专利名称：含有甲壳素的聚合物母粒、空气过滤网单丝及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有甲壳素的聚合物母粒、包含该聚合物母粒的空气过滤网单丝及其制备方法和用途。
背景技术：
甲壳素是自然界生物合成量仅次于纤维素的天然高分子，具有良好的抗菌除臭功能、对皮肤的护理功能、抗静电功能、抗辐射功能等性能。而且，甲壳素具有良好的生物相容性和生物可降解性，是纯天然的环保材料。目前甲壳素的研究与应用主要在生物医用和保健用材料、环保新型材料、食品添加剂以及化工、轻工和纺织助剂等领域。在空气过滤器领域中尚未涉及。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保的，具有抗菌除臭功能的聚合物母粒以及利用该聚合物母粒制得的空气过滤网单丝。本发明第一方面提供一种含有甲壳素的聚合物母粒，所述聚合物母粒包含⑴甲壳素；( )聚合物，所述聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；其中，所述甲壳素的重量占母粒总重量的2 % 7 %。另一方面，本发明提供一种含甲壳素的空气过滤网单丝，所述单丝包含(1)本发明上述含有甲壳素的聚合物母粒；(2)聚合物，所述聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；其中，所述含有甲壳素的聚合物母粒的重量占整个单丝重量的10% 30% ；所述单丝直径为0. 1 0. 5mm。在优选实施方式中，所述聚合物母粒中包含的聚合物(ii)与所述单丝所含的聚合物( 相同。更优选地是，所述聚合物母粒中包含的聚合物(ii)与所述单丝所含的聚合物(2)均是聚丙烯。本发明另一方面提供本发明所述空气过滤网单丝的制备方法，它包括如下步骤(a)将甲壳素⑴与聚合物(ii)经造粒工艺制成含有甲壳素的聚合物母粒，所述聚合物(ii)选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种，所述甲壳素的重量占聚合物母粒总重量的2% 7%;(b)将由步骤(a)得到的聚合物母粒和聚合物( 经纺丝工艺制成直径为0. 1 0. 5mm的单丝，所述聚合物( 选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种； 所述聚合物母粒的重量占整个单丝重量的10% 30%。
在优选实施方式中，所述造粒工艺依次包括混合、搅拌、熔融挤出和造粒；所述纺丝工艺依次包括烘料、混合、搅拌、熔融挤出、冷却、牵伸、定型和收卷。本发明再一方面提供空气过滤网单丝编织成空气过滤网在空气过滤器中的应用。 所述空气过滤器安装在空调器、空气净化机或空气清新器中。本发明含有甲壳素的聚合物母粒不仅有抗菌除臭、吸收高辐射等性能，还有抗病毒、抗细菌感染等药理功能。将本发明含有甲壳素的聚合物母粒应用到空气过滤领域中，不仅能有效改善室内空气质量，还可减少许多过敏性疾病的发生，对净化空气和人体健康有积极作用。
具体实施例方式本发明含有甲壳素的母粒中，甲壳素的重量占母粒总重量的2% 7%，如果甲壳素的重量低于2%，则甲壳素发挥的功能不明显，抗菌除臭效果差；如果高于7%，则甲壳素含量过多，导致材料的脆性变大，并增大了成本。在本发明优选实施方式中，甲壳素的重量优选占母粒总重量的3^-6%,更优选4^-5 ^另外，所述聚合物母粒中还可任选加入各种其他常规的添加剂，以利于聚合物母粒的加工或提高母粒的性能。所述添加剂可以选自以下的一种或多种稀释剂、热稳定剂和降温母粒等等。这些添加剂可以采用本领域常规的稀释剂和热稳定剂。所述稀释剂可以采用液体石蜡(也称白油)等。在本发明中，所述稀释剂具有提高混合分散效果的作用。所述热稳定剂可以采用硬脂酸锌(又称十八酸锌)和硬脂酸钙(又称十八酸钙)。在本发明中，所述热稳定剂可以提高树脂基体的热稳定性，同时还有润滑的作用。所述降温母粒采用常规的二叔丁基过氧化物，它可降低纺丝温度，并改善纺丝过程。这些添加剂的用量是本领域的常规用量。例如，稀释剂的用量可以为甲壳素的 1 2重量％。热稳定剂的用量可以是甲壳素的1 1.5重量％。降温母粒的用量是甲壳素的1-3重量％。本发明含有甲壳素的母粒中所使用的聚合物可以选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、 聚酯、聚酰胺中的至少一种，优选聚丙烯。本发明空气过滤网单丝包含本发明所述含有甲壳素的聚合物母粒和聚合物材料， 所述母粒的重量占整个单丝重量的10 % 30 %，优选10 % 25 %，更优选15 % 20 %。如果母粒含量低于10%，则单丝的抗菌和除臭功能不足，达不到所要求的性能；如果母粒含量大于30%，则会降低单丝的强度，成本也较高。所述单丝中的聚合物材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种。对于空气过滤器中的空气过滤网，优选采用聚丙烯。在本发明一个优选的实施方式中，单丝所包含的聚合物材料O)与聚合物母粒中的聚合物(ii)相同。这样，单丝中所包含的聚合物材料O)与母粒中的聚合物(ii)相容性好，有利于聚合物单丝的加工，而且单丝的性能更均一。在本发明的另一个优选实施方式中，单丝所包含的聚合物材料( 与母粒中的聚合物(ii)均为聚丙烯，这是因为聚丙烯最适于用作空气过滤器中的空气过滤网材料。本发明的含有甲壳素的单丝的直径没有特别限制。其直径可以根据实际需要进行选择。本发明所述单丝的直径一般为0. 1 0. 5mm。当其用于空气过滤器中的空气过滤网时，其直径优选0. 1 0. 3mm,再优选0. 15 0. 25mm。本发明的聚合物母粒采用常规的造粒工艺获得将甲壳素粉和聚合物按照所要求的比例，进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，制成本发明的母粒。本发明的聚合物单丝也采用常规的纺丝工艺获得将上述制得的母粒颗粒与聚合物材料进行烘料，并按照所要求的比例，进行混合、搅拌，然后由挤出机熔融挤出、冷却、牵伸、定型、收卷，制成单丝。下面结合具体的步骤依次描述单丝的制备方法。(1)烘料将纺丝级的聚合物原料和含有甲壳素的聚合物母粒放入烘干机中烘干，烘料温度没有特别限制。采用一般的烘料温度即可。需要注意温度不能过高，也不能过低。过高会使聚合物原料软化，粘结成块；温度过低，干燥作用不足。烘料温度优选50 75°C，更优选为 60 65°C。(2)混合和搅拌将本发明的聚合物母粒与聚合物材料O)以所需要的重量比例，加入常规搅拌机中进行混合，并充分搅拌。(3)熔融挤出将充分搅拌的配料放入常规挤出机中通过预热、熔化、塑化、喷丝工序后熔融挤出单丝，挤出温度可以采用本领域常规的温度范围。挤出温度优选150 250°C。当挤出温度低于150°C，挤出不顺利，单丝的质量和挤出产量受到影响；当挤出温度高于250°C时，会使聚合物降解，甲壳素碳化，影响单丝加工过程和单丝的力学性能。熔融挤出温度优选175 245 0C，更优选 195 225 °C。(4)冷却将熔融挤出的单丝放入水槽中冷却，水槽冷却温度一般为10 40°C。当冷却温度低于10°C时，会造成单丝结晶不均勻，力学性能差。当冷却温度高于40°C时，会造成结晶不足，单丝较软，强度不足。冷却温度优选15 35°C，更优选20 30°C，最优选25°C。(5)牵伸将冷却后的单丝放入牵伸机中进行牵伸。牵伸温度一般为90 105°C、牵伸倍数一般为5. 0 6. 5倍。如果牵伸温度低于90°C，单丝容易断裂；如果高于105°C，聚合物会软化，甚至局部熔化，不利于牵伸。牵伸温度优选90 100°C，更优选97 98°C。如果牵伸倍数低于5. 0，单丝的强度等力学性能不足，而且伸长率偏大。如果牵伸倍数高于6. 5，单丝强度则偏大，但是伸长率偏小。牵伸倍数优选5. 2 6. 2，更优选5. 5 6. 0，最优选5. 8。(6)定型将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度优选90 110°C，回缩率优选 0. 2 1. 0%。当定型温度低于90°C时，定型不足，单丝在使用过程中容易变形，当定型温度高于CN 102408628 A
说明书
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IlO0C,单丝会软化，甚至局部熔化，不利于定型。定型温度优选95 105 °C，更优选98 102 °C。如果定型中的回缩率大于1.0%，收缩率偏大，那么由该单丝制成的网的面积会缩小，由此成本增高。回缩率优选0. 4 0. 8 %。(7)收卷将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力一般为200cN 270cN，收卷速度一般为110米/分钟 150米/分钟。如果收卷张力低于200cN，那么张力太小，丝的收卷困难。如果收卷张力高于 270cN，那么张力太大，丝会产生卷取变形。收卷张力优选220cN 250cN，更优选230cN 240cN。同样，收卷速度低于110米/分钟或高于150米/分钟，会使单丝编织成网后在使用过程中变形。收卷速度优选120米/分钟 140米/分钟。在本发明中，制得的单丝用常规的编织方法编织成空气过滤网。本发明将甲壳素应用到了空气过滤产品领域，改进了现有的单丝制备工艺技术， 获得了一种具有抗菌除臭及抗辐射等性能的单丝。用该类单丝编织成空气过滤网，可以装入抗菌净化空调机中进行空气过滤。该单丝还可用于其它要求具有抗菌除臭清新空气功能的产品中。将单丝编织成空气过滤网，经测试，过滤网具有良好的力学性能、抗菌等性能，完全满足空气过滤器中过滤网的要求，其断裂强力》SOOcN,断裂伸长率为18 25%，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抗菌率> 90%。其中，过滤网的断裂强力和伸长率试验是按照国家标准GB/T 3923. 1-1997《纺织品织物拉伸性能-第1部分断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》进行。所使用的试验设备是“织物拉力试验机”。另外，过滤网对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率试验是按照国家行业标准QB/ T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性试验方法和抗菌效果》进行。该标准对应日本标准JIS Z 2801 :2000和美国标准ASTM G 21 :1996。使用的主要试验仪器包括恒温恒湿培养箱、生物光学显微镜、压力蒸汽灭菌器等。试验方法包括定量接种细菌于试验样品上，用贴膜的方法使细菌均勻接触样品，经过一定时间的培养后，测得样品中的活菌数，从而计算出样品的抗菌率。
实施例以下实施例是对本发明的进一步说明，并不限制本发明的范围。实施例1取适量的甲壳素粉和聚丙烯，使甲壳素重量占两者总重量的3%，将两种材料进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发明的甲壳素聚丙烯母粒。取适量的甲壳素聚丙烯母粒和纺丝级聚丙烯，使母粒重量占两者总重量的20%， 分别在65°C温度下烘料3小时，然后将上述材料加入搅拌机中进行混合，并充分搅拌。
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将搅拌好的混合料放入常规挤出机中，在200°C下熔融挤出，并通过冷却槽冷却， 冷却温度为25°C。将冷却后的单丝放入牵伸机中进行牵伸，牵伸温度为100°C，牵伸倍数为5. 6倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为100°C，回缩率为0. 6%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为235cN，收卷速度为135米/分。制成的单丝直径为0. 20mm。将单丝编织成空气过滤网，密度为15根/厘米X 15根/厘米，即经向和纬向每厘米各有15根丝。测试结果为断裂强力为880cN，断裂伸长率为20%，大肠杆菌抗菌率为
95%，金黄色葡萄球菌抗菌率为96 %。实施例2取适量的甲壳素粉和聚丙烯，使甲壳素重量占两者总重量的3. 8%，将两种材料进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发明的甲壳素聚丙烯母粒。取适量的甲壳素聚丙烯母粒和纺丝级聚丙烯，使母粒重量占两者总重量的23%， 分别在65°C温度下烘料3小时，然后将上述材料加入搅拌机中进行混合，并充分搅拌。将搅拌好的混合料放入常规挤出机中，在195°C下熔融挤出，并通过冷却槽冷却， 冷却温度为20°C。将冷却后的单丝放入牵伸机中进行牵伸，牵伸温度为100°C，牵伸倍数为5. 8倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为100°C，回缩率为0. 7%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为MOcN，收卷速度为130米/分。制成的单丝直径为0. 25mm。将单丝编织成空气过滤网，密度为15根/厘米X15根/厘米，即经向和纬向每厘米各有15根丝。测试结果为断裂强力为950cN，断裂伸长率为18%，大肠杆菌抗菌率为
96%，金黄色葡萄球菌抗菌率为98 %。实施例3取适量的甲壳素粉和聚丙烯，使甲壳素重量占两者总重量的4%，将两种材料进行混合、搅拌、熔融挤出、造粒，即制成本发明的甲壳素聚丙烯母粒。取适量的甲壳素聚丙烯母粒和纺丝级聚丙烯，使母粒重量占两者总重量的沈％， 分别在65°C温度下烘料3小时，然后将上述材料加入搅拌机中进行混合，并充分搅拌。将搅拌好的混合料放入常规挤出机中，在210°C下熔融挤出，并通过冷却槽冷却， 冷却温度为30°C。将冷却后的单丝放入牵伸机中进行牵伸，牵伸温度为100°C，牵伸倍数为5. 2倍。将牵伸过的单丝放入定型机中进行热定型，定型温度为100°C，回缩率为0. 5%。将定型过的单丝在收卷机上卷取，收卷张力为250cN，收卷速度为140米/分。制成的单丝直径为0. 30mm。将单丝编织成空气过滤网，密度为15根/厘米X15根/厘米，即经向和纬向每厘米各有15根丝。测试结果为断裂强力为1050cN，断裂伸长率为大肠杆菌抗菌率为
97%，金黄色葡萄球菌抗菌率为99 %。
权利要求
1.一种含有甲壳素的聚合物母粒，所述聚合物母粒包含 ⑴甲壳素；(ii)聚合物，所述聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种； 其中，所述甲壳素的重量占母粒总重量的2% 7%。
2.一种含甲壳素的空气过滤网单丝，所述单丝包含(1)权利要求1所述的含有甲壳素的聚合物母粒；(2)聚合物，所述聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种； 其中，所述含有甲壳素的聚合物母粒的重量占整个单丝重量的10% 30% ；所述单丝直径为0. 1 0. 5mm。
3.根据权利要求2所述的单丝，其中，所述聚合物母粒中包含的聚合物(ii)与所述单丝所含的聚合物( 相同。
4.根据权利要求2所述的单丝，其中，所述聚合物母粒中包含的聚合物(ii)与所述单丝所含的聚合物( 均是聚丙烯。
5.权利要求2-4任一项所述单丝的制备方法，它包括如下步骤(a)将甲壳素(i)与聚合物(ii)经造粒工艺制成权利要求1所述的含有甲壳素的聚合物母粒，所述聚合物(ii)选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种，所述甲壳素的重量占聚合物母粒总重量的2% % ；(b)将由步骤(a)得到的聚合物母粒和聚合物( 经纺丝工艺制成直径为0.1 0. 5mm 的单丝，所述聚合物( 选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺中的至少一种；所述聚合物母粒的重量占整个单丝重量的10% 30%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述造粒工艺依次包括混合、搅拌、熔融挤出和造粒；所述纺丝工艺依次包括烘料、混合、搅拌、熔融挤出、冷却、牵伸、定型和收卷。
7.权利要求2-4任一项所述单丝编织成空气过滤网在空气过滤器中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其中，所述空气过滤器安装在空调器、空气净化机或空气清新器中。
全文摘要
本发明涉及一种含有甲壳素的聚合物母粒以及包含该聚合物母粒的空气过滤网单丝。所述聚合物母粒包含(i)甲壳素粉；和(ii)聚合物。在母粒中，甲壳素粉的重量占母粒总重量的2％～7％。所述单丝包含(1)含甲壳素的聚合物母粒；和(2)聚合物材料。其中，含甲壳素的聚合物母粒的重量占整个单丝重量的10％～30％；所述单丝直径为0.1～0.5mm。所述单丝的制备方法包括将甲壳素粉与聚合物混合、搅拌、熔融挤出、造粒，制成含有甲壳素的母粒；将制得的母粒与聚合物材料依次进行烘料、混合、搅拌、熔融挤出、冷却、牵伸、定型、收卷等常规纺丝方法制成单丝。本发明的单丝用于编织成空气过滤器中的甲壳素空气过滤网，具有抗菌除臭、抗静电功能。
文档编号C08L5/08GK102408628SQ20111028156
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者丁宏广, 黄禄英 申请人:浙江金海环境技术股份有限公司