本发明涉及过滤材料领域，尤其涉及一种可释放生态负离子的过滤材料及其制备方法。
背景技术：
目前，通风过滤网主要是以pp、pet等纤维纺织成型制成一体，其耐酸碱性，耐腐蚀性均较佳，而且阻力低，可以进行反复清洗，经济性相对来说非常高，另外其所捕捉之长短纤维及尘粒易清洗，过滤效率不受清洗影响，耐冲击强度非常好，是广大客户的首选产品。空调过滤网为凹凸式蜂巢结构，可广泛应用于污水过滤系统、空气过滤，易于多次清洗调换，起效时间持久。而且空调过滤网清洗方便，得到广大用户的认可。上述这些都是粗效过滤网，主要用途就是粗尘过滤，空气过滤系统预过滤。直接过滤，工艺简单，透气性好，精度均匀稳定，不泄漏，再生性能好、再生速度快、安装方便、效率高、使用寿命长。主要用于空调、净化器，抽油烟机、空气滤清器，除湿器及除尘器等，适用于各种不同的过滤、除尘和分离要求，适用于石油、化工、矿产、食品、制药等各行各业的过滤。
过滤网的用途越来越广，一般家庭里也都会经常用到。但是目前的过滤材料仅限于对空气的粗过滤，无法去除掉空气中的微小粉尘等，以及空气中的甲醛等有机污染物。因此，应用过滤材料去除空气中污染物和有害成份，将是有益于人体健康和造福于人类的事情。
负氧离子在带有正电颗粒离子的污秽空气中发生中和作用，从面可以改善空气质量。另外，负氧离子能促进人体新陈代谢，提高免疫力，调节机能平衡，令人心旷神怡，被喻为“空气维生素”。另外负氧离子还具有良好的生物活性，吸入人体的多是以负氧离子团的水合物和碳酸根氧离子团的结合物为主。因此，负氧离子在医疗上，对早期高血压，闭锁性、痉挛性血管病变、神经衰弱、慢性胃炎、上呼吸道炎症、气管哮喘、萎缩性鼻炎、烧伤、阿夫他口腔炎等，均有疗效。并实验证明空气负离子可降低血中5-羟色胺含量，增强神经抑制过程；有镇静、催眠、降低血压作用，使脑电波频率加快，运动感觉时值加快，血沉变慢，使血液粘稠性降低、血浆蛋白、红细胞血色素增加，使肾、肝、脑等组织氧化过程增强，使肺部吸氧、排出二氧化碳功能增加，减少血糖及肌肉中的乳酸，提高网状内皮层系统的功能，促进体内合成和储存维生素，提高基础代谢，促进蛋白质代谢，加强免疫系统，对保健、促进生物生长、发育有好的功效。空气离子用于治疗的临床经验表明，负离子对某些疾病有比较明显疗效。例如对过敏性枯草热(花粉热)，支气管哮喘，上呼吸道粘膜炎，溃疡性口腔炎，萎缩性鼻炎，高血压，神经官能症，偏头痛，失眠以及烧伤等，均能起到缓解轻症状及治愈效果。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可释放生态负离子的过滤材料及其制备方法，本发明的过滤材料具有较强的吸附性能，可有效去除空气或水体中有机污染物、无机粉尘等，起到精滤效果；此外，本发明的过滤材料还具有高效固载性能，负载物不易脱落，生态负氧离子的释放持久稳定，最高可达25000个/cm2，可高效去除空气中的有机污染物，如甲醛等。
本发明的具体技术方案为：一种可释放生态负离子的过滤材料，所述过滤材料的主体为负载有纳米负离子粉体的高分子材质的空气或水体过滤基材；所述纳米负离子粉体占过滤材料总质量的0.01～10％；过滤材料的生态负离子释放量在500～25000个/cm2。
作为优选，所述纳米负离子粉体的组分选自电气石、蛋白石和硅酸岩矿物中的一种或几种，所述电气石、蛋白石和硅酸岩矿物中含有铝、钠、铁、镁、锂、硼等微量元素。
本发明复配的负离子粉体不会出现放射性超标等现象。
作为优选，所述过滤基材为化纤类纤维制备的无纺布或多孔膜；所述化纤类纤维为聚酯类纤维或纤维素类纤维。
作为优选，所述聚酯类纤维为pet纤维、pp纤维、pe纤维或pu纤维等；所述纤维素类纤维为天然纤维素纤维和再生纤维素纤维。
作为优选，所述天然纤维素纤维选自麻纤维、棉花；所述再生纤维素纤维选自粘胶纤维、tencel纤维、lyocell纤维、modal纤维或竹纤维等。
一种过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将负离子粉体、无机分散剂和去离子水加入湿法高速研磨机中高速研磨0.5-5h，制得含有粒径为10～100nm的纳米负离子粉体的稳定均匀分散液。
2)将稳定均匀分散液加入到待乳化的开孔水性胶粘剂中，高速搅拌并乳化，制得纳米负离子粉体含量为0.1～10wt％、胶粘剂固含量为10～55wt％的开孔水性胶粘剂乳液。
3)选定过滤基材，将开孔水性胶粘剂乳液采用间隙式点喷流水工艺，对过滤基材进行多次分散式点喷流水作业，得到负载有纳米负离子粉体的过滤基材。
4)将步骤3)所得的过滤基材在常温～120℃下，3～15min固化处理，制得成品。
本发明采用自行复配的负离子粉体不会出现放射性超标等现象，释放的负离子符合生态环保、保健与治疗功能要求，且能持久稳定释放；本发明采用开孔水性胶粘胶剂具有以下优势：一是克服了其它油性胶粘剂或其它化学试剂在过滤基材使用过程中带来的二次污染和对人体造成的伤害；二是开孔的胶粘剂具有使负离子粉体在基材表面产生更多的暴露点，导致负离子释放效果比常用的油性胶粘剂或其它化学试剂等明显提高；本发明采用间隙式分散式点喷工艺方法不会造成过滤基材原有孔隙的堵塞而影响空气或水体的通透，且与其它工艺方法相比还会节约大量的成本，减小废水和废气等的排放；本发明采用水性胶粘剂可以在在常温～120℃下范围内快速固化，与其它工艺相比节约大量的烘干所需能源，同时也节约大量生产成本。
作为优选，步骤1)中，所述无机分散剂为：
硅酸盐类或聚丙烯酸类中的一种或几种混合物，在分散液中浓度为0.1～3.0wt％；
或聚丙烯酸类中的一种或几种混合物，在分散液中浓度为0.1～3.0wt％；
或碱金属磷酸盐类中的一种或几种混合物；在分散液中浓度为0.1～3.0wt％；
或硅酸盐类或聚丙烯酸类和碱金属磷酸盐类中的几种混合物，在分散液中浓度为0.1～3.0wt％。
作为优选，所述硅酸盐类选自水玻璃、kh-550、kh-560和kh-570；所述聚丙烯酸类选自聚丙烯酸类金属盐，选自聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠等；所述碱金属磷酸盐类选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等。
使用上述无机分散剂主要基于负离子粉体在水中高速研磨，在其表面会产生相应的活性基团，也会产生一定的电负性，选用此类无机分散剂是使其表面的活性基团发生中和，减小粉体相互之间的电负性吸引而团聚，同时与无机分散剂结合后，由于无机分散剂的水溶性效果好，使其在溶液中的分散效果将会大大提升，减少团聚现象。
作为优选，步骤2)中，所述水性胶粘剂选自开孔聚氨酯、开孔环氧树酯和开孔丙烯酸树酯水性胶粘剂中一种或几种混合物。
作为优选，步骤3)中，所述间隙式点喷流水工艺是指根据过滤基材材质、面积、流水作业速度及其负离子粉体负载量，采用顶上下喷或底下上喷或两者同时喷的间隙式喷涂方法，间隔为0～20m2/秒。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、本发明的过滤材料采用自行复配的健康生态的负离子粉和水性胶粘剂，不会对人身与环境产生危害，更不会产生二次污染。
2、本发明的过滤材料采用开孔的水性胶粘剂，具有高效固载性能，且负离子粉体基本暴露接触空气，生态负氧离子的释放率高且持久稳定。
3、本发明的过滤材料采用间隙式点喷的工艺技术与工艺，可以有效地调控过滤材料的孔隙率以及过滤材料负离子释放率，产品质量稳定可靠。
4、本发明在使用负离子粉体少而释放量高且持久的原因，关键是选用了自行复配的负离子粉体、开孔的水性胶粘剂和合适的间隙式点喷涂工艺技术，一是根据矿物粉体种类、粒径大小以及相互复配等对负离子的释放效率的影响因素，采用自行复配的纳米负离子释放粉体，其具有较高的单体负离子释放效率；二是因为开孔的水性胶粘剂使绝大多数负离子粉体暴露并直接接触空气，导致负离子释放效果也会大幅提高，负离子粉体的使用率也会大幅提高。而目前常用的非开孔的胶粘剂会将大部分负离子粉体覆盖在表面膜下而无法接触空气，影响负离子释放效率。另外，使用水性胶粘剂会使负离子粉体更牢固地固定在过滤基材表面，经过多次使用或清洗或弯折都不会导致释放效果的明显下降，而常用的偶联剂工艺技术或后整理技术都无法使负离子粉体牢固地固定在过滤基材表面，导致使用效率越来越低；三是间隙式点喷工艺技术，此工艺技术具有三大优点，一是不会堵孔，保持过滤基材孔隙率不会产生变化，二是纳米粉体分散均匀，基材负离子释放效率高且均匀，产品质量稳定，三是不会产生二次污染，且节约大量生产成本。
5、此外，本发明技术方案在研发过程中遇到并克服了一些技术难点，诸如负离子粉体放射性与负离子释放量之间的矛盾问题，本发明采用自行选择的放射性能符合要求的几种粉体进行优化复配，制得释放生态负离子的粉体，且采用湿法研磨工工艺，得到纳米级且分散均匀稳定的生态负离子的粉体分散液；针对使用负离子粉体少而释放量高且持久的难点，本发明采用了开孔的水性胶粘胶剂作为负载基体，因为开孔的胶粘剂使绝大多数负离子粉体基本上都暴露在外面而直接接触空气，这样负离子粉体的使用率将会大幅提高，导致负离子释放效果也会大幅提高，而非开孔的胶粘剂或其它偶联剂的将无法实现。另外，使用水性胶粘剂会使负离子粉体更牢固地固定在过滤基材表面，经过多次使用或清洗或弯折都不会导致释放效果的明显下降，而且克服了其它油性胶粘剂或其它化学试剂在过滤基材在使用过程中带来的二次污染和对人体造成的伤害；针对过滤基材的本身性能不受影响的难点，本发明团队经过多次尝试浸渍、扎染、后整理等工艺，最终选择了间隙式点喷工艺方法，此方法不会造成过滤基材本身孔隙的堵塞而影响空气或水体的通透，而且节约大量的用水和纳米负离子粉体，几乎不用排放废水和废气，节约大量的生产成本，而且不会对基材造成损坏。另外，间隙式点喷工艺技术，喷洒的量少且均匀，可以在在常温～120℃下范围内几分钟就可固化，因此，还会节约大量能源和生产成本。
6、本发明的过滤材料透气性强，无阻隔，不易破，具有抗老化、抗菌、除甲醛等性能，可应用于各类空调、空气净化器、车载工具、家庭和高楼中的过滤系统等过滤系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
总实施例
一种可释放生态负离子的过滤材料，其主体为负载有纳米负离子粉体的高分子材质的空气或水体过滤基材；所述纳米负离子粉体占过滤材料总质量的0.01-10％。过滤材料的生态负离子释放量在500～25000个/cm2。
其中，纳米负离子粉体由电气石、蛋白石和硅酸盐等复配而得。
所述过滤基材为化纤类纤维制备的无纺布或多孔膜；所述化纤类纤维为聚酯类纤维(pet纤维、pp纤维或pu纤维)或纤维素类纤维(天然纤维素纤维或再生纤维素纤维)。天然纤维素纤维选自麻纤维、棉花；所述再生纤维素纤维选自粘胶纤维、tencel纤维、lyocell纤维、modal纤维或竹纤维等。
所述纳米负离子粉体的组分选自电气石、蛋白石和硅酸岩矿物中的一种或几种，所述电气石、蛋白石和硅酸岩矿物中含有铝、钠、铁、镁、锂、硼等中的微量元素。
所述过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将负离子粉体、无机分散剂和去离子水加入湿法高速研磨机中高速研磨0.5-5h，制得含有纳米负离子粉体粒径为10～100nm的稳定分散液。
其中，无机分散剂为：
硅酸盐类或聚丙烯酸类中的一种或几种混合物，在分散液中浓度为0.1～3.0wt％；
或碱金属磷酸盐类中的一种或几种混合物；在分散液中浓度为0.1～3.0wt％；
或硅酸盐类和碱金属磷酸盐类中的几种混合物，在分散液中浓度为0.1～3.0wt％。
所述硅酸盐类选自水玻璃、kh-550、kh-560和kh-570；所述聚丙烯酸类选自聚丙烯酸类金属盐；所述碱金属磷酸盐类选自三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等。
2)将稳定分散液加入到待乳化的开孔水性胶粘剂(开孔聚氨酯、开孔环氧树酯和开孔丙烯酸树酯水性胶粘剂中一种或几种混合物)中，高速搅拌并乳化，制得纳米负离子粉体含量为0.1～10wt％的胶粘剂固含量为10～55wt％的开孔水性胶粘剂乳液；
3)选定过滤基材，采用间隙式点喷流水工艺，对过滤基材进行多次间隙式分散式点喷流水作业，得到负载有纳米负离子粉体的过滤基材。所述间隙式点喷流水工艺是指根据过滤基材材质、面积、流水作业速度及其负离子粉体负载量，采用顶上下喷或底下上喷或两者同时喷的间隙式喷涂方法，间隔为0～20m2/秒。
4)将步骤3)所得的过滤基材在常温～120℃下，3～15min固化处理，制得成品。
实施例1
一种可释放生态负离子的过滤材料，其主体为负载有纳米负离子粉体的高分子材质的空气或水体过滤基材；所述纳米负离子粉体占过滤材料总质量的0.3％。过滤材料的生态负离子释放量平均为5865个/cm2。
其中，所述过滤基材为pet纤维。
所述纳米负离子粉体的组分选自电气石、蛋白石和硅酸岩矿物，配比为45∶35∶20。
所述过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将负离子粉体、无机分散剂和去离子水加入湿法高速研磨机中高速研磨2h，制得含有粒径为50纳米左右的纳米负离子粉体的稳定分散液。
其中，无机分散剂为：kh-550和聚丙烯酸钠在分散液中浓度分别为0.3和0.6wt％；
2)将稳定分散液加入到待乳化的水性开孔聚氨酯中，高速搅拌并乳化，制得纳米负离子粉体含量为2wt％的胶粘剂固含量为35wt％的开孔水性胶粘剂乳液；
3)选定pet过滤基材，采用流水作业面顶上下喷间隙式喷涂工艺，前后喷射时间间隔为10m2/秒。
4)将步骤3)所得的过滤基材在常温80℃下，5min固化处理，制得成品。
实施例2
一种可释放生态负离子的过滤材料，其主体为负载有纳米负离子粉体的高分子材质的空气或水体过滤基材；所述纳米负离子粉体占过滤材料总质量的0.5％。过滤材料的生态负离子释放量平均为8330个/cm2。
其中，所述过滤基材为pet纤维。
所述纳米负离子粉体的组分选自电气石、蛋白石和硅酸岩矿物，配比为45∶35∶20。
所述过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将负离子粉体、无机分散剂和去离子水加入湿法高速研磨机中高速研磨2h，制得含有粒径为50纳米左右的纳米负离子粉体的稳定分散液。
其中，无机分散剂为：kh-550和聚丙烯酸钠在分散液中浓度分别为0.5和0.8wt％；
2)将稳定分散液加入到待乳化的水性开孔聚氨酯中，高速搅拌并乳化，制得纳米负离子粉体含量为2.5wt％的胶粘剂固含量为40wt％的开孔水性胶粘剂乳液；
3)选定pet过滤基材，采用流水作业面顶上下喷间隙式喷涂工艺，前后喷射时间间隔为15m2/秒。
4)将步骤3)所得的过滤基材在常温80℃下，5min固化处理，制得成品。
实施例3
一种可释放生态负离子的过滤材料，其主体为负载有纳米负离子粉体的高分子材质的空气或水体过滤基材；所述纳米负离子粉体占过滤材料总质量的0.7％。过滤材料的生态负离子释放量平均为12366个/cm2。
其中，所述纳米负离子粉体的组分选自电气石、蛋白石和硅酸岩矿物，配比为45∶35∶20。
所述过滤基材为粘胶纤维。
所述过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将负离子粉体、无机分散剂和去离子水加入湿法高速研磨机中高速研磨2h，制得含有粒径为50纳米左右的纳米负离子粉体的稳定分散液。
其中，无机分散剂为：kh-550和聚丙烯酸钠在分散液中浓度分别为0.5和1.0wt％；
2)将稳定分散液加入到待乳化的水性开孔聚氨酯中，高速搅拌并乳化，制得纳米负离子粉体含量为3.5wt％的胶粘剂固含量为42wt％的开孔水性胶粘剂乳液；
3)选定粘胶纤维过滤基材，采用流水作业面顶上下喷间隙式喷涂工艺，前后喷射时间间隔为15m2/秒。
4)将步骤3)所得的过滤基材在常温100℃下，5min固化处理，制得成品。
实施例4
一种可释放生态负离子的过滤材料，其主体为负载有纳米负离子粉体的高分子材质的空气或水体过滤基材；所述纳米负离子粉体占过滤材料总质量的1.0％。过滤材料的生态负离子释放量平均为20228个/cm2。
其中，所述纳米负离子粉体的组分选自电气石、蛋白石和硅酸岩矿物，配比为50∶30∶20。
所述过滤基材为pu纤维。
所述过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将负离子粉体、无机分散剂和去离子水加入湿法高速研磨机中高速研磨3h，制得含有粒径为30-50纳米左右的纳米负离子粉体的稳定分散液。
其中，无机分散剂为：kh-550和聚丙烯酸钠在分散液中浓度分别为0.6和1.2wt％；
2)将稳定分散液加入到待乳化的水性开孔聚氨酯中，高速搅拌并乳化，制得纳米负离子粉体含量为5wt％的胶粘剂固含量为45wt％的开孔水性胶粘剂乳液；
3)选定pu纤维过滤基材，采用流水作业面顶上下喷间隙式喷涂工艺，前后喷射时间间隔为20m2/秒。
4)将步骤3)所得的过滤基材在常温80℃下，5min固化处理，制得成品。
对比例1
具体实施方案同实施例2，区别在于负离子粉体采用市购的负离子粉体。具体测试数据详见表1。
对比例2
具体实施方案同实施例2，区别在于负离子粉体采用市购的放射性超标负离子粉体。具体测试数据详见表1。
对比例3
具体实施方案同实施例2，区别在于施工工艺采用过滤基材3次浸渍到开孔水性胶粘剂中，具体测试数据详见表1。该方案造成大量的胶粘剂浪费，且不易规模化生产。
对比例4
具体实施方案同实施例2，区别在于施工工艺采用连续喷涂工艺，具体测试数据详见表1。该方案造成大量的胶粘剂浪费，提高生产成本。
对比例5
具体实施方案同实施例2，区别在于开孔水性胶粘剂替换为非开孔水性胶粘剂，具体测试数据详见表1。
对比例6
具体实施方案同实施例2，区别在于开孔水性胶粘剂替换为偶联剂kh570，具体测试数据详见表1。该方案造成产品固化不牢固，粉体易脱落，产品质量不稳定。
对比例7
具体实施方案同实施例2，区别在于开孔水性胶粘剂替换为油性胶粘剂，具体测试数据详见表1。
表1实施例与对比例定量对比效果表
从上述数据我们可以看出，目前市购负离子粉体主要存在要么负离子释放不高，要么负离子粉体放射性超标，对于应用于人身健康的过滤基材则需要根据实际要求进行自行复配，达到健康环保的要求；采用的开孔水性胶粘剂作为负载载体明显优于一般水性胶粘剂、油性胶粘剂和偶联剂，而且产品质量等数据达到优等级；对于过滤类材料采用分散式点喷工艺技术负载负离子粉体，产品质量与效果明显优于连续点喷和浸渍等工艺技术，而且基本不影响孔径的通透。因此，本发明采用自行复配的负离子粉体，进行湿法研磨达到纳米级稳定均匀分散液，与开孔水性胶粘剂乳化成富含负离子粉体的水性胶粘剂，通过采用分散式点喷工艺技术负载到过滤基材上，制备出负离子释放效率高，透气性强，无阻隔，不易破，具有抗老化、抗菌、除甲醛等性能的过滤材料，可应用于各类空调、空气净化器、车载工具、家庭和高楼中的过滤系统等过滤系统，以及水体净化系统。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。