本發明涉及一種濾料，具體來說，涉及一種抗菌濾料及其整理方法。

背景技術：

由于濾料的除塵功能及所處環境的特殊性，微生物在濾料內容易繁殖與傳播，代謝產物將對空氣造成二次污染。目前，控制或消除濾料的微生物污染已經成為一個急需解決的問題。為了減少濾料的微生物污染，抗菌濾料成為研究熱點和發展趨勢，尤其學校、醫院、寫字樓等公共場所的空氣空調凈化除塵濾料對抗菌性的需求日益增加。因此，需要開發一種除塵效率高、抗菌性高效持久的濾料的綠色環保整理方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種抗菌濾料及其整理方法，以提高濾料的過濾效率和抗菌性能。

為解決上述技術問題，本發明實施例采用的技術方案是：

一方面，本發明實施例提供一種抗菌濾料，包括濾料本體、聚丙烯酰胺微孔薄膜和致密層，聚丙烯酰胺微孔薄膜連接在濾料本體和致密層之間；所述的聚丙烯酰胺微孔薄膜通過冷等離子體工藝在濾料本體一表面形成；致密層通過靜電紡絲工藝在聚丙烯酰胺微孔薄膜表面形成。

另一方面，本發明實施例還提供一種抗菌濾料的整理方法，包括以下步驟：

步驟10）采用冷等離子體工藝預處理濾料表面；

步驟20）制備羧甲基殼聚糖/銀紡絲液；

步驟30）采用靜電紡絲工藝，將步驟20）制備的羧甲基殼聚糖/銀紡絲液電紡在步驟10）預處理后的濾料表面。

作為優選例，所述的步驟10）具體包括：將濾料放入真空反應室中，開啟真空泵，向真空反應室中通入工作氣體；然后打開冷等離子體處理儀，產生冷等離子體，預處理濾料表面；隨后向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體，在預處理后的濾料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜。

作為優選例，所述的預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa。

作為優選例，所述的向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

作為優選例，所述的步驟20）具體包括：配制質量濃度為1～5%的羧甲基殼聚糖水溶液，向羧甲基殼聚糖水溶液中加入硝酸銀，形成混合溶液；混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；將混合溶液在避光環境下攪拌2 h后，進行等離子體處理，使混合溶液中的銀離子還原成納米銀，得到羧甲基殼聚糖/銀紡絲液。

作為優選例，所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

作為優選例，所述的步驟30）具體包括：將羧甲基殼聚糖/銀紡絲液置于靜電紡絲設備的微量注射泵中，將濾料卷繞在自動收卷裝置上，微量注射泵正對濾料表面，開啟靜電紡絲設備和自動收卷裝置，將羧甲基殼聚糖/銀紡絲液電紡在預處理后的濾料表面，形成由納米纖維構成的致密層。

作為優選例，所述的靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

作為優選例，所述的濾料由滌綸纖維、玻璃纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰胺纖維和聚芳酯纖維中一種或任意組合制成。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明實施例的抗菌濾料及其整理方法，可以提高濾料的過濾效率和抗菌性能。本發明實施例的整理方法以無毒生物活性抗菌材料羧甲基殼聚糖為母體，利用等離子體干法處理技術和靜電紡絲技術對濾料表面進行整理，使得整理后的濾料具有較高的過濾效率。該方法首先采用等離子體引發丙烯酰胺氣相聚合在濾料表面形成微孔薄膜，然后采用靜電紡絲技術，在微孔薄膜上由超細纖維形成致密層，從而能形成超細梯度結構濾料，過濾效率達95%以上。同時，本發明整理后的濾料具有高效持久的抗菌性?；钚钥咕燃谆鶜ぞ厶呛凸庾V抗菌銀在等離子體預處理的濾料表面形成復合超細納米纖維抗菌層。本發明實施例的抗菌濾料在洗滌前和10次洗滌后，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率均達99%以上。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構剖視圖。

具體實施方式

下面對本發明的技術方案進行詳細的說明。

如圖1所示，本發明實施例提供一種抗菌濾料，該濾料包括濾料本體1、聚丙烯酰胺微孔薄膜2和致密層3，聚丙烯酰胺微孔薄膜2連接在濾料本體1和致密層3之間。

本發明實施例的抗菌濾料，通過設置聚丙烯酰胺微孔薄膜2和致密層3，極大的提高了濾料的抗菌性能和過濾性能。本實施例中的聚丙烯酰胺微孔薄膜2通過冷等離子體工藝在濾料本體1一表面形成；致密層3通過靜電紡絲工藝在聚丙烯酰胺微孔薄膜2表面形成。

上述實施例的抗菌濾料的整理方法，該整理方法包括以下步驟：

步驟10）采用冷等離子體工藝預處理濾料表面；

步驟20）制備羧甲基殼聚糖/銀紡絲液；

步驟30）采用靜電紡絲工藝，將步驟20）制備的羧甲基殼聚糖/銀紡絲液電紡在步驟10）預處理后的濾料表面。

上述實施例的整理方法中，通過冷等離子體工藝和靜電紡絲工藝，在濾料表面制成聚丙烯酰胺微孔薄膜2和致密層3，以提高其過濾性能和抗菌性能。

上述實施例中，作為優選，所述的步驟10）具體包括：將濾料放入真空反應室中，開啟真空泵，向真空反應室中通入工作氣體；然后打開冷等離子體處理儀，產生冷等離子體，預處理濾料表面；隨后向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體，在預處理后的濾料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜。預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa。向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

步驟10）中，預處理濾料表面有兩方面作用，一是增加濾料表面的比面積和極性基團，增強濾料表面與納米纖維層（即致密層３）的粘結，二是形成的微孔薄膜與納米纖維層及濾料本體構成濾料的超細梯度結構，提高濾料的過濾效率。

作為優選方案，所述的步驟20）具體包括：配制質量濃度為1～5%的羧甲基殼聚糖水溶液，向羧甲基殼聚糖水溶液中加入硝酸銀，形成混合溶液；混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；將混合溶液在避光環境下攪拌2 h后，進行等離子體處理，使混合溶液中的銀離子還原成納米銀，得到羧甲基殼聚糖/銀紡絲液。等離子體處理方法還原納米銀是一種無需化學試劑的干式方法。在該步驟中，所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

作為優選，所述的步驟30）具體包括：將羧甲基殼聚糖/銀紡絲液置于靜電紡絲設備的微量注射泵中，將濾料卷繞在自動收卷裝置上，微量注射泵正對濾料表面，開啟靜電紡絲設備和自動收卷裝置，將羧甲基殼聚糖/銀紡絲液電放在預處理后的濾料表面，形成由納米纖維構成的致密層。該步驟中，靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

本發明實施例中，所述的濾料由滌綸纖維、玻璃纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰胺纖維和聚芳酯纖維中一種或任意組合制成。

濾料經過上述實施例的整理方法整理之后，具有較高的過濾效率。首先采用等離子體引發丙烯酰胺氣相聚合在濾料表面形成微孔薄膜，然后采用靜電紡絲技術，在微孔薄膜上形成由納米纖維構成的致密層３。濾料本體１、等離子體處理形成的微孔薄膜２和靜電紡絲形成的納米纖維層（即致密層３）構成超細梯度結構的濾料，過濾效率達97%以上。同時，本發明整理后的濾料具有高效持久的抗菌性?；钚钥咕燃谆鶜ぞ厶呛凸庾V抗菌銀在等離子體預處理的濾料表面形成復合納米纖維抗菌層。將具有抗菌性的羧甲基殼聚糖和納米銀復合在一起，一方面避免納米銀的團聚，另一方面提高抗菌率。等離子體處理形成的微孔薄膜２增加納米纖維抗菌層（即致密層３）與濾料本體１的粘結，提高抗菌的持久性。

羧甲基殼聚糖是一種水溶性殼聚糖衍生物，分子結構中沒有被取代的氨基，在酸性條件下帶正電荷，能與細菌細胞表面帶有負電荷的大分子基團結合，從而附著于細菌表面，阻止了營養物質向細胞內運輸，殺死細菌。納米銀分布在濾料表面，能起到催化活性中心的作用。該活性中心吸收環境的能量，自行分解出自由電子（e-），同時留下帶正電的空穴（h+），該空穴可激活吸附在材料表面的空氣或水中的氧，產生羥自由基（?OH）和活性氧離子（O^-₂）。它們與多種微生物發生氧化反應，破壞細菌細胞的繁殖。

本發明實施例中，羧甲基殼聚糖除了具有抗菌性能外，還可以分散納米銀，避免納米銀發生團聚。羧甲基殼聚糖在納米銀的制備中用作穩定劑。在水溶液中，羧甲基殼聚糖可以吸附在金屬銀離子的表面形成配合物，起到穩定納米銀的作用。另外，羧甲基殼聚糖上的多羥基、羧基和氨基結構，使其通過分子間和分子內氫鍵的作用可形成分子水平上的獨立空間，為納米銀的生長提供良好的模板，避免納米銀團聚，

本發明實施例中，微孔薄膜2可以提高濾料本體１和致密層３之間的結合牢度。等離子體引發丙烯酰胺氣相聚合在濾料表面形成的聚丙烯酰胺微孔薄膜，增加濾料表面的比表面積和極性基團，增強與其它物質的物理和化學結合，提高其表面的粘結性，從而有利于濾料表面更牢固地吸附更多的羧甲基殼聚糖/銀復合納米纖維，使濾料具有高效持久的抗菌性。

下面通過實驗，來驗證經過本發明實施例的整理方法整理后的濾料具有良好抗菌性能和過濾性能。

實施例１

濾料由滌綸纖維制成。該濾料的整理方法，包括以下步驟：

步驟10）采用冷等離子體工藝預處理濾料表面：將濾料放入真空反應室中，開啟真空泵，向真空反應室中通入工作氣體；然后打開冷等離子體處理儀，產生冷等離子體，預處理濾料表面；隨后向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體，在預處理后的濾料表面形成聚丙烯酰胺微孔薄膜；

預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa；

所述的向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

步驟20）制備羧甲基殼聚糖/銀紡絲液：配制質量濃度為1～5%的羧甲基殼聚糖水溶液，向羧甲基殼聚糖水溶液中加入硝酸銀，形成混合溶液；混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；將混合溶液在避光環境下攪拌2 h后，進行等離子體處理，使混合溶液中的銀離子還原成納米銀，得到羧甲基殼聚糖/銀紡絲液；

所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

步驟30）采用靜電紡絲工藝，將步驟20）制備的羧甲基殼聚糖/銀紡絲液電紡在步驟10）預處理后的濾料表面：將羧甲基殼聚糖/銀紡絲液置于靜電紡絲設備的微量注射泵中，將濾料卷繞在自動收卷裝置上，微量注射泵正對濾料表面，開啟靜電紡絲設備和自動收卷裝置，將羧甲基殼聚糖/銀紡絲液電放在預處理后的濾料表面，形成由納米纖維構成的致密層；

所述的靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

實施例２

濾料由玻璃纖維制成，該濾料的整理方法與實施例１相同，所不同的是：

步驟10）：預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa；

所述的向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

步驟20）羧甲基殼聚糖水溶液的質量濃度為1～5%，混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；

所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

步驟30）所述的靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

實施例３

濾料由聚苯硫醚纖維和聚酰胺纖維按照質量比１:１制成。該濾料的整理方法與實施例１相同，所不同的是：

步驟10）：預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa；

所述的向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

步驟20）羧甲基殼聚糖水溶液的質量濃度為1～5%，混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；

所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

步驟30）所述的靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

實施例４

濾料由聚芳酯纖維制成。該濾料的整理方法與實施例１相同，所不同的是：

步驟10）：預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa；

所述的向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

步驟20）羧甲基殼聚糖水溶液的質量濃度為1～5%，混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；

所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

步驟30）所述的靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

實施例５

濾料由玻璃纖維、聚酰胺纖維和聚芳酯纖維按照質量比１:１:２制成。該濾料的整理方法與實施例１相同，所不同的是：

步驟10）：預處理濾料表面過程中，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，預處理時間為30～120 S，真空反應室的真空度為1～20 Pa；

所述的向真空反應室中通入丙烯酰胺氣體時，冷等離子體處理儀的輸出功率為50～400 W，聚合時間為7~10 min，真空反應室的真空度在1～100 Pa以下。

步驟20）羧甲基殼聚糖水溶液的質量濃度為1～5%，混合溶液中硝酸銀溶液的質量濃度為0.5～1.25%；

所述進行等離子體處理的過程中，工作氣體為氧氣、氮氣、氬氣或氦氣，輸出功率為50～400 W，處理時間為1～5 min，處理時的真空度為1～10 Pa。

步驟30）所述的靜電紡絲設備工作時：靜電紡絲機高壓電源的正電壓為20～30 kV，負電壓為0～10 kV；微量注射泵的流速為0.8～1.2 mL/h；接收距離為19～22 cm；自動收卷裝置的卷繞速度為0.5～10 mm/min。

對比例１

濾料由滌綸纖維制成。沒有經過本發明的整理方法進行整理。

對比例２

濾料由玻璃纖維制成。沒有經過本發明的整理方法進行整理。

對比例３

該濾料由聚苯硫醚纖維和聚酰胺纖維按照質量比１:１制成。沒有經過本發明的整理方法進行整理。

對比例４

該濾料由聚芳酯纖維制成。沒有經過本發明的整理方法進行整理。沒有經過本發明的整理方法進行整理。

對比例５

該濾料由玻璃纖維、聚酰胺纖維和聚芳酯纖維按照質量比１:１:２制成。沒有經過本發明的整理方法進行整理。

對上述實施例和對比例進行抗菌性能測試。測試方法按照AATCC100-2012《紡織品抗菌整理的評價》進行。測試結果如表１所示。

對上述實施例和對比例進行過濾性能測試。測試方法按照ASTM D6830-02:2008

表１

從表１可以看出：本實施例１—５的濾料在洗滌前和10次洗滌后對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率達99%以上，具有持久高效的抗菌性能。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本領域的技術人員應該了解，本發明不受上述具體實施例的限制，上述具體實施例和說明書中的描述只是為了進一步說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護的范圍由權利要求書及其等效物界定。