一种高过滤性空调用无纺布及其制备方法与流程

本发明涉及纺织，具体涉及一种高过滤性空调用无纺布及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着环境污染问题日趋严重，人们对于室内环境的要求越来越高，而空气中含有许多不同的颗粒，如灰尘、花粉、煤烟、研磨颗粒、臭氧、异味、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、苯等，空调作为家庭中常用的电器之一，它的过滤性能影响着室内空气质量。空调滤芯主要采用无纺布作为滤材，由定向的或随机的纤维而构成，因具有布的外观和某些性能而称其为布，无纺布具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点，如多采用聚丙烯粒料为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。

2、传统空调用无纺布使用的驻极母粒是以聚丙烯树脂为基材，添加驻极剂(如：硬脂酸锌、月桂酸铝、硬脂酸镁)以及其它助剂合成，该驻极母粒中的驻极剂使用量较大，易对材料自身的性能造成影响，而以无机材料作为驻极剂，基于自身优异的性能能使无纺布具有较高的过滤性能；此外，传统无纺布中通常添加有机小分子抗菌剂作为抗菌材料，但是有机小分子抗菌剂在生产和使用过程中易析出，不能长效抗菌。因此，本发明中的无纺布以无机材料作为驻极母粒中的驻极剂，有机和无机材料协同作为抗菌剂，不仅使其具有优异的过滤性能，还具有优异的抗菌性能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种高过滤性空调用无纺布及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高过滤性空调用无纺布，包括以下重量份数的原料：聚丙烯树脂60-80份，改性抗菌剂3-5份，驻极母粒30-40份，增韧剂2-4份；

4、所述驻极母粒，按重量份计包括：聚丙烯树脂50-80份，mxene nss@n/s-qds纳米材料10-15份，抗氧剂0.3-1份，润滑剂2-3份；

5、所述驻极母粒由以下步骤制备：

6、1)制备mxene nss@n/s-qds纳米材料，包括以下步骤：

7、步骤a1、将2g hcl-lif刻蚀后的mxene洗涤至上清液ph为6-7，收集沉淀，再将其重新分散在10ml去离子水中，通入氩气后密封，并在冰水浴下超声1h，超声结束后，离心，收集上层溶液，即得少层mxene纳米片；

8、步骤a2、在含有去离子水的烧杯中加入柠檬酸、尿素和硫酸，搅拌均匀后，再加入少层mxene纳米片超声分散10min，然后将混合液转移至高压釜中，并在160℃下加热4-6h，待反应结束后，冷却至室温，过滤、洗涤干燥，即得mxene nss@n/s-qds纳米材料；

9、进一步地，去离子水、柠檬酸、尿素、硫酸和少层mxene纳米片的用量比为20ml：2-3g：0.5-1g：2-3ml：10-15ml；

10、2)按重量份数称取原料，将各组分原料加入高速混合机中以800-1000rpm的转速混合5min后，转移至双螺杆挤出机在200-240℃下熔融挤出，真空造粒，即得驻极母粒。

11、所述改性抗菌剂由以下步骤制备：

12、步骤b1、将对苯二胺分散在dmf和三乙胺的混合液中混合搅拌均匀，记为溶液a，将六水合氯化锌和2-氨基对苯二甲酸分别在dmf中混合搅拌均匀，记为溶液b和溶液c，将溶液b和溶液c加入溶液a中搅拌混合10min后，再加入三聚氯氰搅拌混合15min后，超声分散30min，然后将混合液转移至高压釜中，并在120℃下反应24h，待反应结束后，冷却至室温，离心、洗涤，并在80℃下干燥12h，即得mof/cof纳米材料；

13、步骤b1中采用一步法，将mof前驱体和cof前驱体原料进行一次混合，合成mof和cof杂化材料，二者之间通过mof中的氨基与cof中的-cl基团反应形成-nh-化学键进行连接，致使其紧密结合；mof和cof之间形成的结构，使两者结合紧密，在两者界面处形成大量介孔，有利于气体的扩散和传输，协同作用提高纳米材料的吸附性能；其中，mof结构和cof结构中含有的氨基基团能与空气中的nox(氮氧化物)直接发生相互作用，生成硝酸盐，从而提高了纳米材料的吸附性能；空气中含有的so2能与mof结构中金属团簇上的-oh基团进行锚定，从而固定在骨架结构上，增强了纳米材料的吸附性能；此外，cof中含有的三嗪基团还能与so2分子之间通过偶极相互作用，形成so2链或簇，能进一步提高纳米材料的吸附性能；

14、进一步地，溶液a、溶液b、溶液c和三聚氯氰的用量比为73-146ml：10-20ml：10-20ml：0.01-0.02mol；

15、进一步地，溶液a中对苯二胺、dmf和三乙胺的用量比为0.02-0.04mol：70-140ml：3-6ml，溶液b中六水合氯化锌和dmf的用量比为0.5-1.5g：10-20ml，溶液c中2-氨基对苯二甲酸和dmf的用量比为0.3-0.9g：10-20ml。

16、步骤b2、将乙二胺和氢氧化钠加入含有无水乙醇的烧杯中搅拌均匀，再加入环氧氯丙烷搅拌2-3h，待反应结束后，减压蒸馏，再向混合液中缓慢滴加25wt％的氢氧化钠溶液，升温至80℃反应3h，待反应结束后，过滤、洗涤，并置于100℃下真空干燥12h，即得中间产物1；

17、步骤b2中乙二胺上的氨基与环氧氯丙烷上的环氧基发生开环反应，在碱性条件下产物中的氯甲基和羟基又会反应生成新的环氧基，从而得到既含有环氧基又含有氨基的中间产物1；

18、进一步地，乙二胺、氢氧化钠、无水乙醇、环氧氯丙烷和氢氧化钠溶液的用量比为0.01-0.03mol：0.001-0.0015mol：30-50ml：0.012-0.032mol：10-15ml。

19、步骤b3、将壳聚糖在氢氧化钠溶液中搅拌混合均匀后，置于-10℃下冷藏24h，解冻后离心，并将沉淀置于60℃下烘干，将烘干后的壳聚糖、中间产物1和乙醇加入烧杯中混合搅拌均匀，并加热至60℃，搅拌反应6h，待反应结束后，离心，并在60℃下干燥6h，即得改性壳聚糖；

20、步骤b3中利用壳聚糖中的羟基与中间产物1中的环氧基发生反应，从而在壳聚糖表面引入氨基，增大了后续戊二醛的交联密度，使改性壳聚糖能牢固的接枝在mof/cof纳米材料表面；

21、进一步地，烘干后的壳聚糖、中间产物1和乙醇的质量比为1-2：0.5-1：35-50，壳聚糖和氢氧化钠溶液的用量比为1-3g：10ml，氢氧化钠溶液的质量分数为2-3％。

22、步骤b4、将mof/cof纳米材料加入4-5wt％的戊二醛溶液中搅拌混合均匀并加热至40-50℃搅拌2h，待反应结束后，离心、洗涤3-5次，加入改性壳聚糖水溶液，并在40-50℃下反应5h后，离心、洗涤3-5次，再加入10-15mg/ml氰基硼氢化钠溶液反应2-3h，待反应结束后，离心、洗涤，并在60℃下干燥12h，即得改性抗菌剂；

23、步骤b4中以mof/cof纳米材料为基底，利用其表面易修饰的特点，采用戊二醛做交联剂，将改性壳聚糖接枝在纳米材料表面，与纳米材料协同发挥抗菌作用，进一步提高了基体的抗菌性能；其中，壳聚糖分子结构中所带的正电荷能与细菌细胞膜所带的负电荷发生相互作用，导致细菌的蛋白质和其它细胞成分的泄露，使细菌死亡，从而产生抗菌作用；而mof/cof纳米材料能够释放带正电的金属离子(zn+)，它与细菌细胞膜接触后，与细胞膜发生负向库仑引力，促使二者之间发生反应，金属离子进入细胞膜，使细胞内蛋白质活性位点的结构被破坏，最终导致细菌死亡；

24、进一步地，mof/cof纳米材料、戊二醛溶液、改性壳聚糖水溶液和氰基硼氢化钠溶液的用量比为0.5-1.5g：10-20ml：5-8ml：1-3ml，改性壳聚糖水溶液中改性壳聚糖和去离子水的用量比为0.02-0.05g：10ml。

25、一种高过滤性空调用无纺布的制备方法包括以下步骤：

26、步骤s1、按重量份数称取原料，将聚丙烯树脂、改性抗菌剂、驻极母粒和增韧剂混合均匀后，将混合料投入螺杆挤出机熔融挤出，即得熔体；

27、步骤s2、将熔体在管道中恒温保存，经计量泵计量后通过喷丝板喷出形成纤维，然后将纤维经过恒温恒压的热风牵伸，在网帘上形成熔喷布；

28、步骤s3、将熔喷布依次经恒温红外辐射热处理、6万伏的高压驻极处理后，冷却、收卷，即得高过滤性空调用无纺布。

29、本发明的有益效果：

30、本发明制备的空调用无纺布中，首先，添加的驻极母粒提高了无纺布的过滤性能，这是由于驻极母粒中含有的mxene nss@n/s-qds纳米材料能够提高基体的驻极化效果、储存电荷能力；其次，添加的改性抗菌剂，采用无机和有机结合的方式协同发挥作用，进一步提高了基体的抗菌作用；此外，改性抗菌剂中纳米材料还具有结构优势，能进一步提高基体对空气中污染气体，如：nox、so2等的吸附。

31、驻极母粒中添加的mxene nss@n/s-qds纳米材料，首先，对hcl-lif刻蚀后的mxene进行超声剥离，剥离后的mxene具有少层结构，增大了纳米材料的比表面积，使mxene表面以及层间的活性基团增加，而这些官能团可以与周围的分子或离子发生相互作用，导致纳米材料表面和层间带负电荷，从而增强了mxene的导电性；其次，采用水热法，以柠檬酸为碳源、尿素为氮源、硫酸为硫源，在mxene纳米片的表面负载n/s-cqds(氮硫双掺杂碳量子点)，增大了纳米材料的比表面积、提供了更多的表面官能团，从而使纳米材料的导电能力得以提高；由于mxene nss@n/s-qds纳米材料自身存在的负电荷，提高了基体的荷电性；此外，mxene nss@n/s-qds纳米材料在基体中能够形成许多微型电容器，不仅提高了基体的驻极化效果，还提高了基体储存电荷的能力，进而使含有基体的无纺布具有更高的过滤性能。

32、改性抗菌剂中，首先，采用一步法，将mof前驱体和cof前驱体原料进行一次混合，合成mof和cof杂化材料，二者之间通过mof中的氨基与cof中的-cl基团反应形成-nh-化学键进行连接，致使其紧密结合；mof和cof之间形成的结构，使两者结合紧密，在两者界面处形成大量介孔，有利于气体的扩散和传输，协同作用提高纳米材料的吸附性能；其中，mof结构和cof结构中含有的氨基基团能与空气中的nox(氮氧化物)直接发生相互作用，生成硝酸盐，从而提高了纳米材料的吸附性能；空气中含有的so2能与mof结构中金属团簇上的-oh基团进行锚定，从而固定在骨架结构上，增强了纳米材料的吸附性能；此外，cof中含有的三嗪基团还能与so2分子之间通过偶极相互作用，形成so2链或簇，能进一步提高纳米材料的吸附性能。其次，利用壳聚糖中的羟基与中间产物1中的环氧基发生反应，从而在壳聚糖表面引入氨基，增大了后续戊二醛的交联密度，使改性壳聚糖能牢固的接枝在mof/cof纳米材料表面。最后，以mof/cof纳米材料为基底，利用其表面易修饰的特点，采用戊二醛做交联剂，将改性壳聚糖接枝在纳米材料表面，与纳米材料协同发挥抗菌作用，进一步提高了基体的抗菌性能；其中，壳聚糖分子结构中所带的正电荷能与细菌细胞膜所带的负电荷发生相互作用，导致细菌的蛋白质和其它细胞成分的泄露，使细菌死亡，从而产生抗菌作用；而mof/cof纳米材料能够释放带正电的金属离子(zn+)，它与细菌细胞膜接触后，与细胞膜发生负向库仑引力，促使二者之间发生反应，金属离子进入细胞膜，使细胞内蛋白质活性位点的结构被破坏，最终导致细菌死亡。