一种抗菌空气过滤材料及其制备方法

背景技术：

1、随着社会快速发展和人们生活水平的提高，人们逐渐发现细菌、霉菌等有害微生物严重危害着人的自身健康、生活质量与居住环境，人们对健康意识和医疗水平要求的越来越高，在日常的生产和生活中对细菌和病毒的抵御和防范也越来越重视，以更好的保障自身的生命财产安全。空气质量是人们生产和生活最密切的环境因素，对空气的净化处理技术研究具有重大的现实意义，是研究的热点之一。

2、目前，气体过滤技术和抗菌技术在空气净化工程和设备中是分开实施的，并且其应用的材料和工艺也互有区别。其中，一般的空气过滤技术采用由纤维或多孔材料组成的装置，可以从空气中去除固体微粒，如灰尘、花粉、霉菌和细菌，包含吸附剂或催化剂的过滤器也可以去除异味和气态污染物。按照材料种类来分，一般可分为化学纤维滤料、活性炭滤料、矿物基空气净化材料等。任何一种杂质的滤除过程中，都有一个明显的缺点，即随着过滤杂质的增多会引起杂质在滤材上的富集，而富集在滤材上的微生物可以利用富集的杂质为养分进行繁殖，导致更多的污染物的产生，最终影响空气质量。

3、聚丙烯腈纤维又称腈纶，是由丙烯腈和其他第二单体、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。具有质地蓬松，密度小回弹性高特点，具有优异的耐光性、耐候性、耐虫蛀性、耐辐射性、抗生物降解性和较好的染色性。产业上，聚丙烯腈纤维应用于室外织物、水泥增强材料、滤材、预氧化纤维和碳纤维等领域。由于其表面的氰基基团（–cn）可以与其他化学试剂发生反应，在研究及应用领域成为热点。

4、在当前状态下，愈来愈多的人开始中试空气过滤材料的抗菌性能，对该类材料的市场需求迅猛增加。而且，随着病毒、细菌等的变异和耐药性增强，迫切需要有强大抗菌性能的产品应用。专利cn201910886302.6将季铵盐抗菌单体在聚丙烯膜基材表面接枝形成负载长分子链的纤维滤材，细化了过滤基材的过滤孔径，并通过含有碳原子个数大于8的烷烃链破坏细菌膜，达到杀灭细菌的效果，应用于水质过滤领域，成本较高且具有后续单体溶出风险。专利cn114892345a将聚丙烯，低共熔溶剂，抗菌肽等混合共熔，经纺粘法或熔喷法加工得到抗菌聚丙烯无纺布，制备方法不仅成本高，纺粘与熔喷过程易造成抗菌剂失效。专利cn114887396a介绍了一种抗菌消毒透明性好的空气过滤材料的制备方法，将纳米纤维悬浮液熔喷到多孔透明基材表面，在多孔透明基材表面形成纳米纤维膜，再将纳米线溶液喷涂于纳米纤维膜表面，干燥后得到抗菌消毒透明性好的空气过滤材料。不仅步骤繁琐，反应过程中采用金属离子，具有溶出风险。专利cn113106633a将纳米载银二氧化钛和多种纳米粒子添加到聚丙烯中共混纺丝得到抗菌纺粘布，不仅成本高，纳米粒子也容易聚集造成喷丝孔阻塞。专利cn109722788a通过将壳聚糖、纳米氧化锌、芳香油等乳化分散，加入组成复杂的预备溶液，再加入盐、酸和季铵盐反应，制备出抗菌胶囊，然后将抗菌胶囊与聚丙烯混合熔融后制备得到抗菌无纺布，成分复杂，工艺繁琐。专利cn112746500a将聚丙烯无纺布涂覆、浸渍改性电气石层和季铵盐化壳聚糖层得到抗菌聚丙烯无纺布，这种后整理的方式无疑增加生产成本，也影响无纺布的结构性能。因此，研究环保、绿色、工艺简单的加工技术制备抗菌空气过滤材料是非常必要的。

技术实现思路

1、本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种抗菌空气过滤材料，其通过环保、绿色、工艺简单的加工技术制备获得，主要是利用低熔点纤维在高温下复合粘连，聚丙烯腈纤维与多胺试剂的反应生成抗菌基团，抄造法制备的基材提供了气体过滤和抗菌性能。

2、本发明还提供了上述抗菌空气过滤材料的制备方法和应用。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种抗菌空气过滤材料，所述抗菌空气过滤材料为热粘合抄造无纺布，其由下述重量份数的原料制成：聚丙烯腈纤维60~75份，低熔点纤维3~15份，分散剂0.5~2份，多胺试剂10~30份。

5、具体的，所述低熔点纤维可以由聚烯烃类纤维或聚醋类低熔点纤维中的一种或两种以上的混合物，如可以是低密度聚乙烯纤维、聚乳酸（pla）玉米纤维、低熔点尼龙热熔丝、聚丙烯纤维等。

6、具体的，所述的分散剂可以为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、木质素磺酸钠等中的任意一种。

7、具体的，所述的多胺试剂可以为多乙烯多胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺等中的一种或两种以上的混合物。

8、本发明提供了一种上述抗菌空气过滤材料的制备方法，其包括如下步骤：

9、s1.将聚丙烯腈纤维、低熔点纤维加工成短纤，备用；

10、s2.将分散剂、多胺试剂放入容器中，加入适量的水，加热搅拌至溶解；

11、s3.将s1加工后的聚丙烯腈纤维短纤、低熔点纤维短纤放入容器中，充分搅拌至悬浮状态；

12、s4.将步骤3产物进行抄造成型，得到抗菌空气过滤材料基材；

13、s5.将步骤4获得的抗菌空气过滤材料基材进行烘干，烘干过程中温度为105℃~130℃，烘干时间为5~20min。

14、上述的制备方法，具体的，s1中的聚丙烯腈纤维短纤、低熔点纤维短纤的长度为1~5mm，直径为3~15μm。

15、上述的制备方法，具体的，s2加热温度为30~70℃。

16、上述的制备方法，进一步的，s3中搅拌时间5~60min。

17、进一步的，s4中采用抄造法得到抗菌空气过滤材料基材，可以使用手工抄造或机器抄造。

18、本发明将聚丙烯腈纤维与分散剂、低熔点纤维、多胺试剂在水溶液中进行混合，利用纤维复合抄造工艺，用原有的长网、圆网、多层成形器即可抄造得到过滤材料基材。在加热烘干过程，提高干燥温度，同时进行短纤融合、多胺试剂与聚丙烯腈短纤进行反应，得到具有抗菌性能的空气过滤材料。抗菌物质均负载在纤维本身，抗菌效果佳，低熔点纤维融化聚合，极大的增强了滤料自身强度，且具有较高的抗菌性能；低熔点纤维聚合过程中抗菌反应同时发生，客观上增大了纤维比表面积，利于提高空气过滤效率。

19、本发明主要是利用低熔点纤维在高温下复合粘连，聚丙烯腈纤维与多胺试剂反应生成具有抗菌基团的杂多胺基纤维，赋予了基材较好的抗菌性能。和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、（1）本发明所用低熔点纤维为聚烯烃纤维或聚酯类纤维，加热后可将聚丙烯腈及其他纤维进行热粘合，所得粘合过滤材料无纺布的机械强度高；

21、（2）利用聚丙烯腈短纤与多胺试剂在烘干过程中进行的原位反应，制备获得了杂多胺基纤维无毒，其抗菌性能高（按照fz/t 73023-2006抗菌针织品，震荡法进行抗菌性能测试，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌的抑菌率均大于99%），绿色环保，生产工艺简单，与抄造法制无纺布工艺几乎无差别，因此推广成本低，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种抗菌空气过滤材料，其特征在于，其由下述重量份数的原料制成：聚丙烯腈纤维60~75份，低熔点纤维3~15份，分散剂0.5~2份，多胺试剂10~30份。

2.如权利要求1所述的抗菌空气过滤材料，其特征在于，所述低熔点纤维由聚烯烃类纤维或聚醋类低熔点纤维中的一种或两种以上的混合物。

3.如权利要求1所述的抗菌空气过滤材料，其特征在于，所述的分散剂为聚丙烯酰胺、聚乙稀醇、木质素磺酸钠中的任意一种。

4.如权利要求1所述的抗菌空气过滤材料，其特征在于，所述的多胺试剂为多乙烯多胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺中的一种或两种以上的混合物。

5.一种权利要求1所述的抗菌空气过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的抗菌空气过滤材料的制备方法，其特征在于，s1中的聚丙烯腈纤维短纤、低熔点纤维短纤的长度为1~5mm，直径为3~15μm。

7.根据权利要求6所述的抗菌空气过滤材料的制备方法，其特征在于，s2加热温度为30~70℃。

8.根据权利要求6所述的抗菌空气过滤材料的制备方法，其特征在于，s3中搅拌时间5~60min。

9.根据权利要求6所述的抗菌空气过滤材料的制备方法，其特征在于，s4中采用抄造法得到抗菌空气过滤材料基材，使用手工抄造或机器抄造。

10.权利要求1至4任一所述的抗菌空气过滤材料在口罩、空气过滤器、空调滤网中的应用。

技术总结
本发明公开了一种抗菌空气过滤材料，其由下述重量份数的原料制成：聚丙烯腈纤维60~75份，低熔点纤维3~15份，分散剂0.5~2份，多胺试剂10~30份。本发明抗菌空气过滤材料，抗菌物质均负载在纤维本身，抗菌效果佳，低熔点纤维融化聚合，极大的增强了滤料自身强度，且具有较高的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌的抑菌率均大于99%；低熔点纤维聚合过程中抗菌反应同时发生，客观上增大纤维比表面积，空气过滤效率佳。

技术研发人员：黄伟庆,田振邦,赵可江,黄做华,寇丽栋,段文杰,王静,王俊,崔俊峰,许欣欣,贾俊俊,陈继红,赵亮
受保护的技术使用者：河南省科学院化学研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12