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CN111330361A - 一种天然高分子改性功能性空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents

一种天然高分子改性功能性空气过滤材料及其制备方法 Download PDF

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CN111330361A CN202010167623.3A CN202010167623A CN111330361A CN 111330361 A CN111330361 A CN 111330361A CN 202010167623 A CN202010167623 A CN 202010167623A CN 111330361 A CN111330361 A CN 111330361A
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邢金城
杨一帆
凌继红
张燊
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Tianjin University
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Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中，在水浴加热的条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；将制得的壳聚糖黏合剂均匀涂抹在非织造布的基布表面，静置使壳聚糖黏合剂浸透基布；然后烘干浸透的基布。本发明还公开了一种天然高分子改性功能性空气过滤材料，其是以非织造布所制得的功能性空气过滤材料，具有除抗菌、甲醛、气体通过阻力小的特点。本发明的制备方法简便易行，成本低廉，具有大规模推广的潜力。

Description

一种天然高分子改性功能性空气过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种空气过滤材料及其制备方法，特别涉及一种天然高分子改性功能性空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
目前，人一生中约有80％以上的时间是在室内度过的，室内空气品质的好坏与人的健康息息相关。《2002年世界卫生报告》中已经指出：室内空气污染、高血压、高胆固醇以及肥胖症等共同被列为人类健康的大威胁之一。室内空气污染的种类主要包括颗粒污染(颗粒和花粉等)、生物污染(细菌和病毒等)和化学污染(无机化合物和有机化合物)等。从20世纪80年代开始，随着我国经济的快速发展，我国民用建筑中室内空气污染问题大规模出现，特别是由于过度装修、建材质量所导致的室内甲醛污染更是其中急待解决的问题。通风空调系统作为保障室内空气品质的重要手段，其内的空气过滤材料多为聚丙烯非织造布，这种滤料的优点在于成本低廉，易于工业化大规模生产，但是其缺点在于只能去除部分颗粒物污染，既不具有净化甲醛的功能，也不能抗菌。
功能性空气过滤材料具有不同于一般空气过滤材料的特殊性能,如耐腐蚀、抗菌(病毒)、清除有害气体等，它能满足特定应用情景中对空气过滤材料的特殊功能要求。因此针对我国民用建筑内室内空气污染问题，开发一种成本低廉、易于规模化生产、可净化室内甲醛污染的新型功能性空气过滤材料具有广泛的应用前景和发展前景。
由于聚丙烯纤维表面呈化学惰性，对聚丙烯非织造布进行改性，使其具有除甲醛功能的方法多为使用化学胶黏剂、强酸强碱刻蚀、热熔法、等离子体处理、低温磁控溅射，需要特殊设备、改性工艺繁琐，特别是许多化学胶黏剂中含有挥发性有机物，如果用在空气过滤材料中还有可能引发二次污染。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种改性工艺简单且可防止二次污染的天然高分子改性功能性空气过滤材料及其制备方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中，在水浴加热的条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；将制得的壳聚糖黏合剂均匀涂抹在非织造布的基布表面，静置使壳聚糖黏合剂浸透基布；然后烘干浸透的基布。
进一步地，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量占该混合物总质量的16％～44％，该混合物在50℃～70℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂。
进一步地，将丙纶、涤纶及腈纶的非织造布作为基布。
进一步地，用涂布装置将壳聚糖黏合剂涂抹在基布表面。
进一步地，涂布装置为胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒以及自动涂布机中的一种或多种。
进一步地，烘干浸透的基布的工艺为：在40℃～60℃下，烘干12h～36h。
本发明还提供了一种天然高分子改性功能性空气过滤材料，其是根据上述任一项的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法制备得到的。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)本发明的一种天然高分子改性功能性空气过滤材料，是以非织造布所制得的功能性空气过滤材料，因壳聚糖具有除甲醛及抑菌作用，本发明具有抗菌、除甲醛及气体通过阻力小的特点。
(2)本发明的一种天然高分子改性功能性空气过滤材料，实现了在温和条件下，无需复杂设备，用天然高分子化合物改性聚丙烯纤维等的非织造布制得。
(3)本发明的一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，简便易行，成本低廉，具有大规模推广的潜力。
附图说明
图1是本发明的一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的SEM图(10000倍)。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1，一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中，在水浴加热的条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；将制得的壳聚糖黏合剂均匀涂抹在非织造布的基布表面，静置使壳聚糖黏合剂浸透基布；然后烘干浸透的基布。
进一步地，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的16％～44％，该混合物可在50℃～70℃的水浴加热条件下搅拌溶解，可制得胶状的壳聚糖黏合剂。
进一步地，可将丙纶、涤纶及腈纶的非织造布作为基布。
进一步地，可用涂布装置将壳聚糖黏合剂涂抹在基布表面。
进一步地，涂布装置可为胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒以及自动涂布机中的一种或多种。
进一步地，烘干浸透的基布的工艺可为：在40℃～60℃下，烘干12h～36h。
本发明还提供了一种天然高分子改性功能性空气过滤材料实施例，其是根据上述任一项的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法制备得到的。
以下以本发明的几个优选实施例来进一步说明本发明的制备方法：
实施例1:
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比16％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的16％，可在60℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在丙纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在50℃下，烘干24h。
实施例2:
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比28％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的28％，可在60℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在丙纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在50℃下，烘干24h。
实施例3：
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比37％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的37％，可在60℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在丙纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在50℃下，烘干24h。
实施例4：
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比44％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的44％，可在60℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在丙纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在50℃下，烘干24h。
实施例5：
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比16％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的16％，可在50℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在丙纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在40℃下，烘干36h。
实施例6：
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比44％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的44％，可在70℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在涤纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在60℃下，烘干12h。
实施例7：
一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，首先可将水溶性壳聚糖按质量百分比30％分散于蒸馏水中，即将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量可占该混合物总质量的30％，可在60℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；然后将制得的壳聚糖黏合剂，采用胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒或自动涂布机等涂布装置均匀涂抹在腈纶非织造布的基布表面，并将从基布上滴落的壳聚糖黏合剂收集并涂布在基布表面；最后将浸透的基布在50℃下，烘干24h。
本发明的工作原理：
壳聚糖负载机理
可以用溶剂挥发物理成膜机理的模型来解释，分为三个阶段：
(1)水分(或溶剂)蒸发阶段：随着水分蒸发，壳聚糖涂层中的高聚物壳聚糖粒子由相互接近到相互接触。
(2)高聚物粒子变形阶段：相互接近的壳聚糖粒子之间产生毛细管现象，出现毛细管压强，促使毛细管进一步变细。毛细管越细，压强越大，当毛细管压强大于壳聚糖粒子抗变形力时，粒子变形聚集起来。
(3)分子扩散阶段：受到毛细管压强作用而变形的壳聚糖粒子之间产生壳聚糖分子间的相互作用扩散，导致分子相互聚集形成连续的固态膜。
净化甲醛的原理：
壳聚糖分子中，氨基葡萄糖上的C2位上存在氨基(-NH2)，属于氨的衍生物，可与甲醛发生亲核加成反应，反应生成的中间产物极为不稳定，于是脱去水分子后，最终形成含C＝N双键的亚胺类化合物，这种物质叫做Schiff碱(席夫碱)。其反应结构式可参考下式：
Figure BDA0002408020540000051
实施例1～4制得的天然高分子改性功能性空气过滤材料，通过实验测试，验证其具有除甲醛、气体通过阻力小的特点；实验室实测数据如下表一，甲醛净化效率的测试条件为：空气流速0.1±0.01m/s，甲醛初始浓度0.5±0.1mg/m3，相对湿度55±10％，空气温度26±3℃；滤料阻力测试条件为：空气流速0.1±0.01m/s，气流方向与滤料所在平面垂直。测试实验台的搭建参照GB/T 18801-2015《空气净化器》，甲醛的检测方法参照GB/T 15516-1995《空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法》。
表中：
试验编号1为由上述实施例1的方法制成的天然高分子改性功能性空气过滤材料；
试验编号2为由上述实施例2的方法制成的天然高分子改性功能性空气过滤材料；
试验编号3为由上述实施例3的方法制成的天然高分子改性功能性空气过滤材料。
试验编号4为由上述实施例4的方法制成的天然高分子改性功能性空气过滤材料；
表一：实施例1～4制得的天然高分子改性功能性空气过滤材料性能测试表
Figure BDA0002408020540000061
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (7)

1.一种天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，其特征在于，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中，在水浴加热的条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂；将制得的壳聚糖黏合剂均匀涂抹在非织造布的基布表面，静置使壳聚糖黏合剂浸透基布；然后烘干浸透的基布。
2.根据权利要求1所述的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，其特征在于，将水溶性壳聚糖分散于蒸馏水中形成混合物，水溶性壳聚糖质量占该混合物总质量的16％～44％，该混合物在50℃～70℃的水浴加热条件下搅拌溶解，制得胶状的壳聚糖黏合剂。
3.根据权利要求1所述的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，其特征在于，将丙纶、涤纶及腈纶的非织造布作为基布。
4.根据权利要求1所述的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，其特征在于，用涂布装置将壳聚糖黏合剂涂抹在基布表面。
5.根据权利要求4所述的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，其特征在于，涂布装置为胶头滴管、玻璃棒、刮刀、涂布棒以及自动涂布机中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法，其特征在于，烘干浸透的基布的工艺为：在40℃～60℃下，烘干12h～36h。
7.一种天然高分子改性功能性空气过滤材料，其特征在于，其是根据权利要求1至6任一项所述的天然高分子改性功能性空气过滤材料的制备方法制备得到的。
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