复合抗菌空气过滤材料、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空气过滤材料技术领域，特别涉及一种复合抗菌空气过滤材料、制备 方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 当前，中国大气污染形势严峻。据环保部今年1月公布的城市空气质量日报， API (Air Pollution Index)污染指数最高的前10位城市是：石家庄、邯郸、保定、唐山、天 津、郑州、济南、秦皇岛、济宁、乌鲁木齐和武汉（并列）。有两种形式的空气污染被美国肺脏 协会（ALA)确认为对人类是最有害的，它包括：（1)气体污染物，如臭氧、雾、挥发性有机化 合物（VOC)等；（2)颗粒物污染，如烟及灰尘。
[0003] 上述排名还不包括PM2. 5和臭氧污染指数。颗粒污染物在各类污染中占有一席之 地，它严重危害着人们的身体健康。它的重要来源是电厂等煤炭燃烧、车辆和重型设备等油 料燃烧产生的颗粒物。此外木材、秸杆的燃烧也会产生颗粒物污染。
[0004] 其中北京、河北、山东等地空气质量达严重污染，PM2. 5指数直逼最大值，如石家 庄、邯郸、邢台、衡水的空气质量指数甚至"爆表"，数值已达到或超过500的测量上限，首要 污染物多为PM2. 5、PM10,北京的PM2. 5值突破900。
[0005] 空气污染不仅能通过物理、化学、生物的侵蚀作用，对周围物体产生破坏性影响； 而且污染气体也会经呼吸系统（肺部）、皮肤表皮等部位，对呼吸道系统、神经系统、免疫能 力、皮肤、肝脏、内分泌系统等产生毒害作用。且能影响人的精神状态，易出现疲劳、紧张等 不良反应，降低工作、学习效率。长期在空气质量较差的环境中生活和工作，不仅会引起呼 吸功能下降、呼吸道症状加重，还会导致慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等疾病，严重的 还会导致肺癌、鼻咽癌患病率的增加。因此，以可吸入颗粒物（PMlO)、细颗粒物（PM2. 5)为 特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定， 中国大气污染治理已刻不容缓。
[0006] 为保证个人健康和工作环境的清洁，空气过滤材料广泛用于半导体行业、制药与 食品行业、汽车工业、核工业、建筑行业等各个领域。随着科技的发展和人们防护意识的增 强，市场对过滤材料的需求也越来越大。
[0007] 评价空气过滤材料质量的性能指标主要有效率、阻力、容尘量与通量四个方面。纤 维类过滤材料的类型对空气过滤材料的性能起着决定性作用。CN103706182A采用静电纺 丝制备的球线组合型复合纤维空气过滤材料。Leung发现在纳米纤维毡表面层合微米纤维 毡，可以增加过滤效率，且压降小于纯纳米纤维毡。Wang等先电纺出聚丙烯腈（PAN)纤维 层，再将聚乙烯醇（PVA)纳米纤维覆盖在上面形成复合过滤材料。
[0008] 上述研宄都是采用静电纺丝的办法来提高过滤效率，但是压降却也随之增加，难 以达到高效率、低压降的效果。而且，静电纺丝的工业化艰难，难以形成规模性的产品。即 使有产品出来，成本也较高。如何通过简单的方式制备出高效低阻的过滤材料，已成为空气 过滤材料领域中关注的焦点之一。
【发明内容】
[0009] 本发明旨在提供一种过滤效率高，压力降小，且具有抗菌性能的复合空气过滤材 料。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0011] -方面，提供一种复合抗菌空气过滤材料，包括依次粘结的驻极织物层、静电纺纤 维膜层和基材无纺布层，其中，所述静电纺纤维膜层和基材无纺布层的表面负载有壳聚糖 和纳米110 2光触媒。
[0012] 一些实施例中，所述驻极织物层还粘结有初效过滤层。
[0013] -些实施例中，所述驻极织物层的材料为聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟 乙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚丙烯及聚酯中的至少一种。
[0014] -些实施例中，所述静电纺纤维膜层的材料包括熔融静电纺或溶液静电纺，所述 熔融静电纺包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙二酸乙二醇酯或聚己二酰己二胺中的至少一种，所述 溶液静电纺包括聚醚砜、聚砜、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乳酸、聚丙烯腈、聚氨酯、聚偏氟乙 烯、聚酰胺和聚苯乙烯中的至少一种。
[0015] -些实施例中，所述基材无纺布的重量为15_30g/m2。
[0016] -些实施例中，所述基材无纺布选自：纺粘无纺布、恪喷无纺布、针刺无纺布、水刺 无纺布、竹炭纤维无纺布、负离子纳米无纺布、纳米银离子无纺布中的至少一种。
[0017] -些实施例中，所述壳聚糖包括羧化壳聚糖、壳聚糖盐类、壳聚糖硫酸酯、壳聚糖 寡糖或类透明质酸壳聚糖中的至少一种，所述壳聚糖盐类为壳聚糖盐酸盐、壳聚糖季铵盐、 壳聚糖乳酸盐、壳聚糖谷氨酸盐中的至少一种。
[0018] -些实施例中，所述初效过滤层为透光的无纺布或编织物，所述初效过滤层的材 料包括聚乙烯、丙纶、涤纶、尼龙、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯硫醚和玻璃纤维中的至少 一种。
[0019] 另一方面，提供一种制备权利要求本发明的所述复合抗菌空气过滤材料的方法， 包括下述步骤：
[0020] 以所述基材无纺布层为基材，采用静电纺丝技术制备所述静电纺纤维膜层；
[0021] 通过浸渍和/或喷涂包含有壳聚糖和纳米TiO2光触媒的溶液，使所述壳聚糖和纳 米110 2光触媒负载到所述静电纺纤维膜层和基材无纺布层的表面，并烘干；
[0022] 在所述静电纺纤维膜层上粘结所述驻极织物层。
[0023] 另一方面，提供一种复合抗菌空气过滤材料在窗布、空调、空气净化器、纱窗和口 罩中的应用。
[0024] 本发明的有益效果在于：本发明将驻极织物层、静电纺纤维膜层、壳聚糖和纳米 TiO2光触媒相结合，在有效去除PM2. 5的同时，能够使过滤材料具有抗菌、消毒和除异味的 功能；进一步地将这种过滤材料应用于窗布、纱窗滤料领域，以扩散风代替自然风，同时，将 这种过滤材料应用于空调、空气净化器和口罩领域，达到对室内和个人呼吸空气的全面净 化。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明一实施例提供的复合抗菌空气过滤材料的结构示意图。
[0026] 图2为本发明另一实施例提供的复合抗菌空气过滤材料的结构示意图。
[0027] 图3为本发明一实施例提供的制备复合抗菌空气过滤材料的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0028] 纤维素纳米纤维的直径通常在几个纳米的范围内，因极小的尺寸，使其具有极大 的比表面积；而且它的化学稳定性、力学性能、热稳定性和环境友好的性能，使得这种材料 可以应用于纳米复合物、纳米纸和组织工程等领域。
[0029] 壳聚糖及其衍生物有较好的抗菌活性，能抑制一些真菌、细菌、和病毒的生长繁 殖。截止到2013年认为其可能的机制有三：一是由于壳聚糖的多聚阳离子，易与真菌细胞 表面带负电荷的基团作用，从而改变病原菌细胞膜的流动性和通透性；二是干扰DNA的复 制与转录；三是阻断病原菌代谢。
[0030] 2010年以来，有许多研宄者提出壳聚糖通过诱导病程相关蛋白，积累次生代谢产 物和信号传导等方式来达到抗菌的目的的观点。Papineau等认为，由于壳聚糖分子的正电 荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用，使细胞内的蛋白酶和其他成分泄漏，从而达到抗菌、 杀菌作用。Sudharshan等指出，由于壳聚糖可渗入细菌的核中并和DNA结合，抑制mRNA的 合成，从而阻碍了 mRNA与蛋白质的合成，达到抗菌作用。
[0031] 纳米二氧化钛（TiO2)光催化材料是目前最有发展前景的消除有害气体的过滤材 料。110 2在吸收紫外线后，在紫外线能量的激发下发生氧化还原反应，其表面形成强氧化性 的氢氧自由基和超氧阴离子自由基，能有效地将NH 3、N0x、S02、CO及VOC等有害气体降解为 C02、H20和相应的无机离子，并在常温常压下就能反应，从而达到净化空气和杀菌等目的，无 二次污染的优点，并且不同的材料复合在一起会进一步提高室内空气的净化效果。
[0032] 本发明将驻极无纺布、静电纺纤维膜层、壳聚糖和纳米TiO2光触媒相结合，在有效 去除PM2. 5的同时，能够使过滤材料具有抗菌、消毒和除异味的功能；进一步地将这种过滤 材料应用于窗布、纱窗滤料领域，以扩散风代替自然风，同时，将这种过滤材料应用于空调、 空气净化器和口罩领域，达到对室内和个人呼吸空气的全面净化。
[0033] 请参阅图1，为本发明一实施例提供的复合抗菌空气过滤材料100 :包括依次粘结 的驻极织物层110、静电纺纤维膜层120和基材无纺布层130,其中，所述静电纺纤维膜层 120和基材无纺布层130的表面负载有壳聚糖和纳米110 2光触媒。
[0034] 所述驻极织物层110的材料为聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚 物、聚三氟乙烯、聚丙烯及聚酯中的至少一种。
[0035] 优选地，所述静电纺纤维膜层120的材料包括熔融静电纺或溶液静电纺，所述熔 融静电纺包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙二酸乙二醇酯或聚己二酰己二胺中的至少一种，所述 溶液静电纺包括聚醚砜、聚砜、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乳酸、聚丙烯腈、聚氨酯、聚偏氟乙 烯、聚酰胺和聚苯乙烯