一种具备抗菌功能的过滤材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具备抗菌功能的过滤材料及其制备方法。所述的具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，包括基材以及设于基材之上的纳米纤维膜，所述的纳米纤维膜包括至少一个层级单元，每一层级单元包括由纳米纤维杂乱聚集而成的平面层和由纳米纤维定向排列堆砌而成的空腔结构，部分或全部空腔结构内填充有具备抗菌功能的物质，纳米纤维也掺杂有具备抗菌功能的物质。本发明专利技术的具备抗菌功能的过滤材料具备过滤效率高、阻力压降大、抗菌性能好等优点，在空气净化器、窗纱、口罩用过滤材料方面具有广阔的应用前景。

Filter material with antibacterial function and preparation method thereof

The invention provides a filter material with antibacterial function and a preparation method thereof. The filter material has antibacterial function, characterized by comprising a base material and nano fiber membrane is arranged on the substrate, nano fiber membrane comprises at least one unit level, each level unit includes a cavity structure plane layer is composed of nano fiber clutter together and by nano fibre orientation stack the all or part of the cavity structure is filled with antibacterial material, nano fiber is doped have antibacterial properties. The present invention has antibacterial function of filter material has the advantages of high filtration efficiency, pressure drop and antibacterial performance, and has broad application prospects in the air purifier, screens, mask filter materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空气过滤领域，特别是涉及一种具备抗菌功能的过滤材料及其制备方法。
技术介绍
雾霾中的颗粒物和细菌等微生物对人体健康带来极大威胁，雾霾污染问题已造成全球约300万人过早死亡，采取有效措施对其进行防护迫在眉睫。具有抗菌功能的过滤材料，可在对周围空气中细菌等微生物进行去除，从而有效保障人体健康。现有抗菌过滤材料均存在过滤效率低、阻力压降大、抗菌效果差的问题，无法同时满足使用要求。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、比表面积大、孔隙率高等特点，将其用于空气过滤领域可有效实现空气过滤材料高过滤效率、低空气阻力、高抗菌性能的使用要求，具备广阔的应用前景。现有抗菌空气过滤材料涉及的技术中，包括《负离子过滤无纺布》(ZL201110407879.8)、《一种单层支撑性多功能空气过滤膜》(CN201610244080.4)、《透光、透气、静电排斥PM2.5空气过滤膜及制备方法》(CN201510307864.2)、《低阻力高效空气过滤器》(CN201520260540.3)、《可重复使用可更换空气过滤材料的车用空气过滤器》(CN201420749917.7)、《一种抗菌空气过滤膜的制备方法》(CN201110211524.1)、《抗菌除臭空气过滤网》(CN01242997.X)等都涉及在宏观上改进空气过滤效果，均存在过滤效率低、阻力压降大、抗菌性能差等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有空气过滤材料过滤效率低、阻力压降大、抗菌性能差的问题，提供一种具备抗菌功能的过滤材料及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，包括基材以及设于基材之上的纳米纤维膜，所述的纳米纤维膜包括至少一个层级单元，每一层级单元包括由纳米纤维杂乱聚集而成的平面层以及设于平面层之上的由纳米纤维堆砌而成的空腔结构，部分或全部空腔结构内填充有具备抗菌功能的物质，纳米纤维也掺杂有具备抗菌功能的物质。优选地，所述的层级单元从下到上依次设置。优选地，所述的纳米纤维膜还包括一个由纳米纤维杂乱聚集而成的平面层，该平面层设于位于最上侧的层级单元之上。优选地，所述的空腔结构中纳米纤维定向排列。优选地，所述的基材为网孔状，网孔大小为1～25mm2，克重为10～300g/m2，材质为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、锦纶、纤维素、聚丙烯腈、聚氯乙烯或金属。优选地，所述的纳米纤维膜的孔隙率为60～99.99％，平均孔径为1～10μm，克重为0.01～70g/m2，堆积密度为0.006～0.084g/cm3，纳米纤维膜中层级单元的个数为1～10。优选地，所述的平面层的纤维直径为0.02～20μm，孔隙率为60～99.99％，平均孔径为1～10μm，堆积密度为0.006～0.084g/cm3。优选地，所述的每一层级单元中空腔结构的数量为2.5×104～5×106个/cm2，空腔结构的高度为5～50μm，截面形状为圆形、正方形、长方形或三角形，截面面积为20～4000μm2。优选地，所述的空腔结构内的具备抗菌功能的物质为银、铜、锌、镍、铅、氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵、碳酸锂、酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类、甲壳素、芥末、蓖麻油和山葵中的至少一种，物质的形态为颗粒状或短纤，颗粒的粒径为10～100μm，短纤的直径为1～10μm，长度为1～10cm，每个空腔结构内填充的具备抗菌功能的物质质量为0.1～1000μg。优选地，所述的纳米纤维中掺杂的具备抗菌功能的物质为银、铜、锌、镍、铅、氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵、碳酸锂、酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类、甲壳素、芥末、蓖麻油和山葵中的至少一种。优选地，所述的填充有具备抗菌功能的物质的空腔结构占所有空腔结构的比例为10％～90％，分布形式为均匀分布。优选地，所述的填充有具备抗菌功能的物质的空腔结构与不填充有具备抗菌功能的物质的空腔结构间隔设置。优选地，所述的纳米纤维的化学成分为氟化乙丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、聚醋酸乙烯、尼龙6、尼龙66、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚以及聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上。优选地，所述的纳米纤维中掺杂的具备抗菌功能的物质的质量比例为0.01％～5％。优选地，所述的具备抗菌功能的过滤材料对粒径为0.3μm～10μm的颗粒的过滤效率为80～100％，阻力压降为10～100Pa，对大肠杆菌的杀菌率为95～99.9999％，对金黄色葡萄球菌的杀菌率为95～99.9999％。本专利技术还提供了上述的具备抗菌功能的过滤材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：将抗菌功能物质分散于溶剂中，形成分散液，将抗菌功能物质分散于溶剂中，加入聚合物，搅拌形成纺丝溶液；步骤2：将基材置于静电纺丝接收装置上，所述的静电纺丝接收装置包括滚筒，滚筒的表面设有多个空心状的凸起，凸起的一面与滚筒接触，与滚筒的接触面能够连通至滚筒内部，该面的对立面封闭，除此两面外，其他面上设有孔，滚筒的内部为空心结构，一端连接有高温蒸汽发生装置，另一端封闭；基材置于滚筒上，基材的孔和滚筒上的凸起相互嵌合，将刻蚀蒸汽从高温蒸汽发生装置送入滚筒，使蒸汽从凸起上的孔上排出；步骤3：在基材上形成至少一个层级单元，纳米纤维膜的每个层级单元的形成方法包括：先将纺丝溶液进行静电纺丝形成平面层，再将纺丝溶液进行静电纺丝形成空腔结构的腔壁，然后通过将分散液进行静电喷雾向空腔结构内填充具备抗菌功能的物质；最终得到可释放远红外线的功能过滤材料。优选地，所述的步骤3还包括将纺丝溶液进行静电纺丝形成平面层。优选地，所述的聚合物为氟化乙丙烯共聚物、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、可溶性聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、聚酯、聚醋酸乙烯、尼龙6、尼龙66、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚乙二醇、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚和聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一种或以上；聚合物的质量分数为8wt％～40wt％；所述的溶剂为甲酸、四氢呋喃、水、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、氯仿、甲酚、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、甲乙酮和甲基乙基酮中的至少一种；所述的具备抗菌功能的物质为银、铜、锌、镍、铅、氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵、碳酸锂、酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类、甲壳素、芥末、蓖麻油和山葵中的至少一种。优选地，所述的搅拌时间为1～50h。优选地，所述的刻蚀蒸汽的成分为甲酸溶液、乙酸溶液、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、碳酸钠溶液或碳酸镁溶液，浓度为10％～80％，蒸汽送入速度为0.1～3m/s。优选地，所述的刻蚀蒸汽的送入方式为间歇送入或连续送入，间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，包括基材(11)以及设于基材(11)之上的纳米纤维膜，所述的纳米纤维膜包括至少一个层级单元，每一层级单元包括由纳米纤维(14)杂乱聚集而成的平面层(12)以及设于平面层之上的由纳米纤维(14)堆砌而成的空腔结构(13)，部分或全部空腔结构(13)内填充有具备抗菌功能的物质(15)，纳米纤维(14)也掺杂有具备抗菌功能的物质(15)。

【技术特征摘要】
1.一种具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，包括基材(11)以及设于基材(11)之上的纳米纤维膜，所述的纳米纤维膜包括至少一个层级单元，每一层级单元包括由纳米纤维(14)杂乱聚集而成的平面层(12)以及设于平面层之上的由纳米纤维(14)堆砌而成的空腔结构(13)，部分或全部空腔结构(13)内填充有具备抗菌功能的物质(15)，纳米纤维(14)也掺杂有具备抗菌功能的物质(15)。2.如权利要求1所述的具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，所述的基材(11)网孔状，网孔大小为1～25mm2，克重为10～300g/m2，材质为聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、锦纶、纤维素、聚丙烯腈、聚氯乙烯或金属。3.如权利要求1所述的具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，所述的纳米纤维膜的孔隙率为60～99.99％，平均孔径为1～10μm，克重为0.01～70g/m2，堆积密度为0.006～0.084g/cm3，纳米纤维膜中层级单元的个数为1～10。4.如权利要求1所述的具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，所述的平面层(12)的纤维直径为0.02～20μm，孔隙率为60～99.99％，平均孔径为1～10μm，堆积密度为0.006～0.084g/cm3。5.如权利要求1所述的具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，所述的每一层级单元中空腔结构(13)的数量为2.5×104～5×106个/cm2，空腔结构(13)的高度为5～50μm，截面形状为圆形、正方形、长方形或三角形，截面面积为20～4000μm2。6.如权利要求1所述的具备抗菌功能的过滤材料，其特征在于，所述的空腔结构(13)内的具备抗菌功能的物质为银、铜、锌、镍、铅、氧化锌、氧化铜、磷酸二氢铵、碳酸锂、酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类、甲壳素、芥末、蓖麻油和山葵中的至少一种，物质的形态为颗粒状或短纤，颗粒的粒径为10～100μm，短纤的直径为1～10μm，长度为1～10cm，每个空腔结构(13)内填充的具备抗菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，赵兴雷，李玉瑶，华婷，廖亚龙，蒋攀，印霞，孙刚，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31