一种微电流高效抗菌抗病毒滤材及其制备方法与流程

1.本发明属于滤材技术领域，涉及一种微电流高效抗菌抗病毒滤材及其制备方法。


背景技术：

2.空气中存在大量的细菌和病毒等微生物，如果不能够有效阻止其传播将会导致众多疾病的广泛形成，严重危害人民身体健康，尤其像2019年底爆发的covid-2019新冠大流行。因此，在建筑通风系统、医院手术室、汽车驾驶舱等人员密集或微生物滋生量大的场所进行过滤并杀灭微生物显得至关重要。
3.现有的滤材杀菌技术有将银离子或阳离子型季铵盐类等小分子物质加入到纺丝底材中纺丝成纤维，但此种小分子物质是水溶性材料，易溶于水中，遇到湿气会溶出，导致杀菌效果大大降低，此外，此种材料的杀灭病毒能力极有限并且杀灭时间较长，难易满足现有病毒大流行的实际应用需求。
4.因此，研究一种能够解决上述问题的微电流高效抗菌抗病毒滤材及其制备方法具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种微电流高效抗菌抗病毒滤材及其制备方法。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成，纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触，微电流高效抗菌抗病毒滤材中阳离子聚合物和阴离子聚合物的含量都不低于1wt％，否则将难以产生微电流。本发明中由于在纤维中加入的是阳离子聚合物和阴离子聚合物，其为大分子物质，这些大分子由于分子链段较长，同时与纤维本体形成缠结结构，从而避免了由于在纤维中添加小分子物质导致的遇水或湿气溶出，导致杀菌效果大大降低的问题；本发明的滤材由于在遇到微生物时能够形成微电流，从而可以将细菌或者病毒结构破坏，因此杀灭病毒能力较强并且杀灭时间较短，能够满足现有病毒大流行的实际应用需求。
8.作为优选的技术方案：
9.如上所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，微电流高效抗菌抗病毒滤材中阳离子聚合物和阴离子聚合物的含量都不高于20wt％，否则阳离子聚合物和阴离子聚合物无法有效均匀分散在纤维本体内部和表面。
10.如上所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，微电流高效抗菌抗病毒滤材中阳离子聚合物和阴离子聚合物的含量差值的绝对值为0～5wt％；差值不能太大，太大会导致局部分布区域都是同一种电荷，不能形成微电流。
11.如上所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，阳离子聚合物为阳离子聚丙烯酰
胺、阳离子聚合氯化铝或阳离子聚季铵盐。
12.如上所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，阴离子聚合物为阴离子聚丙烯酰胺。
13.如上所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，纤维本体的材质为聚丙烯、聚酯、聚氨酯或pvdf。
14.如上任一项所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材，纤维本体的直径为2～20μm，比表面积为30～80m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99％以上，测试方法参考(gb/t20944-3-2008震荡法)，抗病毒活性为99.9％以上，测试方法参考(iso 18184:2019(e))。
15.本发明还提供一种如上任一项所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的方法，将母粒i、母粒ii和聚合物iii按一定的比例混合后进行熔融纺丝制得微电流高效抗菌抗病毒滤材，其中，母粒i为含10～20wt％阳离子聚合物的聚合物i，母粒ii为含10～20wt％阴离子聚合物的聚合物ii，聚合物i、聚合物ii和聚合物iii的材质同纤维本体，混合所得产物中阳离子聚合物和阴离子聚合物的含量都不低于1wt％；由于阳离子聚合物和阴离子聚合物分别分散于母粒中，当母粒和纤维本体母粒混合后，分别均匀分散于纤维本体中，绝大部分阳离子聚合物和阴离子聚合物不会混合在一起，而是均匀分散在母粒中。
16.作为优选的技术方案：
17.如上所述的方法，熔融纺丝的工艺参数包括：模头熔融温度170～260℃，风温160～250℃，鼓风机频率40～60hz，环境温度25～35℃，环境相对湿度30～70％。
18.本发明还提供一种如上任一项所述的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的方法，配置溶质为阳离子聚合物、阴离子聚合物和聚合物iv的静电纺丝液后进行静电纺丝制得微电流高效抗菌抗病毒滤材，其中，溶质中阳离子聚合物和阴离子聚合物的含量都不低于1wt％，聚合物iv的材质同纤维本体。
19.作为优选的技术方案：
20.如上所述的方法，静电纺丝的工艺参数包括：静电纺丝液中聚合物的含量10～40wt％，纺丝电压30～100kv，接收距离10～70cm，灌注速度1～15ml/h，温度23～35℃，相对湿度15～90％。
21.本发明的原理如下：
22.本发明的微电流高效抗菌抗病毒滤材中阳离子聚合物和阴离子聚合物均匀地分布于纤维本体表面，由于阳离子聚合物中的阳离子以及阴离子聚合物中的阴离子都是位于聚合物端链上，聚合物在纤维本体表面分散开来，因此阳离子聚合物和阴离子聚合物之间不会发生中和，使用时微电流高效抗菌抗病毒滤材中一段为阳离子聚合物，富集正电荷，另一段为阴离子聚合物，富集负电荷，这两段之间存在电势差，同时这两段会在异性相吸的作用下吸附带正电荷或负电荷的细菌或病毒，当细菌或病毒吸附至这两段之间并形成链接时，在电势差的驱动下会形成微电流，微电流抑制膜内脂质体合成，造成菌体凋亡，达到最佳的杀菌杀病毒效果，杀菌率可达99％以上，抗病毒活性可达99.9％以上。
23.具体地，大多数细菌、病毒带负电荷，部分细菌、病毒带正电荷，阳离子聚合物会吸附带负电荷的细菌、病毒，阴离子聚合物会吸附带正电荷的细菌、病毒；当带负电荷或负电荷的细菌、病毒吸附至正电荷富集段与负电荷富集段之间并形成链接时，在电势差的驱动
下会形成微电流，微电流抑制膜内脂质体合成，造成菌体凋亡，达到最佳的杀菌杀病毒效果。
24.有益效果
25.(1)本发明的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材杀菌杀病毒效果优良，杀菌率可达99％以上，2h抗病毒活性可达99.9％以上，抗病毒活性值＞3.5，可广泛应用于个体防护，空气净化器及空气净化滤芯上；
26.(2)本发明的一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法简单，可基于现有纤维成型工艺，直接实现阳离子聚合物和阴离子聚合物添加而实现微电流纤维的制备，实现优异的抗菌抗病毒效果，容易工业化推广。
具体实施方式
27.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
28.以下各实施例和对比例中一些性能指标的测试方法如下：
29.杀菌率的测试方法：参考gb/t20944-3-2008震荡法；
30.抗病毒活性的测试方法：参考iso 18184:2019(e)。
31.实施例1
32.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法，步骤如下：
33.(1)原料准备；
34.阳离子聚合物：阳离子聚丙烯酰胺；
35.阳离子聚合物的厂商和牌号：爱森(中国)絮凝剂有限公司，flopam fo 4490ssh；
36.阴离子聚合物：阴离子聚丙烯酰胺；
37.阴离子聚合物的厂商和牌号：爱森(中国)絮凝剂有限公司，an926shu；
38.聚合物：聚丙烯；
39.聚合物的厂商和牌号：山东道恩高分子材料股份有限公司，p1500；
40.(2)制备母粒i和母粒ii；
41.母粒i为含10wt％阳离子聚合物的聚合物(聚合物即步骤(1)的聚丙烯)；
42.母粒ii为含10wt％阴离子聚合物的聚合物(聚合物即步骤(1)的聚丙烯)；
43.(3)熔融纺丝；
44.将母粒i、母粒ii和聚合物(聚合物即步骤(1)的聚丙烯)按1:1:18的质量比混合后进行熔融纺丝制得微电流高效抗菌抗病毒滤材；
45.熔融纺丝的工艺参数包括：模头熔融温度170℃，风温160℃，鼓风机频率40hz，环境温度25℃，环境相对湿度70％。
46.最终制得的微电流高效抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成；纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触；纤维本体的直径为3μm，比表面积为52m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99.5％，抗病毒活性为99.95％。
47.实施例2
48.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法，步骤如下：
49.(1)原料准备；
50.阳离子聚合物：阳离子聚合氯化铝；
51.阳离子聚合物的厂商和牌号：河南源丰净水材料有限公司，pac；
52.阴离子聚合物：阴离子聚合氯化铝；
53.阴离子聚合物的厂商和牌号：河南源丰净水材料有限公司，a1806；
54.聚合物：聚酯；
55.聚合物的厂商和牌号：山东道恩高分子材料股份有限公司，gf4876lw-a；
56.(2)制备母粒i和母粒ii；
57.母粒i为含15wt％阳离子聚合物的聚合物(聚合物即步骤(1)的聚酯)；
58.母粒ii为含15wt％阴离子聚合物的聚合物(聚合物即步骤(1)的聚酯)；
59.(3)熔融纺丝；
60.将母粒i、母粒ii和聚合物(聚合物即步骤(1)的聚酯)按5:6:89的质量比混合后进行熔融纺丝制得微电流高效抗菌抗病毒滤材；
61.熔融纺丝的工艺参数包括：模头熔融温度220℃，风温180℃，鼓风机频率50hz，环境温度30℃，环境相对湿度50％。
62.最终制得的微电流高效抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成；纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触；纤维本体的直径为2.5μm，比表面积为60m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99.8％，抗病毒活性为99.96％。
63.实施例3
64.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法，步骤如下：
65.(1)原料准备；
66.阳离子聚合物：阳离子聚季铵盐；
67.阳离子聚合物的厂商和牌号：无锡蓝波化学品有限公司，bwd；
68.阴离子聚合物：阴离子聚合氯化铝；
69.阴离子聚合物的厂商和牌号：河南源丰净水材料有限公司，a1806；
70.聚合物：聚氨酯；
71.聚合物的厂商和牌号：亨斯迈聚氨酯(中国)有限公司，75ae；
72.(2)制备母粒i和母粒ii；
73.母粒i为含20wt％阳离子聚合物的聚合物(聚合物即步骤(1)的聚氨酯)；
74.母粒ii为含20wt％阴离子聚合物的聚合物(聚合物即步骤(1)的聚氨酯)；
75.(3)熔融纺丝；
76.将母粒i、母粒ii和聚合物(聚合物即步骤(1)的聚氨酯)按7:4:89的质量比混合后进行熔融纺丝制得微电流高效抗菌抗病毒滤材；
77.熔融纺丝的工艺参数包括：模头熔融温度260℃，风温250℃，鼓风机频率60hz，环境温度35℃，环境相对湿度30％。
78.最终制得的微电流高效抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和
表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成；纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触；纤维本体的直径为5μm，比表面积为35m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99.4％，抗病毒活性为99.99％。
79.实施例4
80.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法，步骤如下：
81.(1)原料准备；
82.阳离子聚合物：阳离子聚丙烯酰胺；
83.阳离子聚合物的厂商和牌号：爱森(中国)絮凝剂有限公司，flopam fo 4490ssh；
84.阴离子聚合物：阴离子聚丙烯酰胺；
85.阴离子聚合物的厂商和牌号：爱森(中国)絮凝剂有限公司，an926shu；
86.聚合物：聚氨酯；
87.聚合物的厂商和牌号：亨斯迈聚氨酯(中国)有限公司，75ae；
88.溶剂：dmf；
89.(2)制备静电纺丝液；
90.静电纺丝液中聚合物的含量为28wt％，阳离子聚合物的含量为2wt％，阴离子聚合物的含量为1.5wt％；
91.(3)静电纺丝；
92.静电纺丝的工艺参数包括：纺丝电压30kv，接收距离70cm，灌注速度15ml/h，温度35℃，相对湿度90％。
93.最终制得的微电流高效抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成；纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触；纤维本体的直径为0.15μm，比表面积为80m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99.8％，抗病毒活性为99.98％。
94.对比例1
95.一种抗菌抗病毒滤材的制备方法，基本同实施例4，不同之处仅在于静电纺丝液中不含有阴离子聚合物，阳离子聚合物的含量为实施例4中阳离子聚合物与阴离子聚合物的含量之和。
96.最终制得的抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阳离子聚合物组成；纤维本体的直径和比表面积同实施例4；抗菌抗病毒滤材的杀菌率为90％，抗病毒活性为92％。
97.将实施例4与对比例1对比可以看出，实施例4的抗菌抗病毒效果明显优于对比例1，这是因为对比例1无法形成微电流，从而无法依靠无电流快速高效杀灭细菌和病毒。
98.对比例2
99.一种抗菌抗病毒滤材的制备方法，基本同实施例4，不同之处仅在于静电纺丝液中不含有阳离子聚合物，阴离子聚合物的含量为实施例4中阳离子聚合物与阴离子聚合物的含量之和。
100.最终制得的抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阴离子聚合物组成；纤维本体的直径和比表面积同实施例4；抗菌抗病毒滤材的杀菌率为93％，抗病毒活性为95％。
101.将实施例4与对比例2对比可以看出，实施例4的抗菌抗病毒效果明显优于对比例2，这是因为对比例2无法形成微电流，从而无法依靠无电流快速高效杀灭细菌和病毒。
102.实施例5
103.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法，步骤如下：
104.(1)原料准备；
105.阳离子聚合物：阳离子聚合氯化铝；
106.阳离子聚合物的厂商和牌号：河南源丰净水材料有限公司，pac；
107.阴离子聚合物：阴离子聚合氯化铝；
108.阴离子聚合物的厂商和牌号：河南源丰净水材料有限公司，a1806；
109.聚合物：pvdf；
110.聚合物的厂商和牌号：山东东岳化工有限公司，ds206；；
111.溶剂：dmac；
112.(2)制备静电纺丝液；
113.静电纺丝液中聚合物的含量为30wt％，阳离子聚合物的含量为2.5wt％，阴离子聚合物的含量为2.5wt％；
114.(3)静电纺丝；
115.静电纺丝的工艺参数包括：纺丝电压60kv，接收距离30cm，灌注速度7ml/h，温度30℃，相对湿度55％。
116.最终制得的微电流高效抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成；纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触；纤维本体的直径为0.12μm，比表面积为110m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99.9％，抗病毒活性为99.99％。
117.实施例6
118.一种微电流高效抗菌抗病毒滤材的制备方法，步骤如下：
119.(1)原料准备；
120.阳离子聚合物：阳离子聚季铵盐；
121.阳离子聚合物的厂商和牌号：无锡蓝波化学品有限公司，bwd；
122.阴离子聚合物：阴离子聚合氯化铝；
123.阴离子聚合物的厂商和牌号：河南源丰净水材料有限公司，a1806；
124.聚合物：pan；
125.聚合物的厂商和牌号：湖北云镁科技有限公司，25014-41-9；
126.溶剂：dmf；
127.(2)制备静电纺丝液；
128.静电纺丝液中聚合物的含量为35wt％，阳离子聚合物的含量为3wt％，阴离子聚合物的含量为3wt％；
129.(3)静电纺丝；
130.静电纺丝的工艺参数包括：纺丝电压100kv，接收距离10cm，灌注速度1ml/h，温度23℃，相对湿度15％。
131.最终制得的微电流高效抗菌抗病毒滤材由纤维本体以及分散在纤维本体内部和
表面的阳离子聚合物和阴离子聚合物组成；纤维本体表面部分阳离子聚合物与阴离子聚合物之间无接触；纤维本体的直径为0.90μm，比表面积为150m2/g；微电流高效抗菌抗病毒滤材的杀菌率为99.7％，抗病毒活性为99.98％。