一种空气净化用易降解杀菌过滤材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及空气净化技术领域，更具体地说，它涉及一种空气净化用易降解杀菌过滤材料及其制备方法。

背景技术

气溶胶飞沫类传播病毒是引起各类呼吸道传染病的一个重要因素。为了减少细菌、病毒的传播，通常采用专用的杀菌消毒设备，例如紫外线杀菌器、辐射杀菌器、高温杀菌器等，对人类生活环境、生活物品等进行消毒杀菌。然而，上述的杀菌消毒设备成本较高，并且均难以与空气净化器、空调过滤装置、呼吸防护装备配合使用，使得在室内环境中，难以减少空气中的细菌、病毒对人类的侵害。因此，杀菌消毒设备不适用于大规模民用。

为了解决上述问题，目前在人类社会生活中，通常采用口罩、空气净化器、空调滤芯等。

然而，现在大规模使用的口罩、空气净化器和空调滤芯等大多由聚丙烯(PP)加工制成，抗菌、过滤性能较差，并且使用废弃后难以降解，造成了严重的白色污染问题，严重威胁生态环境。

发明内容

为了提高杀菌过滤材料的杀菌、易降解、过滤性能，本申请提供了一种空气净化用易降解杀菌过滤材料及其制备方法，采用如下技术方案。

第一方面，提供一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，所述材料包括外层膜、中间层膜以及内层膜，所述中间层膜位于所述外层膜和所述内层膜之间；所述中间层膜包括以下质量份的原料：钛酸四异丙酯8-10份、异丙醇70-80份、水25-25份、0.02-5mol/L的银盐溶液0.6-1.2份、BaTiO

通过采用上述技术方案，本发明提供的一种空气净化用易降解杀菌过滤材料及其制备方法，采用同轴静电纺丝原位生长法使载银二氧化钛晶体均匀沉积到聚乳酸/BaTiO

可选的，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、氯仿、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中的一种或几种。

可选的，所述有机溶剂为质量比为3-5:1的二氯甲烷和二甲基甲酰胺的混合液。

可选的，所述银盐溶液为硝酸银溶液、氯化银溶液、硫酸银溶液中的一种或几种。

可选的，所述外层膜和所述内层膜均为聚乳酸无纺布。

通过采用上述技术方案，使得空气净化用易降解杀菌过滤材料具有良好的杀菌性能和全降解性。

可选的，所述外层膜为疏水性聚乳酸无纺布，所述内层为亲水性聚乳酸无纺布。

通过采用上述技术方案，使得水分不易通过空气净化用易降解杀菌过滤材料的中间层膜的杀菌和过滤性能，同时，在空气净化用易降解杀菌过滤材料用以制备口罩时，还能够吸收人体呼气产生的水分，使得口罩与人体面部接触的一面能够保持干爽。

第二方面，提供一种空气净化用易降解杀菌过滤材料的制备方法，所述材料包括外层膜、中间层膜以及内层膜，所述中间层膜位于所述外层膜和所述内层膜之间；所述方法包括以下步骤：

S1、将钛酸四异丙酯与异丙醇总量的2/5混合均匀，得到混合液I，将水总量的1/2和异丙醇总量的1/10混合均匀，得到混合液II，将混合液I滴入混合物II中，然后加入0.02-5mol/L的银盐溶液，搅拌至混合均匀，于200-5000W的微波、120-190℃下反应30-70min，反应结束后离心、洗涤、干燥、450-550℃煅烧3-4h，制备得到锐钛型载银二氧化钛；S2、将BaTiO

可选的，在所述S1中，干燥温度为60-120℃，干燥时间为6-48h。

可选的，在所述S3中，纺丝电压为10-50kV，纺丝溶液消耗速率为0.1-10mL/h，接收距离为10-25cm。

可选的，在所述S4中，热压温度为80-130℃，热压压力为0.1-10MPa，热压时间为3-10min。

综上所述，本申请至少具有以下有益效果：

1.本申请中的空气净化用易降解杀菌过滤材料，包括中间层膜、外层膜、内层膜，其中中间层膜通过各原料之间的相互协同作用提高了其杀菌、过滤性能以及力学性能，从而使得空气净化用易降解杀菌过滤材料具有优良的杀菌、过滤性能；

2.本申请中的空气净化用易降解杀菌过滤材料，均采用了聚乳酸材料，具有良好的生物相容性和全降解性；

3.本申请中的空气净化用易降解杀菌过滤材料，通过同轴静电纺丝技术制备得到的中间层膜，使得锐钛型载银二氧化钛均匀、稳定的负载于纳米纤维膜上，提高了中间层膜的杀菌性能，从而能够提高空气净化用易降解杀菌过滤材料的杀菌性能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为本申请实施例提供的空气净化用易降解杀菌过滤材料的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的微生物气溶胶过滤测试系统的系统架构示意图；

图3为本申请实施例提供的纳米颗粒稳定性测试系统的系统架构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

原料

实施例

实施例1

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，如图1所述，该材料包括外层膜1、中间层膜2以及内层膜3，中间层膜2位于外层膜1和内层膜3之间。该材料能够将污浊气流中的活菌进行灭杀、过滤并对气流中的颗粒物进行过滤净化，从而得到洁净气流。

中间层膜2包括以下原料：钛酸四异丙酯9.6g、异丙醇78.5g、水20g、1mol/L的硝酸银溶液0.85g、BaTiO

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：

S11、微波辅助制备锐钛型载银二氧化钛：将9.6g钛酸四异丙酯与31.4g异丙醇混合均匀，得到混合液I；将10g水和7.85g异丙醇混合均匀，得到混合液II；将混合液I滴加到混合液II中，300rpm下搅拌30min，加入0.85g硝酸银溶液，300rpm下搅拌30min，置入微波反应釜中于180℃的条件下反应60min，反应结束后离心、洗涤、干燥，在马弗炉中500℃的条件下煅烧3h，制备得到锐钛型载银二氧化钛；

S12、制备聚乳酸/BaTiO

S13、制备中间层膜2：将10g水和39.25g异丙醇混合均匀，得到混合液III，将S11制备得到的锐钛型载银二氧化钛于冰浴的混合液III中分散均匀，与S12制备的聚乳酸/BaTiO

S14、制备空气净化用易降解杀菌过滤材料：将原位生长有Ag-TiO

实施例2

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，其和实施例1的区别之处在于，有机溶剂为等量的质量比为7:3的氯仿和乙醇混合液；

其和实施例1的区别之处还在于，S13中同轴静电纺丝技术的操作条件不同：电压为15kV，溶液消耗速率为1mL/h，接收距离为20cm，所得中间层膜2的纤维平均直径为100nm，中间层膜2的厚度为50μm；

其和实施例1的区别之处还在于，S14中热压条件不同：温度为110℃，压力为5MPa，其余均和实施例1相同。

实施例3

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，其和实施例1的区别之处在于，有机溶剂为等量的质量比为6:4的二氯甲烷和丙酮的混合液；

其和实施例1的区别之处还在于，同轴静电纺丝技术的操作条件不同：电压为40kV，溶液消耗速率为5mL/h，接收距离为25cm，所得中间层膜2的纤维平均直径为200nm，中间层膜2的厚度为200μm；

其和实施例1的区别之处还在于，S14中热压条件不同：温度为100℃，压力为3MPa，时间为5min，其余均和实施例1相同。

实施例4

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，其和实施例1的区别之处在于，有机溶剂为等量的质量比为5:5的乙酸乙酯和乙醇的混合液；

其和实施例1的区别之处还在于，S11中微波反应釜中反应时间为70min；

其和实施例1的区别之处还在于，同轴静电纺丝技术的操作条件不同：电压为10kV，溶液消耗速率为0.1mL/h，接收距离为10cm，所得中间层膜2的纤维平均直径为300nm，中间层膜2的厚度为150μm；

其和实施例1的区别之处还在于，S14中热压条件不同：温度为90℃，压力为0.1MPa，时间为3min，其余均和实施例1相同。

对比例

对比例1

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，其和实施例1的区别之处在于，不采用同轴静电纺丝技术制备中间层膜2，而是通过混纺的方法将Ag-TiO

具体地，通过混纺的方法制备中间层膜的过程为：将聚乳酸、BaTiO

对比例2

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，其和实施例2的区别之处在于，不采用热压法制备空气净化用易降解杀菌过滤材料；具体地，将外层膜1、中间层膜2、内层膜3直接缝合后得到空气净化用易降解杀菌过滤材料，其余均和实施例2相同。

对比例3

一种空气净化用易降解杀菌过滤材料，其和实施例3的区别之处在于，未制备锐钛型载银二氧化钛；具体地，空气净化用易降解杀菌过滤材料采用以下方法制备得到：将BaTiO

性能检测试验

分别对实施例1-4、对比例1-3制备得到的7种空气净化用易降解杀菌过滤材料/中间层膜依照国家标准进行表面电位、断裂强度、过滤性能测试。

此外，依托本申请自主搭建的微生物气溶胶灭杀过滤测试系统和纳米颗粒稳定性测试系统分别对7种空气净化用易降解杀菌过滤材料/中间层膜的杀菌性能和纳米颗粒稳定性进行测试。

杀菌性能测试：采用如图2所示的自行搭建的微生物气溶胶灭杀过滤测试系统测试中间层膜的(面积113.04cm

纳米颗粒稳定性测试：采用如图3所示的自行搭建的纳米颗粒稳定性测试系统测试负载于中间层膜的纤维上的载银二氧化钛的稳定性，测试仪器为激光粒度分析仪。每组纤维膜至少测试3个平行样，结果取其平均值。

实施例1-4、对比例1-3制备得到的7种空气净化用易降解杀菌过滤材料/中间层膜的表面电位、断裂强度、过滤性能、杀菌性能、纳米颗粒稳定性的检测结果对比如表1所示。

表1 7种空气净化用易降解杀菌过滤材料/中间层膜检测结果对比

从表中数据可以看出，本申请的空气净化用易降解杀菌过滤材料，断裂强度的范围为18.3-22.5MPa，空气阻力的范围为75-86Pa，中间层膜的杀菌率的范围为99.91-99.97％；0天表面电位的范围为12.2-17.2kV；7天表面电位的范围为11.9-16.9kV；30天表面电位的范围为11.5-16.5kV；PM

实施例1-4以及对比例2制备得到的中间层膜具有较高的抗菌率(99.91％-99.97％)，原位生长在中间层膜的纤维表面的锐钛型载银二氧化钛能够有效提高杀菌性能，对比例1的杀菌率相对较低，主要是由于锐钛型载银二氧化钛负载到中间层膜的纤维内部导致锐钛型载银二氧化钛无法有效发挥作用，对比例3的杀菌率为99.07％，这是因为中间层膜的纤维上无锐钛型载银二氧化钛负载，BaTiO

实施例1-4以及对比例1、3制备得到的中间层膜均展现了极高的表面电位(10.8kV-17.2kV)，且随时间几乎不产生衰减，证实具有极高的长效稳定性。尤其是实施例1制备得到的中间层膜的表面电位初始值高至17.2kV，且在30天后，实施例1制备得到的中间层膜的表面电位仍保持在16.5kV。中间层膜的表面电位与过滤性能密切相关，拥有极高表面电位的实施例1-4以及对比例1、3制备得到的中间层膜对PM

由此说明，本专利提出的技术方案使得锐钛型载银二氧化钛均匀地负载于纳米纤维表面、锐钛型载银二氧化钛和BaTiO

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。