抗菌抗病毒高分子材料及所得空调器过滤网和空调器
阅读说明：本技术 抗菌抗病毒高分子材料及所得空调器过滤网和空调器 (Antibacterial and antiviral high polymer material, air conditioner filter screen and air conditioner ) 是由 温博 李云蹊 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种抗菌抗病毒高分子材料及所得空调器过滤网和空调器,属于高分子材料技术领域,能够解决现有的高分子材料不能同时满足杀灭细菌和病毒双重功能的技术问题。该抗菌抗病毒高分子材料按重量份包括：高分子材料100份、抗微生物添加剂0.3-5份、分散剂0.1-3份、抗氧化剂1-3份,其中,所述抗微生物添加剂为负载纳米银颗粒的金属氧化物纤维。本发明能够应用于空调器过滤网的制备中,可有效去除99.9％的目标病毒和细菌。(The invention provides an antibacterial and antiviral high polymer material, an air conditioner filter screen and an air conditioner, belongs to the technical field of high polymer materials, and can solve the technical problem that the existing high polymer material cannot simultaneously meet the dual functions of killing bacteria and viruses. The antibacterial antiviral high polymer material comprises the following components in parts by weight: 100 parts of high polymer material, 0.3-5 parts of antimicrobial additive, 0.1-3 parts of dispersant and 1-3 parts of antioxidant, wherein the antimicrobial additive is metal oxide fiber loaded with nano silver particles. The invention can be applied to the preparation of the filter screen of the air conditioner and can effectively remove 99.9 percent of target viruses and bacteria.)
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种抗菌抗病毒高分子材料及所得空调器过滤网和空调器。
背景技术
空调器是室内空气温度、湿度、气体组分等的调节装置，其中空调器滤网是室内空气必经部件。在日常生活中，相当一部分有害细菌真菌和病毒在室内空气中存在并繁殖，且通过接触而导致各种疾病。现有的滤网技术主要集中在降解过滤悬浮颗粒物、空气中的甲醛等有机分子上，对细菌真菌和病毒的防除功能关注不足。
随着人们对健康意识的不断增强，对空调器过滤网提出了“抑菌、杀毒”的需求，这就要求我们生活中使用的空调器滤网具有抗菌杀毒的功效。抗菌高分子材料的制备一般是通过在其造粒过程中加入一定量的抗菌剂来实现。其中有机抗菌剂具有杀菌见效快的优点，但由于大部分有机抗菌剂是小分子化合物，存在耐热性差，老化后容易失效，长时间放置容易从高分子材料中析出等缺点。
专利申请CN103146119A提供了一种耐磨抗菌ABS改性材料及其制备方法，其中添加了纳米银和纳米二氧化钛离子，并利用等离子体溅射工艺在ABS材料表面形成一层二氧化钛薄膜，该方法对材料进行了二次加工，增加了加工的复杂性和成本。专利申请CN107011639A公开了一种通过纳米铜、纳米锌、纳米银、改性剂改性制备的抗菌高分子材料，但该方案对于抗菌母粒的制备工艺要求略高且实际持续抗菌效果差。因此，目前尚未提出适用于空调器过滤网的可同时满足杀灭细菌和病毒功能的有效材料。
发明内容
本发明提出一种抗菌抗病毒高分子材料及所得空调器过滤网和空调器，该高分子材料中通过在金属氧化物纤维负载纳米银颗粒，基于银与金属可协同高效杀灭微生物和病毒，使所得空调器过滤网具有显著的抗菌杀毒效果。
为了达到上述目的，本发明提供了一种抗菌抗病毒高分子材料，按重量份包括：
高分子材料100份、抗微生物添加剂0.3-5份、分散剂0.1-3份、抗氧化剂1-3份，其中，所述抗微生物添加剂为负载纳米银颗粒的金属氧化物纤维。
上述高分子材料中，独创地加入了抗微生物添加剂，该抗微生物添加剂为负载纳米银颗粒的金属氧化物纤维。该抗微生物添加剂的作用原理包括两方面，一方面基于灭杀细菌真菌作用出发，即铜、锌等金属离子可以使细菌真菌细胞膜上的蛋白质、多肽甚至氨基酸变性，使得微生物的细胞核或拟核暴露。此时，纳米银可以影响细菌真菌的DNA，使得DNA转录为RNA的过程和DNA双链的复制过程无法正常进行，从而阻止细菌真菌复制繁殖，同时纳米银与金属离子还可以使细菌真菌细胞质内的大部分酶失去活性，影响细菌真菌的呼吸作用和养分的摄取能力，从而达到除菌效果；另一方面基于杀除病毒的协同作用出发，即纳米银可以影响病毒的遗传物质，阻止其遗传物质的复制与转录，使得病毒失去活性，从而最终实现抗菌杀毒双重功效。
上述抗菌抗病毒高分子材料中，除高分子材料用量外，本领域技术人员可根据实际条件调整其余各组分的用量，例如抗微生物添加剂的添加量还可为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5份或范围内的任意点值，分散剂的添加量还可为0.3、0.5、1、1.5、2、2.5份或范围内的任意点值，抗氧化剂的添加量还可为1.5、2、2.5份或范围内的任意点值。
作为优选，所述抗微生物添加剂中金属氧化物的含量为70-98wt％，纳米银颗粒的负载量为2-30wt％。可以理解的是，载银量过少，效果相较金属氧化物纤维无明显提升；而载银量过高，则将大幅提高制造成本。对于抗微生物添加剂而言，本领域技术人员可根据实际情况调整各组分的用量，例如金属氧化物的含量还可为72、75、78、80、83、85、87、90、94、95、97％或范围内的任意点值，纳米银颗粒的负载量可对应为3、5、6、10、13、15、17、20、22、25、28％或范围内的任意点值。
作为优选，所述纳米银颗粒的粒径为5-200nm，所述金属氧化物纤维的直径为20-400nm。可以理解的是，若纳米银颗粒过大，则造成纳米银比表面积小的问题，对抗菌性能不利。
作为优选，所述抗微生物添加剂通过以下步骤制备得到：
将纺丝剂聚乙烯吡咯烷酮与金属盐水合物于二甲基甲酰胺中完全溶解，将所得溶液进行静电纺丝，得到均匀、可控的金属氧化物的前驱体纳米纤维薄膜；
将所得前驱体纳米纤维膜升温至400-800℃并保温0.5-2h，使得前驱体氧化，得到晶型稳定的纳米金属氧化物纤维；
将所得纳米金属氧化物纤维浸泡在硝酸银与缓冲剂的水溶液中，充分混合后，将混合物加热至80-140℃并保温0.5-2h，使得纳米银负载在金属氧化物纤维表面，自然冷却至室温后，清洗干燥后，得到抗微生物添加剂。可以理解的是，将纳米银颗粒负载在金属氧化物的长纤维上，可有效起到协同作用。
作为优选，所加入的聚乙烯吡咯烷酮为聚乙烯吡咯烷酮K-30，金属盐水合物选自氯化铝水合物、氯化铁、乙酸锌水合物、乙酸铜水合物、硫酸锌水合物、硫酸铜水合物中的至少一种，缓冲剂选自六次甲基四胺、乙酸、乳酸中的至少一种其中，选用聚乙烯吡咯烷酮K-30在于其具有良好的溶解性以及良好的活化效果。
作为优选，所加入的硝酸银与缓冲剂的浓度比为1:1。
作为优选，所述金属氧化物选自氧化铜、氧化锌、氧化铝、二氧化钛和氧化铁中的至少一种。
作为优选，所述高分子材料为聚丙烯，分散剂为硬脂酸盐、硬脂酸、石蜡中的至少一种，抗氧化剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类抗氧化剂中的至少一种，优选为亚磷酸三壬基苯酯TNPP。
本发明提供了一种空调器过滤网，采用上述任一项技术方案所述的抗菌抗病毒高分子材料制备得到。
本发明提供了一种空调器，包含上述技术方案所述的空调器过滤网。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供的抗菌抗病毒高分子材料中通过添加负载纳米银颗粒的金属氧化物纤维作为抗微生物添加剂，可在Ag和金属氧化物所释放金属离子的协同作用下杀灭细菌和病毒，有效去除99.9％的目标病毒和细菌。并且，基于该抗微生物添加剂制备得到的抗菌抗病毒高分子材料可具有1)无毒、不渗透、不解析、不浸出、无有害物质产生，100％可回收；2)可以长期使用，即使在清洗、磨损和紫外线照射后仍可使用等优点。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的金属氧化物纤维负载纳米银微观结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的抗菌抗病毒高分子材料及所得空调器过滤网和空调器，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将0.8gPVP(K-30)与0.33g(0.0015mol)ZnAc2·2H2O完全溶解在10mLDMF中，
将所得溶液进行静电纺丝处理，获得氧化锌的前驱体纳米纤维薄膜。
将获得的前驱体纤维膜升温到600℃并保温1h，得到纯净的纳米氧化锌纤维。
将50mg氧化锌纤维浸泡在100mL硝酸银与六次甲基四胺(HMTA)的水溶液中(硝酸银与六次甲基四胺的浓度相同均为0.05M)。
在充分混合后将混合物移入中加热至120℃并保温1h，自然冷却至室温后将试样洗净烘干获得载银纳米氧化锌纤维抗微生物添加剂，如图1所示。
将抗微生物添加剂0.5份、分散剂硬脂酸铜1份、抗氧化剂TNPP2份，与100份聚丙烯(PP)混合，制备得到抗菌抗病毒高分子材料。
实施例2
将0.8gPVP(K-30)与0.375gCuSO4·5H2O完全溶解在10mLDMF中，
将所得溶液进行静电纺丝处理，获得氧化铜的前驱体纳米纤维薄膜。
将获得的前驱体纤维膜升温到600℃并保温1h，得到纯净的纳米氧化铜纤维。
将50mg纳米氧化铜纤维浸泡在100mL硝酸银与六次甲基四胺(HMTA)的水溶液中(硝酸银与六次甲基四胺的浓度相同均为0.05M)。
在充分混合后将混合物移入中加热至120℃并保温1h，自然冷却至室温后将试样洗净烘干获得载银纳米氧化铜纤维抗微生物添加剂。
将抗微生物添加剂0.5份、分散剂硬脂酸铜1份、抗氧化剂TNPP2份，与100份聚丙烯(PP)混合，制备得到抗菌抗病毒高分子材料。
实施例3
将0.8gPVP(K-30)与0.405g FeCl3·6H2O完全溶解在10mL的NMP中，
将所得溶液进行静电纺丝处理，获得氧化铜的前驱体纳米纤维薄膜。
将获得的前驱体纤维膜升温到600℃并保温1h，得到纯净的纳米氧化铜纤维。
将50mg纳米氧化铜纤维浸泡在100mL硝酸银与六次甲基四胺(HMTA)的水溶液中(硝酸银与六次甲基四胺的浓度相同均为0.05M)。
在充分混合后将混合物移入中加热至120℃并保温1h，自然冷却至室温后将试样洗净烘干获得载银纳米氧化铜纤维抗微生物添加剂。
将抗微生物添加剂0.5份、分散剂硬脂酸铜1份、抗氧化剂TNPP2份，与100份聚丙烯(PP)混合，制备得到抗菌抗病毒高分子材料。
对比例1
将50mg氧化锌粉末(颗粒粒径约70nm)浸泡在100mL硝酸银与六次甲基四胺(HMTA)的水溶液中(硝酸银与六次甲基四胺的浓度相同均为0.05M)，在充分混合后将混合物移入中加热至120℃并保温1h进行负载纳米银处理。
将载银氧化锌粉末0.5份、分散剂硬脂酸铜1份、抗氧化剂TNPP2份，与100份聚丙烯(PP)混合，制备得到相应高分子材料。
对比例2
将颗粒粒径约70nm的氧化锌粉末0.4份、粒径约为15nm的纳米银粉末0.1份、分散剂硬脂酸铜1份、抗氧化剂TNPP2份，与100份聚丙烯(PP)混合，制备得到相应高分子材料。
性能测试
将上述实施例和对比例所得抗菌高分子材料制成样板，进行测试。除测试时间外，其余测试操作按GB 21551.2-2008施行。测试结果如表1、2所示。
表1 除病毒功能测试结果表
表2 除菌能力测试结果表
由上述表1、2测试结果可知，利用本申请添加抗微生物添加剂的抗菌抗病毒高分子材料制备的样板经测试，通过接触如H1N1病毒、H7N9病毒或SARS病毒15min，即可去除大于99.9％的病毒，相比对比例1(利用常规金属氧化物粉末负载纳米银)、对比例2(利用常规金属氧化物粉末与纳米银物理混合)制备得到的样板的病毒去除率有明显提高，此外，与白色葡萄球菌、大肠杆菌或金黄色葡萄球菌接触1h后，也可杀灭大于99.9％的细菌真菌，其抑菌率也明显高于对比例1、2制备得到的样板的抑菌率。由此可见，利用本申请添加抗微生物添加剂制备的抗菌抗病毒高分子材料具有有效的抗菌抗病毒双重功效，可有效用于空调器过滤网发挥预期作用。