CN109758838A - 一种抗菌可重复使用的空气净化滤网及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌可重复使用的空气净化滤网及其制备方法，所述空气净化滤网，包括无纺纤维支撑层、过滤层、抗菌层以及覆盖层，所述无纺纤维支撑层、过滤层、抗菌层以及覆盖层从下往上依次热压复合；所述过滤层包括PTFE过滤膜，所述抗菌层包括壳聚糖抗菌纳米纤维膜。由于本发明的空气净化滤网中的抗菌层所采用的壳聚糖为甲壳素的脱乙酰化的产物，是一种天然的生物高分子线形多糖，是自然界少见的带正电荷的高分子聚合物，因此，可以防止吸附在空气净化滤网上的微生物大量繁殖而造成二次污染，同时，该空气净化滤网可以用洗涤剂或洗衣粉水清洗而性能不会有丝毫下降，从而彻底解决了由于传统滤网长时间吸附灰尘或细菌滋生而引起的室内二次污染问题。

Description

一种抗菌可重复使用的空气净化滤网及其制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，特别是涉及一种抗菌可重复使用的空气净化滤网及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，空气质量下降的问题越来越突出，为保证室内空气的质量，市面上已经产生了多种针对性治理的空气过滤净化产品，包括静电吸附型的、物理机械过滤型，其中机械过滤型的净化滤网是空气净化产品中的核心部件。然而，现有的净化滤网在长时间的使用过程中，其上吸附了大量的灰尘或细菌，由于其所采用的材料为普遍不具有抗菌性的PP熔喷非织布或PP针刺驻极非织布等，从而使得其吸附的灰尘或细菌大量繁殖从而造成室内空气的二次污染，且PP熔喷非织布或PP针刺驻极非织布的使用寿命比较短，影响消费者 的使用效果。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的不足，提供一种抗菌可重复使用的空气净化滤网及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种抗菌可重复使用的空气净化滤网，包括无纺纤维支撑层、过滤层、抗菌层以及覆盖层，所述无纺纤维支撑层、过滤层、抗菌层以及覆盖层从下往上依次热压复合；所述过滤层包括PTFE过滤膜，所述抗菌层包括壳聚糖抗菌纳米纤维膜。

进一步的，作为优选技术方案，所述PTFE过滤膜的孔径为0.18μm-0.22μm。

进一步的，作为优选技术方案，所述PTFE过滤膜的孔隙率大于等于89%。

进一步的，作为优选技术方案，所述壳聚糖抗菌纳米纤维膜包括质量比为3:1的壳聚糖和PEO以及质量分数大于85Wt%的醋酸。

进一步的，作为优选技术方案，所述无纺纤维支撑层的材质为PET纺粘无纺布或玻璃纤维非织布。

进一步的，作为优选技术方案，所述覆盖层的材质为PP非织布或棉非织布。

一种抗菌可重复使用的空气净化滤网的制备方法，包括如下步骤：

PTFE过滤膜的制备：将干燥后的PTFE粉料和有机极性溶液进行混合并挤压出PTFE条，将PTFE条压延成PTFE膜片，并将PTFE膜片进行加热、拉伸、定型、切割和收卷，得到PTFE过滤膜；

壳聚糖抗菌纳米纤维膜的制备：选取质量比为3:1的壳聚糖和PEO、质量分数大于85Wt%的醋酸配制成质量分数为 3wt%-5wt%的纺丝溶液，将纺丝溶液进行加热搅拌，得到透明的粘质溶液，将粘质溶液静置脱泡静电纺丝，得到壳聚糖抗菌纳米纤维膜；

取无纺纤维支撑层、PTFE过滤膜、壳聚糖抗菌纳米纤维膜以及覆盖层，从内向外依次将无纺纤维支撑层、PTFE过滤膜、壳聚糖抗菌纳米纤维膜和覆盖层热压复合，制成抗菌可重复使用的空气净化滤网。

进一步的，作为优选技术方案，所述纺丝溶液的质量分数为3.5 wt%-4.5wt%。

进一步的，作为优选技术方案，所述静电纺丝的参数为：电压为18~25 kV、接收距离 为8-15 cm、注推速率为0.1-0.3 mm/min、基材输送速度为0-5m/min，喷头模组移动速度为0-150mm/s。

进一步的，作为优选技术方案，在壳聚糖抗菌纳米纤维膜的制备过程中，将纺丝溶液进行加热搅拌的加热温度为35-45℃，搅拌时间为8-12h。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

由于本发明的空气净化滤网中的抗菌层所采用的壳聚糖为甲壳素的脱乙酰化的产物，是一种天然的生物高分子线形多糖，是自然界少见的带正电荷的高分子聚合物，因此，可以防止吸附在空气净化滤网上的微生物大量繁殖而造成二次污染，同时，过滤层所采用的PTFE过滤膜的孔径可控制在0.18-0.22μm，孔隙率可达89%以上，具有过滤效率高、能防止亚微米级别的颗粒物穿透的特点，最后，本发明的空气净化滤网可以用洗涤剂或洗衣粉水清洗而性能不会有丝毫下降，从而达到重复使用的效果，且PTFE过滤膜在多次水洗后仍能保持80%以上的过滤效率，大大降低消费者的成本，还彻底解决了由于传统滤网长时间吸附灰尘或细菌滋生而引起的室内二次污染问题。

附图说明

图1为本发明空寂净化滤网结构示意图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1

一种抗菌可重复使用的空气净化滤网，如图1所示：包括无纺纤维支撑层1、过滤层2、抗菌层3以及覆盖层4，无纺纤维支撑层1、过滤层2、抗菌层3以及覆盖层4从下往上依次热压复合；过滤层2包括PTFE过滤膜，抗菌层3包括壳聚糖抗菌纳米纤维膜。

在本发明中，PTFE过滤膜的孔径为0.18μm-0.22μm，优选的，PTFE过滤膜的孔径为0.20μm，PTFE过滤膜的孔隙率大于等于89%，在颗粒物污染物经过PTFE过滤膜时，粒径比PTFE过滤膜的孔径小的颗粒通过PTFE过滤膜；粒径比PTFE过滤膜的孔径大的颗粒优先被PTFE过滤膜拦截，起到阻隔颗粒物的作用，从而使采用PTFE过滤膜的空气净化滤网具有滤效率高、能防止亚微米级别的颗粒物穿透。同时，采用该PTFE过滤膜的空气净化滤网具有可水洗重复使用的效果，PTFE过滤膜在多次水洗后仍能保持80%以上的过滤效率，大大降低消费者的成本。

壳聚糖抗菌纳米纤维膜包括质量比为3:1的壳聚糖和PEO以及质量分数大于85Wt%的醋酸，优选的，醋酸的质量分数为90Wt%。由于壳聚糖为甲壳素的脱乙酰化的产物，是一种天然的生物高分子线形多糖，是自然界少见的带正电荷的高分子聚合物，壳聚糖带的阳离子与构成生物细胞壁的唾液酸或磷脂质阴离子发生离子结合，束缚了微生物的自由度，阻碍其发育，达到抗菌效果。所以应用于空气净化滤网中的壳聚糖抗菌纳米纤维膜可以防止吸附在空气净化滤网上的微生物大量繁殖而造成二次污染。

无纺纤维支撑层1的材质为PET纺粘无纺布或玻璃纤维非织布，优选的，无纺纤维支撑层1的材质为PET纺粘无纺布，该PET纺粘无纺布的规格为克重100g/m2；覆盖层4的材质为PP非织布或棉非织布，优选的，覆盖层4的材质为PP非织布，该PP非织布为表面材料，其规格为克重20~40 g/m2。

实施例2

一种抗菌可重复使用的空气净化滤网的制备方法，包括如下步骤：

PTFE过滤膜的制备：将干燥后的PTFE粉料和有机极性溶液进行混合并挤压出PTFE条，将PTFE条压延成PTFE膜片，并将PTFE膜片进行加热、拉伸、定型、切割和收卷，得到PTFE过滤膜。

PTFE过滤膜的制备具体步骤为：将PTFE细粉料在烘箱中充分干燥，干燥后的PTFE粉料与有机极性溶液充分混合后进入挤压机中挤压，从而挤压出PTFE条，然后在滚压机下将PTFE条压延成膜片，加热挥发去有机极性溶液后进行纵横向拉伸,再通过热处理定型、切割和收卷得到双向拉伸的PTFE过滤膜。制备好的PTFE过滤膜的孔径为0.18μm-0.22μm，优选的，PTFE过滤膜的孔径为0.20μm，PTFE过滤膜的孔隙率大于等于89%。其中，有机极性溶液包括三氯甲烷、丙酮或N二甲基乙酰胺等。

该PTFE过滤膜具有可水洗重复使用的效果，在多次水洗后仍能保持80%以上的过滤效率，大大降低消费者的成本。

壳聚糖抗菌纳米纤维膜的制备：选取质量比为3:1的壳聚糖和PEO、质量分数大于85Wt%的醋酸，以壳聚糖和PEO为溶质，醋酸为溶液配制成质量分数为 3wt%-5wt%的纺丝溶液，将纺丝溶液进行加热搅拌，得到透明的粘质溶液，将粘质溶液静置脱泡静电纺丝，得到壳聚糖抗菌纳米纤维膜。其中，加热温度为35-45℃，搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为8-12h；优选的，醋酸的质量分数为90Wt%，纺丝溶液的质量分数为3.5 wt%-4.5wt%，优选的，纺丝溶液的质量分数为4wt%，加热温度为40℃。

静电纺丝的参数为：电压为18~25 kV、接收距离 为8-15 cm、注推速率为0.1-0.3mm/min、基材输送速度为0-5m/min，喷头模组移动速度为0-150mm/s。

在本步骤中，由于壳聚糖为甲壳素的脱乙酰化的产物，是一种天然的生物高分子线形多糖，是自然界少见的带正电荷的高分子聚合物，壳聚糖带的阳离子与构成生物细胞壁的唾液酸或磷脂质阴离子发生离子结合，束缚了微生物的自由度，阻碍其发育，从而改变了微生物细胞膜的通透进而破坏了细胞膜，引起微生物细胞死亡而达到抗菌效果，同时，在壳聚糖中加入适量的PEO（聚氧乙烯）可大大提高壳聚糖的可纺性，以达到壳聚糖抗菌纳米纤维膜的制备要求。所以应用于空气净化滤网中的壳聚糖抗菌纳米纤维膜可以防止吸附在空气净化滤网上的微生物大量繁殖而造成二次污染。

取克重为100g/m2的PET纺粘无纺布为无纺纤维支撑层1、PTFE过滤膜、壳聚糖抗菌纳米纤维膜以及克重为20~40 g/m2的PP非织布为覆盖层4，从内向外依次将PET纺粘无纺布、PTFE过滤膜、壳聚糖抗菌纳米纤维膜和PP非织布热压复合，制成抗菌可重复使用的空气净化滤网。

在本实施例中，对PTFE过滤膜进行水洗过滤实验测试，参考GB 19083-2003《医用防护口罩技术要求》中的抗菌生物防护口罩对颗粒物的过滤效率和气流阻力的测试方法。测试装置采用美国TSI8130滤料测试仪，测试介质是颗粒粒径中值为0.28 um的NaCl气溶胶， 2wt%NaCl溶液，测试流量32 L min-1，打褶50。清洗方式：自来水，加洗涤液，超声清洗30min，热风风干。

测试结果如下表1所示：

从上述表1中可以看出，市售PP熔喷非织布和PP针刺驻极非织布在水洗1次、5次、10次后，过滤性能直线下降，基本在水洗1次后及不在符合空气净化领域的使用标准，本发明研制的PTFE过滤膜在水洗一次后仍具有98.13%的过滤效率，水洗5次后的过滤效果仍大于90%，在水洗10后仍具有84.12%的过滤效率，相较初始值，仅降低了15.83%。

对壳聚糖抗菌纳米纤维膜进行抗菌实验测试，采用琼脂平皿扩散法的测试方法评价壳聚糖抗菌纳米纤维膜耐甲氧西林金黄色葡萄球菌ATCC 33591。琼脂平皿扩散法测试方法参考标准GB/T 20944《纺织品抗菌性能的评价第1部分:琼脂平皿扩散法》，该实验的原理是在培养皿中注入两层琼脂培养基，下层为无菌培养基，上层为接种培养基，样品放在两层培养基上，培养一定时间后，根据培养基和样品接触处细菌繁殖的程度，定性的评价试样抗菌性。本实验是将浓度为1x108~5x108 CFU/mL的菌液，均匀涂布在琼脂培养基平板上，将直径为10mm的样品贴附到培养基表面，以市售PP熔喷非织布和市售PP针刺驻极非织布作为对照样，置于37℃隔水恒温培养箱中培养18-24h，观察抑菌圈情况。

测试结果如下表2所示：

试验材料名称	抑菌值	抑菌率	GB/T 20944.2-2007评价标准	测试结果评价
					壳聚糖抗菌纳米纤维膜	2.1	>99%	当样品抑菌值≥1.0或抑菌率≥90%，样品具有抗菌效果;当样品抑菌值≥2.0或抑菌率≥99%，样品具有良好的抗菌效果	样品具有良好的抗菌效果
市售PP熔喷非织布	0.7	<90%	同上	样品不具备抗菌效果
					市售PP针刺驻极非织布	0.6	<90%	同上	样品不具备抗菌效果

从上述表2的数据中可以看出市售PP熔喷非织布和市售PP针刺驻极非织布对照组，其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌不具备抗菌性，未出现抑菌圈。壳聚糖抗菌纳米纤维膜对其具有良好的抗菌性，壳聚糖抗菌纳米纤维膜抗菌的机理在于壳聚糖大分子吸附在微生物细胞表面形成一层高分子膜，阻止了营养物质向细胞内运输，从而起到了杀菌和抑菌的作用，同时，壳聚糖的正电荷与微生物细胞膜表面的负电荷之间发生相互作用，从而改变了微生物细胞膜的通透进而破坏了细胞膜，引起微生物细胞死亡而达到抗菌作用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗菌可重复使用的空气净化滤网，其特征在于，包括无纺纤维支撑层（1）、过滤层（2）、抗菌层（3）以及覆盖层（4），所述无纺纤维支撑层（1）、过滤层（2）、抗菌层（3）以及覆盖层（4）从下往上依次热压复合；所述过滤层（2）包括PTFE过滤膜，所述抗菌层（3）包括壳聚糖抗菌纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网，其特征在于，所述PTFE过滤膜的孔径为0.18μm-0.22μm。

3.根据权利要求1所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网，其特征在于，所述PTFE过滤膜的孔隙率大于等于89%。

4.根据权利要求1所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网，其特征在于，所述壳聚糖抗菌纳米纤维膜包括质量比为3:1的壳聚糖和PEO以及质量分数大于85Wt%的醋酸。

5.根据权利要求1所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网，其特征在于，所述无纺纤维支撑层（1）的材质为PET纺粘无纺布或玻璃纤维非织布。

6.根据权利要求1所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网，其特征在于，所述覆盖层（4）的材质为PP非织布或棉非织布。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

PTFE过滤膜的制备：将干燥后的PTFE粉料和有机极性溶液进行混合并挤压出PTFE条，将PTFE条压延成PTFE膜片，并将PTFE膜片进行加热、拉伸、定型、切割和收卷，得到PTFE过滤膜；

壳聚糖抗菌纳米纤维膜的制备：选取质量比为3:1的壳聚糖和PEO、质量分数大于85Wt%的醋酸配制成质量分数为 3 wt%-5wt%的纺丝溶液，将纺丝溶液进行加热搅拌，得到透明的粘质溶液，将粘质溶液静置脱泡静电纺丝，得到壳聚糖抗菌纳米纤维膜；

取无纺纤维支撑层（1）、PTFE过滤膜、壳聚糖抗菌纳米纤维膜以及覆盖层（4），从内向外依次将无纺纤维支撑层（1）、PTFE过滤膜、壳聚糖抗菌纳米纤维膜和覆盖层（4）热压复合，制成抗菌可重复使用的空气净化滤网。

8. 根据权利要求7所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液的质量分数为3.5wt%-4.5 wt%。

9. 根据权利要求7所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的参数为：电压为18~25 kV、接收距离 为8-15 cm、注推速率为0.1-0.3 mm/min、基材输送速度为0-5m/min，喷头模组移动速度为0-150mm/s。

10.根据权利要求7所述的抗菌可重复使用的空气净化滤网的制备方法，其特征在于，在壳聚糖抗菌纳米纤维膜的制备过程中，将纺丝溶液进行加热搅拌的加热温度为35-45℃，搅拌时间为8-12h。