菌消毒粉末加入到两个粉末气流喷撒器中，调整好粉末喷撒的高度和方向，使其集中喷撒到运动中的熔融喷丝上；②聚合物熔融喷丝将聚合物切片加入熔融喷丝设备中，在150～280℃温度下挤压熔融，控制工艺条件进行喷丝喷丝熔融体流速为1～5g/min，喷丝热气流温度为250～450℃，气流速度为200～350m/s；③粉末喷撒负载向喷射运动的熔融喷丝喷撒杀菌消毒粉末，由于采取水平对喷粉末，对熔融喷丝的运动方向和轨迹影响很小，获得纤维表面均匀负载有杀菌消毒粉末的超细熔喷无纺布，负载在纤维表面的复合杀菌消毒粉末占无纺布的重量百分比为1.2～1.5％。
经检测，制备的高效杀菌消毒功能无纺布，对0.3μmNaCl气溶胶的过滤率大于85％，空气透过阻力小于15MPa；同时具有高效杀菌灭病毒功能，对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抑制杀灭率大于99％。
具体实施例方式
实施例1选用具有杀菌消毒功能的锐钛矿型纳米二氧化钛与载银羟基磷灰石的复合粉末，平均粒径为60nm；聚合物切片为聚酯材料聚乙二酸丁二醇酯，平均分子量为60000。将复合粉末与聚酯切片粒料充分混和，加入熔融喷丝设备，在200℃进行挤压熔融，在充分熔融后将熔融体挤出至喷口，熔融体流速为1.0g/min；然后进行喷丝，喷丝热气流温度380℃，气流速度为300m/s；在进行熔融喷丝过程中，在喷丝的喷口和滚筒式收割器之间，安装复合粉末喷撒装置，即将两个粉末气流喷撒装置安装在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间离熔融喷丝喷口约50cm的位置，粉末喷撒方向与喷丝喷射运动方向呈垂直，且从两侧呈水平方向对喷。调整好粉末喷撒的高度和方向，使粉末主要集中喷撒到运动中的熔融喷丝上，喷丝冷凝收集在离喷丝口120cm处的往复运动并转动的滚筒式收割器上，自粘合形成聚酯无纺布，冷却后切割取下聚酯无纺布，在100℃烘箱中定型处理1.0h。
显微结构分析显示，所获的聚酯无纺布纤维内部和表面均负载了纳米粉末，表面附着的复合粉末属半嵌入式的融粘，附着力好。载银羟基磷灰石与锐钛矿型纳米二氧化钛的复合粉末在无纺布中的重量百分比约为3.0％。经检测，制备的高效杀菌消毒功能无纺布，对0.3μmNaCl气溶胶的过滤率大于95％，空气透过阻力小于25MPa；同时具有高效杀菌灭病毒功能，对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抑制杀灭率大于99.8％。
实施例2选用具有光催化杀菌消毒功能纳米二氧化钛与羟基磷灰石复合粉末，平均粒径约为50nm；聚合物切片为聚乙烯树酯材料，平均分子量为50000。将复合粉末与聚乙烯切片粒料充分混和，加入挤压熔融喷丝设备，在150℃进行挤压熔融，在充分熔融后将熔融体挤出至喷口，熔融体流速为5g/min；然后进行喷丝，喷丝热气流温度280℃，气流速度为350m/s；喷丝冷凝收集在离喷丝口150cm处的往复运动并转动的滚筒式收割器上，自粘合形成聚乙烯无纺布，冷却后切割取下聚酯无纺布，在60℃烘箱中定型处理0.5h。
显微结构分析显示，获得的聚酯无纺布纤维上负载有锐钛矿型纳米二氧化钛与载银羟基磷灰石的复合粉末，载银羟基磷灰石与锐钛矿型纳米二氧化钛的复合粉末在无纺布中的重量百分比1.8％。经检测，制备的高效杀菌消毒功能无纺布，对0.3μmNaCl气溶胶的过滤率大于85％，空气透过阻力小于15MPa；同时具有高效杀菌灭病毒功能，对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抑制杀灭率大于99％。
实施例3杀菌消毒材料选用具有光催化功能纳米二氧化钛与羟基磷灰石与的复合粉末，粉末平均粒径约为50nm，聚合物选用聚醚型聚氨酯高分子切片粒料，聚醚型聚氨酯切片粒料的平均分子量为80000，在聚氨酯切片进行熔融喷丝过程中，在喷丝的喷口和滚筒式收割器之间，安装复合粉末喷撒装置，即将两个粉末气流喷撒装置安装在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，离熔融喷丝喷口约50cm的位置，粉末喷撒方向与喷丝喷射运动方向呈垂直，且从两侧呈水平方向对喷。调整好粉末喷撒的高度和方向，使其主要集中喷撒到运动中的熔融喷丝上。在聚氨酯熔融喷丝过程中，控制挤压熔融温度为280℃温度下，喷丝熔融体流速为2.5g/min，喷丝热气流温度为450℃，气流速度为200m/s。同时向喷射运动的喷丝水平左右两向相对喷撒纳米杀菌消毒粉末，使纳米杀菌消毒粉末粘附在喷丝的表面，并随喷丝运动到接收器，并自粘合形成高密度无纺布，这种聚醚型聚氨酯无纺布纤维表面负载了纳米二氧化钛与羟基磷灰石的复合粉体。
显微结构分析显示，所获的无纺布纤维表面附着的复合粉末属半嵌入式的融粘，附着力好，说明在所获得的无纺布的丝纤维表面负载了高效纳米杀菌消毒粉末。负载在纤维表面的复合杀菌消毒粉末占无纺布的重量百分比为1.2％。经检测，制备的高效杀菌消毒功能无纺布，既具有很高的过滤效果，对0.3μmNaCl气溶胶的过滤率大于90％，空气透过阻力小于20MPa；同时具有高效杀菌灭病毒功能，对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抑制杀灭率大于99％。
实施例4杀菌消毒粉体选用载银羟基磷灰石与锐钛矿型纳米二氧化钛的复合粉末，粉末平均粒径为60nm，聚合物选用聚丙烯高分子切片粒料，平均分子量为55000，在聚丙烯切片进行熔融喷丝过程中，在喷丝的喷口和滚筒式收割器之间，安装复合粉末喷撒装置，即将两个粉末气流喷撒装置安装在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，离熔融喷丝喷口约50cm的位置，粉末喷撒方向与喷丝喷射运动方向呈垂直，且从两侧呈水平方向对喷。调整好粉末喷撒的高度和方向，使其主要集中喷撒到运动中的熔融喷丝上。在聚丙烯熔融喷丝过程中，控制挤压熔融温度为280℃温度下，喷丝熔融体流速为1.5g/min，喷丝热气流温度为350℃，气流速度为250m/s。同时向喷射运动的喷丝水平左右两向相对喷撒纳米杀菌消毒粉末，使纳米杀菌消毒粉末粘附在喷丝的表面，并随喷丝运动到接收器，可以制得负载载银羟基磷灰石与锐钛矿型纳米二氧化钛的复合粉体的聚丙烯无纺布。
显微结构分析显示，所获的无纺布纤维表面附着的复合粉末属半嵌入式的融粘，附着力好，粉末外露的有效表面积达到约50％，说明在所获得的无纺布的丝纤维表面负载了高效纳米杀菌消毒粉末。负载在纤维表面的复合杀菌消毒粉末占无纺布的重量百分比约为1.5％。经检测，制备的高效杀菌消毒功能无纺布，既具有很高的过滤效果，对0.3μmNaCl气溶胶的过滤率大于95％，空气透过阻力小于30MPa；同时具有高效杀菌灭病毒功能，对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抑制杀灭率大于99.5％。
权利要求
1.一种纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)混合将杀菌消毒粉末混合在聚合物切片中，其中杀菌消毒粉末的重量百分比为1.8～3.0％；(2)熔融将杀菌消毒粉末和聚合物切片共混物加入熔融喷丝设备中，挤压熔融，温度为150～280℃；(3)喷丝喷丝熔融体流速为0.5～5g/min，在离喷丝口100～150cm处滚筒式收割器上冷凝收集，获得纤维内部和表面负载有杀菌消毒粉末的超细熔喷无纺布。
2.一种纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)混合将杀菌消毒粉末混合在聚合物切片中，其中杀菌消毒粉末的重量百分比为1.8～3.0％；(2)熔融将杀菌消毒粉末和聚合物切片共混物加入熔融喷丝设备中，挤压熔融；(3)喷丝喷丝熔融体流速为0.5～5g/min，在离喷丝口100～150cm处滚筒式收割器上冷凝收集，获得纤维内部和表面负载有杀菌消毒粉末的超细熔喷无纺布；(4)在上述熔融、喷丝的过程中，在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，根据喷丝速率调节滚筒式收割器的转动和水平运动速率，喷丝速率大，转动和水平运动速率也要增大，向熔融的喷丝表面喷撒纳米杀菌消毒粉末，使复合粉末嵌入或融粘在喷丝的表面，获得丝纤维表面负载了高效纳米杀菌消毒粉末的无纺布。
3.根据权利要求1或2所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的步骤(1)中，杀菌消毒粉末是指纳米二氧化钛粉末、富含羟基的羟基磷灰石超细粒子、银或银盐，或者采用上述其中的一种或几种粉末形成的具有协同杀灭病菌作用和降解有机物功能的复合体或混合物。
4.根据权利要求1或2所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的聚合物切片为聚酯、聚氨酯、聚丙烯或聚乙烯高分子材料，平均分子量为50000～80000。
5.根据权利要求1或2所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的步骤(3)中，喷丝热气流温度为280～480℃。
6.根据权利要求1或2或5所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的步骤(3)中，气流速度为200～350m/s。
7.根据权利要求2所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的步骤(4)，具体如下①复合粉末喷撒装置的准备与安装将两个粉末气流喷撒器安装在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，离熔融喷丝喷口30～50cm的位置，呈水平平行对喷方向，在两个粉末气流喷撒器的粉末喷口位置，安装垂直挡板，挡住对喷出来未被喷丝粘附的粉末，在两块挡板的下边安装收集掉落的粉末的盛器，以将喷撒掉落的粉末收集再利用，安装好后将杀菌消毒粉末加入到两个粉末气流喷撒器中，调整好粉末喷撒的高度和方向，使其集中喷撒到运动中的熔融喷丝上；②聚合物熔融喷丝将聚合物切片加入熔融喷丝设备中，在150～280℃温度下挤压熔融，喷丝的工艺条件为喷丝熔融体流速为1～5g/min；③粉末喷撒负载向喷射运动的熔融喷丝喷撒杀菌消毒粉末，获得纤维表面均匀负载有杀菌消毒粉末的超细熔喷无纺布。
8.根据权利要求7所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的垂直挡板，其宽为1m，高为0.8m。
9.根据权利要求7所述的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，其特征是，所述的喷丝的工艺条件为喷丝热气流温度250～450℃，气流速度200～350m/s。
全文摘要
一种属于材料制备技术领域的纳米负载型高效杀菌消毒的无纺布的制备方法，本发明包括以下步骤(1)混合将杀菌消毒粉末混合在聚合物切片中；(2)熔融将杀菌消毒粉末和聚合物切片共混物加入熔融喷丝设备中，挤压熔融；(3)喷丝喷丝熔融体流速为0.5～5g/min，在离喷丝口100～150cm处滚筒式收割器上冷凝收集。为能够使更多的复合杀菌消毒粉末负载到无纺布纤维的表面，还可以增加步骤(4)，即在上述熔融、喷丝的过程中，在喷丝设备的喷口和滚筒式收割器之间，向熔融的喷丝表面喷撒纳米杀菌消毒粉末，使复合粉末嵌入或融粘在喷丝的表面。本发明使无纺布纤维负载杀菌消毒粉末，从而使制备的复合无纺布具有杀灭病菌病毒的功能。
文档编号D04H3/02GK1718876SQ20051002793
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者刘河洲, 孙康, 吴人洁 申请人:上海交通大学