具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料及其生产工艺的制作方法

1.本发明属于过滤材料技术领域，特别是涉及具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料及其生产工艺。


背景技术：

2.随着现代科技的发展，工业化水平不断提高，人们的环保意识也逐渐加强，空气净化行业越来越受到人们的重视，其最明显的体现就是公共建筑的空气净化工程越来越多，空气过滤材料大量用于地铁、医院、酒店、商场等大型综合体。进入21世纪以后，随着空气过滤技术迅速发展，开发出了许多性能优异的过滤材料。如用连续束状玻璃纤维和束状ptfe纤维混合织造的复合过滤材料，具有耐高温、耐腐蚀、使用寿命长等优点；以及用短切无碱玻璃纤维与聚酰亚胺(p84)pps纤维混合的复合针刺过滤材料，具有三维微孔结构，在耐高温的同时还具有优异的拉伸性能。然而，现有技术中常用的空气过滤材料往往只作为拦截、过滤颗粒物微粒的作用，空气中的细菌和病毒会粘附在过滤材料表面，一部分细菌和病毒会穿透过滤材料进入室内环境中，存在潜在的危险，危害人们的身体健康；且现有技术中常用的空气过滤材料没有阻燃功能，在使用过程中容易引发安全隐患。因此，急需研发出一种抗菌抗病毒效果好，且具有阻燃功能的复合过滤材料。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料及其生产工艺，以解决现有的过滤材料不具有抗菌抗病毒效果以及缺乏阻燃功能的技术问题。
4.本发明提供具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米抗菌抗病毒剂6-10份、阻燃剂10-15份、分散剂5-10份、润滑剂4-8份、烃类稀释剂20-35份、抗菌抗病毒微胶囊10-15份、粘合剂12-14份；所述抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素5-10份；罗汉柏油2-5份；茴香油2-5份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物2-5份；明胶25-40份；乳化剂1-2份；二氯甲烷10-15份；蒸馏水80-100份。
5.优选地，所述纳米抗菌抗病毒剂为纳米氧化镁、纳米氧化铜、纳米氧化锌中的任意一种。
6.优选地，所述阻燃剂为n,n-二(磷酸乙基)双胍、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2,3-二氯-1-丙醇磷酸酯中的任意一种。
7.优选地，所述分散剂为白油、硅油、醋酸纤维素中的一种或多种。
8.优选地，所述润滑剂为硬脂酸钙、油酸酰胺、硬脂酸中的一种或多种。
9.优选地，所述烃类稀释剂为戊烷、环己烷、环己酮中的任意一种。
10.优选地，所述粘合剂为改性丙烯酸树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂中的任意一种。
11.本发明还提供具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的生产工艺，包括以下步骤：步骤(1)膨体聚四氟乙烯过滤膜的制备：a.造粒：将各个原料按重量份比准确称量，将膨
体聚四氟乙烯树脂颗粒加入搅拌机中，然后依次向搅拌机中加入纳米抗菌抗病毒剂、阻燃剂、分散剂、润滑剂，加料完毕，进行混合搅拌得到混合物a；将混合物a输送至柱塞冲压式挤出机内部，由柱塞冲压式挤出机对混合物a进行造粒；
12.b.成膜.向步骤a得到的颗粒物中加入烃类稀释剂，将两者混合均匀，并在40℃-45℃下静置10小时，使烃类稀释剂充分渗透入颗粒内部，然后在40℃-45℃下将其预压成圆柱形坯料，将得到的圆柱形坯料放置在推压机上，推压成圆条，将圆条放置在压延机上，压延成薄膜，并对其进行烘干处理，除去烃类稀释剂，将压延得到的薄膜依次进行纵向拉伸、弧形双向拉伸、横向拉伸后加热固化，最终得到膨体聚四氟乙烯过滤膜；
13.步骤(2)抗菌抗病毒微胶囊的制备：a.金银花、连翘、甘草复合药物提取物的制备：按照重量份比为2:2:1的比例依次称取金银花、连翘、甘草，将其粉碎后过40目筛得到混合物b，向混合物b中加入乙醇溶液，并置于60℃条件下采用超声回流法进行提取，提取的时间为3h，提取完成后，过滤除去药渣，利用旋转蒸发仪将乙醇旋干，从而制备得到金银花、连翘、甘草复合药物提取物；
14.b.微胶囊的制备：按重量份比依次称取一定重量的乙基纤维素，罗汉柏油、茴香油、明胶、乳化剂，首先将乙基纤维素完全溶解于二氯甲烷中，形成高分子溶液c，然后将乳化剂、罗汉柏油、茴香油、制备得到的金银花、连翘、甘草复合药物提取物加入到溶液c中，并向其中加入蒸馏水得到混合溶液d，将混合液d加入到明胶的水溶液中，搅拌混合均匀，升温至65℃使反应物溶解，维持反应温度为65℃，在不断的搅拌加热条件下，二氯甲烷挥发，乙基纤维素在内水相芯材上沉积、固化形成微胶囊，最后经蒸馏水洗涤、离心得到抗菌抗病毒微胶囊的悬浊液；
15.步骤(3)抗菌抗病毒微胶囊与膨体聚四氟乙烯过滤膜的结合：将步骤(2)制备得到的抗菌抗病毒微胶囊与粘合剂混合均匀，分多次喷淋到步骤(1)得到的膨体聚四氟乙烯过滤膜上，然后经过二浸二轧工艺，使抗菌抗病毒微胶囊与膨体聚四氟乙烯过滤膜充分结合，最后将其置于70℃下干燥30min，随后置于110℃条件下烘焙10min，最终制得具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料。
16.本发明的有益效果：本发明在制备膨体聚四氟乙烯过滤膜时，通过在膨体聚四氟乙烯树脂颗粒中添加纳米抗菌抗病毒剂、阻燃剂、分散剂、润滑剂，使纳米抗菌抗病毒剂、阻燃剂与膨体聚四氟乙烯树脂之间形成一个固化体系，显著的提高了抗菌抗病毒剂与阻燃剂的热稳定性和分散性，使纳米抗菌抗病毒剂、阻燃剂与膨体聚四氟乙烯树脂之间结合牢固，加工使用过程中不会轻易脱落，使其具有优良的抗菌抗病毒、阻燃效果；并通过将天然抗菌剂金银花、连翘、甘草复合药物提取物与罗汉柏油和茴香油制备成微胶囊剂型，均采用天然药物成分，不仅具有良好的安全性能，而且还具有优良的缓释性能，长时间使用后仍能保持很好的抗菌抗病毒性能，具有广泛的工业应用前景；且本发明的生产工艺简单，提高了生产效率，降低了生产成本，适合大规模生产。
具体实施方式
17.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。
18.本发明提供具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米抗菌抗病毒剂6-10份、阻燃剂10-15份、分散剂5-10份、润滑剂4-8份、烃类稀释剂20-35份、抗菌抗病毒微胶囊10-15份、粘合剂12-14份；所述抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素5-10份；罗汉柏油2-5份；茴香油2-5份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物2-5份；明胶25-40份；乳化剂1-2份；二氯甲烷10-15份；蒸馏水80-100份。膨体聚四氟乙烯树脂中的微孔可以阻挡各种微粒而允许空气通过，且具有化学惰性和热稳定性，能够适用于苛刻的化学药品和高温等过滤条件，过滤效果好。金银花具有很好的清热解毒功能；连翘作为中药之中常用的抗菌解毒药，具有很好的抗菌抗病毒效果；甘草具有清热解毒的作用。将三者进行复配，能够产生抗菌解毒的协同作用。罗汉柏油中的抗菌活性成分刺柏酸浓度在25～200mg/kg时，能阻止几乎所有的细菌和真菌的发育，对人畜的安全性也极高。茴香油对金黄色葡萄球菌和真菌具有很好的抑制作用。
19.纳米抗菌抗病毒剂为纳米氧化镁、纳米氧化铜、纳米氧化锌中的任意一种。纳米氧化镁颗粒因表面具有高活性、正电荷等特性，与细菌、真菌及病毒等微生物颗粒发生强相互作用，释放极高活性的游离自由基从而快速杀灭致病性微生物。对多种细菌、真菌和病毒微生物有突出的杀灭效果。
20.阻燃剂为n,n-二(磷酸乙基)双胍、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2,3-二氯-1-丙醇磷酸酯中的任意一种。由于n,n-二(磷酸乙基)双胍上含有双胍基和磷酸基团，当该复合过滤材料燃烧时，由于磷酸基团属于脱水基团，可以促使纤维素脱水碳化形成碳化层，有效地隔绝氧气和热量的传递，从而降低了复合过滤材料的可燃性，胍基上的氮元素与碳元素形成磷-氮协同阻燃效应，提升阻燃效果。
21.分散剂为白油、硅油、醋酸纤维素中的一种或多种。分散剂使纳米抗菌抗病毒剂在膨体聚四氟乙烯树脂中均匀分散，使两者之间结合牢固。
22.润滑剂为硬脂酸钙、油酸酰胺、硬脂酸中的一种或多种。润滑剂能够对膨体聚四氟乙烯树脂起到润滑和低温防粘连的作用，降低分子内摩擦，减小各个原料与加工设备之间的摩擦力，有利于原料与加工设备之间发生相对滑动，便于脱模。
23.烃类稀释剂为戊烷、环己烷、环己酮中的任意一种。
24.粘合剂为改性丙烯酸树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂中的任意一种。
25.本发明还提供具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)膨体聚四氟乙烯过滤膜的制备：a.造粒：将各个原料按重量份比准确称量，将膨体聚四氟乙烯树脂颗粒加入搅拌机中，然后依次向搅拌机中加入纳米抗菌抗病毒剂、阻燃剂、分散剂、润滑剂，加料完毕，进行混合搅拌得到混合物a；将混合物a输送至柱塞冲压式挤出机内部，由柱塞冲压式挤出机对混合物a进行造粒；由于聚四氟乙烯具有高粘弹性，若是采用传统的螺杆挤出机进行加工，制制品的使用性能会受到影响；采用柱塞冲压式挤出机进行加工，制得的产品质量比较均匀，且工作效率高；
26.b.成膜.向步骤a得到的颗粒物中加入烃类稀释剂，将两者混合均匀，并在40℃-45℃下静置10小时，使烃类稀释剂充分渗透入颗粒内部，然后在40℃-45℃下将其预压成圆柱形坯料，将得到的圆柱形坯料放置在推压机上，推压成圆条，将圆条放置在压延机上，压延成薄膜，并对其进行烘干处理，除去烃类稀释剂，将压延得到的薄膜依次进行纵向拉伸、弧
形双向拉伸、横向拉伸后加热固化，最终得到膨体聚四氟乙烯过滤膜；制备得到的膨体聚四氟乙烯过滤膜不仅具有优异的抗菌抗病毒、阻燃效果，而且孔径小，分布均匀，孔隙率大，在保持空气流通的同时，可以过滤包括细菌在内的所有尘埃颗粒，可以达到净化且通风的目的；
27.步骤(2)抗菌抗病毒微胶囊的制备：a.金银花、连翘、甘草复合药物提取物的制备：按照重量份比为2:2:1的比例依次称取金银花、连翘、甘草，将其粉碎后过40目筛得到混合物b，向混合物b中加入乙醇溶液，并置于60℃条件下采用超声回流法进行提取，提取的时间为3h，提取完成后，过滤除去药渣，利用旋转蒸发仪将乙醇旋干，从而制备得到金银花、连翘、甘草复合药物提取物；提取时间为3h，提取温度为60℃能够加速药物中有效成分的溶出，提取效果好，效率高；
28.b.微胶囊的制备：按重量份比依次称取一定重量的乙基纤维素，罗汉柏油、茴香油、明胶、乳化剂，首先将乙基纤维素完全溶解于二氯甲烷中，形成高分子溶液c，然后将乳化剂、罗汉柏油、茴香油、制备得到的金银花、连翘、甘草复合药物提取物加入到溶液c中，并向其中加入蒸馏水得到混合溶液d，将混合液d加入到明胶的水溶液中，搅拌混合均匀，升温至65℃使反应物溶解，维持反应温度为65℃，在不断的搅拌加热条件下，二氯甲烷挥发，乙基纤维素在内水相芯材上沉积、固化形成微胶囊，最后经蒸馏水洗涤、离心得到抗菌抗病毒微胶囊的悬浊液；制备得到的微胶囊表现出近似球形的表面形态，表面光滑圆整，且粒径大约分布在0.3um-3.0um之间；
29.步骤(3)抗菌抗病毒微胶囊与膨体聚四氟乙烯过滤膜的结合：将步骤(2)制备得到的抗菌抗病毒微胶囊与粘合剂混合均匀，分多次喷淋到步骤(1)得到的膨体聚四氟乙烯过滤膜上，然后经过二浸二轧工艺，使抗菌抗病毒微胶囊与膨体聚四氟乙烯过滤膜充分结合，最后将其置于70℃下干燥30min，随后置于110℃条件下烘焙10min，最终制得具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料。
30.实施例1
31.具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米氧化镁6份、n,n-二(磷酸乙基)双胍10份、白油5份、硬脂酸钙4份、戊烷20份、抗菌抗病毒微胶囊10份、改性丙烯酸树脂12份；抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素5份；罗汉柏油2份；茴香油2份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物2份；明胶25份；乳化剂1份；二氯甲烷10份；蒸馏水80份。
32.具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)膨体聚四氟乙烯过滤膜的制备：a.造粒：将各个原料按重量份比准确称量，将膨体聚四氟乙烯树脂颗粒加入搅拌机中，然后依次向搅拌机中加入纳米氧化镁、n,n-二(磷酸乙基)双胍、白油、硬脂酸钙，加料完毕，进行混合搅拌得到混合物a；将混合物a输送至柱塞冲压式挤出机内部，由柱塞冲压式挤出机对混合物a进行造粒；由于聚四氟乙烯具有高粘弹性，若是采用传统的螺杆挤出机进行加工，制制品的使用性能会受到影响；采用柱塞冲压式挤出机进行加工，制得的产品质量比较均匀，且工作效率高；
33.b.成膜.向步骤a得到的颗粒物中加入戊烷，将两者混合均匀，并在40℃-45℃下静置10小时，使戊烷充分渗透入颗粒内部，然后在40℃-45℃下将其预压成圆柱形坯料，将得到的圆柱形坯料放置在推压机上，推压成圆条，将圆条放置在压延机上，压延成薄膜，并对
其进行烘干处理，除去戊烷，将压延得到的薄膜依次进行纵向拉伸、弧形双向拉伸、横向拉伸后加热固化，最终得到膨体聚四氟乙烯过滤膜；制备得到的膨体聚四氟乙烯过滤膜不仅具有优异的抗菌抗病毒、阻燃效果，而且孔径小，分布均匀，孔隙率大，在保持空气流通的同时，可以过滤包括细菌在内的所有尘埃颗粒，可以达到净化且通风的目的；
34.步骤(2)抗菌抗病毒微胶囊的制备：a.金银花、连翘、甘草复合药物提取物的制备：按照重量份比为2:2:1的比例依次称取金银花、连翘、甘草，将其粉碎后过40目筛得到混合物b，向混合物b中加入乙醇溶液，并置于60℃条件下采用超声回流法进行提取，提取的时间为3h，提取完成后，过滤除去药渣，利用旋转蒸发仪将乙醇旋干，从而制备得到金银花、连翘、甘草复合药物提取物；提取时间为3h，提取温度为60℃能够加速药物中有效成分的溶出，提取效果好，效率高；
35.b.微胶囊的制备：按重量份比依次称取一定重量的乙基纤维素，罗汉柏油、茴香油、明胶、乳化剂，首先将乙基纤维素完全溶解于二氯甲烷中，形成高分子溶液c，然后将乳化剂、罗汉柏油、茴香油、制备得到的金银花、连翘、甘草复合药物提取物加入到溶液c中，并向其中加入蒸馏水得到混合溶液d，将混合液d加入到明胶的水溶液中，搅拌混合均匀，升温至65℃使反应物溶解，维持反应温度为65℃，在不断的搅拌加热条件下，二氯甲烷挥发，乙基纤维素在内水相芯材上沉积、固化形成微胶囊，最后经蒸馏水洗涤、离心得到抗菌抗病毒微胶囊的悬浊液；制备得到的微胶囊表现出近似球形的表面形态，表面光滑圆整，且粒径大约分布在0.3um-3.0um之间；
36.步骤(3)抗菌抗病毒微胶囊与膨体聚四氟乙烯过滤膜的结合：将步骤(2)制备得到的抗菌抗病毒微胶囊与粘合剂混合均匀，分多次喷淋到步骤(1)得到的膨体聚四氟乙烯过滤膜上，然后经过二浸二轧工艺，使抗菌抗病毒微胶囊与膨体聚四氟乙烯过滤膜充分结合，最后将其置于70℃下干燥30min，随后置于110℃条件下烘焙10min，最终制得具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料。
37.实施例2
38.具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米氧化铜10份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷15份、硅油10份、油酸酰胺8份、环己烷35份、抗菌抗病毒微胶囊15份、氨基树脂14份；抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素10份；罗汉柏油5份；茴香油5份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物5份；明胶40份；乳化剂2份；二氯甲烷15份；蒸馏水100份。该具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的制备方法同实施例1。
39.实施例3
40.具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米氧化锌8份、2,3-二氯-1-丙醇磷酸酯12份、醋酸纤维素8份、硬脂酸6份、环己酮25份、抗菌抗病毒微胶囊12份、聚氨酯树脂13份；抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素7份；罗汉柏油3份；茴香油3份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物4份；明胶30份；乳化剂2份；二氯甲烷12份；蒸馏水85份。该具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的制备方法同实施例1。
41.实施例4
42.具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料
组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米氧化锌9份、2,3-二氯-1-丙醇磷酸酯14份、白油与硅油共计9份、硬脂酸钙与硬脂酸共计7份、环己酮30份、抗菌抗病毒微胶囊14份、聚氨酯树脂13份；抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素9份；罗汉柏油4份；茴香油4份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物4份；明胶35份；乳化剂2份；二氯甲烷14份；蒸馏水95份。该具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的制备方法同实施例1。
43.实施例5
44.具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料，该复合过滤材料由如下重量份的原料组成：膨体聚四氟乙烯树脂100份、纳米氧化镁8份、n,n-二(磷酸乙基)双胍14份、白油与硅油和醋酸纤维素共计8份、硬脂酸钙与油酸酰胺和硬脂酸共计6份、环己酮32份、抗菌抗病毒微胶囊13份、聚氨酯树脂14份；抗菌抗病毒微胶囊的原料组分及其组分的重量份数为：乙基纤维素9份；罗汉柏油5份；茴香油4份；金银花、连翘、甘草复合药物提取物5份；明胶38份；乳化剂2份；二氯甲烷15份；蒸馏水100份。该具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料的制备方法同实施例1。
45.对实施例1制备得到的具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料进行抗菌性能测试，取实施例1制备得到的样品等分为3份抗菌抗病毒阻燃样品进行抗菌性能测试，检测方法：gb/t 20944.3-2008纺织品抗菌性能的评价第3部分：震荡法，以市售的膨体聚四氟乙烯树脂过滤膜作为对照样，测试结果见表1。
46.表1
[0047][0048]
wt:3个对照样18h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度的平均值(cfu/ml)。
[0049]
w0:3个对照样0h接触时间烧瓶内的活菌浓度的平均值(cfu/ml)。
[0050]
f:对照样的试验菌增长值。
[0051]
f＝lgwt-lgw0。
[0052]
qt:3个抗菌抗病毒阻燃样品18h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度的平均值(cfu/
ml)。
[0053]
样品灭菌方式为高压蒸汽灭菌(121℃，15min)。
[0054]
由表1可以看出，采用本发明所述的原料组成、原料配比及生产工艺，制得的复合过滤材料具有高效的抗菌抗病毒效果，具有广泛的工业应用前景。
[0055]
对实施例1-5制备得到的具有阻燃功能的抗菌抗病毒复合过滤材料进行阻燃性能测试，按照ul94可燃性测试标准进行测试，以市售的膨体聚四氟乙烯树脂过滤膜作为对比例，测试结果见表2
[0056]
表2
[0057][0058][0059]
由表2可以看出，采用本发明所述的原料组成、原料配比及制备工艺，制得的复合过滤材料具有优异的阻燃性能，安全性好。
[0060]
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。