CN114479506A - 一种空调用抗菌材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空调用抗菌材料及其制造方法，由包括TPE弹性体64‑71％、氯化硅粉混合物25‑30％、电气石粉混合物2‑5％、金刚石粉0.4‑0.6％、导电石墨粉0.6‑0.8％制成具有蜂窝状小孔的胶体，并将所述胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中冷却后切粒制得。本发明可以实现空调出风管道的抗菌，提升出风空气质量，并且能够释放负离子和辐射远红外线，提高空气中负离子浓度的同时降低空调能耗。
Description
技术领域
本发明属于材料的功能改性领域，具体涉及一种空调用抗菌材料及其制造方法。
背景技术
现如今，人们的生活越来越离不开空调。空调长期使用，对于壁挂式和立式空调来说，空调风管容易粘连灰尘和细菌；对于中央空调来说，制冷或制热后的空气通过风道输出，而冷凝会使风道内壁潮湿，关闭空调后风道内也容易滋生大量的细菌和霉菌。这些有害菌类会随着空调开机出风后吹入室内，加重室内空气污染，进而引起所谓的空调病，这也一直是个无法避免的问题。
目前可以通过在空调回风口放置抗菌防尘网以起到一定的过滤抗菌作用。抗菌防尘网大多是通过在材料中添加银离子抗菌剂，使得材料能拥有较好的抗菌性能。但是在材料中加入1％～2％银离子抗菌剂后，材料普遍变脆，尤其是薄片材料无法成型，或是成型后出现韧性消失、硬度下降等缺陷；而银离子抗菌剂的添加比例减少到0.5％～0.8％后抗菌性能又会大幅下降。并且，粉末状的银离子抗菌剂在接触空气后会逐渐氧化变成深灰色，添加进材料后也会因为氧化发灰问题无法制成淡色的产品。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种空调用抗菌材料及其制造方法，可以实现空调出风管道的抗菌，提升出风空气质量，并且能够释放负离子和辐射远红外线，提高空气中负离子浓度的同时降低空调能耗。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调用抗菌材料，由包括TPE弹性体64-71％、氯化硅粉混合物25-30％、电气石粉混合物2-5％、金刚石粉0.4-0.6％、导电石墨粉0.6-0.8％制成具有蜂窝状小孔的胶体，并将所述胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中冷却后切粒制得。
进一步的，所述有机季铵盐溶液冷却水，由3-5％有机季铵盐原液与95-97％水混合制成。
进一步的，所述有机季铵盐原液由包括以下重量含量的原料制得：异丙醇40-50％、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮15-20％、苯扎氯铵15-20％、N,N-二甲基-N-辛基氯化1-癸铵5-7％、双辛烷基二甲基氯化铵5-7％。
有机季铵盐原液是一种淡黄色透明的有机稠状液体，是一种阳离子表面活性剂。阳离子通过静电力、氢键力以及表面活性剂分子与蛋白质分子间的疏水结合等作用，吸附带负电的细菌体，而后其聚集在细菌体的细胞壁上，产生室阻效应，导致细菌生长受抑而死亡。只需添加少量的有机季铵盐原液就有强效的灭菌效果，而且相比于银离子系等无机抗菌剂，由于季铵盐与2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮协同作用对霉菌具有很强的杀灭作用，使得有机季铵盐原液对霉菌的抑制效果非常显著，可以一次实现材料的抗菌防霉，同时也避免了材料抗菌性能不稳定、容易氧化变灰、老化变脆等现象的出现。此外，有机季铵盐原液具有副作用小、无刺激性、低毒安全、不易受pH值变化的影响等特点。
进一步的，所述金刚石粉的细度为1000-1500目，所述导电石墨粉的细度为1500-2000目，所述电气石粉混合物的细度为2000-3000目。
进一步的，所述电气石粉混合物为电气石粉与磷镧铈石粉的混合物，电气石粉与磷镧铈石粉的质量比为9:1。
进一步的，所述氯化硅粉混合物由包括以下重量含量的原料制得：SiCl4 46.5-55％、MgCl2 4.5-5％、TiCl4 28-30％、ZrOCl2·8H2O 14-16％、表面活性剂0.5-1％、乳化剂0.5-1％、乳化稳定剂0.5-1％。
进一步的，所述氯化硅粉混合物的粒径为90-100纳米。
进一步的，所述表面活性剂为聚乙二醇PEG、羧甲基纤维素CMC以任意配比组成，所述乳化剂为Span60、Tween60、OP以任意配比组成，所述乳化稳定剂为聚乙烯醇、乙二胺四乙酸以任意配比组成。
本发明还提出一种空调用抗菌材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)氯化硅粉混合物的制备：
采用液相共沉淀法制备，其具体工艺为：原料混配：SiCl4、MgCl2、TiCl4、ZrOCl2·8H2O→溶解→加入表面活性剂→共沉淀反应→过滤，水洗→加入乳化剂和乳化稳定剂→经行两次脱水处理→85-110℃干燥2-3小时→900-1200℃煅烧2-2.5小时→气流粉碎→性能检测(如表1所示)→备用；
(2)空调用抗菌材料颗粒的制造：
采用双螺杆挤出水冷切粒流水线设备，选用挤出成型造粒工艺，其具体工艺如下：原料混配：金刚石粉、导电石墨粉、氯化硅粉混合物、电气石粉混合物、TPE弹性体→离心搅拌100-120秒，速度为900-1100转/每分钟→高温200-210℃融合成胶→设定挤出压力65-75MPa，经双螺杆挤出机挤出为细长条的带有蜂窝状小孔的胶体→进入有机季铵盐溶液冷却水中浸泡→在有机季铵盐溶液冷却水中移动冷却→出水后移动烘干，烘干温度为70-80℃→流水线机械切粒→过筛→性能检测(如表2所示)→得到空调用抗菌材料颗粒。
采用TPE弹性体作为载体，可以使得抗菌材料同时拥有一定的韧性和硬度，并且材料可以重复回收重塑，还不影响其抗菌防霉的性能。
表1 氯化硅粉混合物技术指标
| 项目 | 指标 |
| 外观 | 白色粉末 |
| 耐热温度 | 1400度 |
| 化学稳定性 | 不溶于水、耐弱酸、弱碱 |
| pH值 | 6-8 |
| 密度 | 1.2-2g/cm<sup>3</sup> |
| 干燥失重 | (105℃，2hr)，1.5％ |
| 灼烧失重 | (1000℃，2hr)，2.5％ |
| 远红外发射率 | ≥93％ |
| 远红外线波长 | 5-18μm |
表2 空调用抗菌材料颗粒技术指标
| 项目 | 指标 |
| 外观 | 米白色颗粒 |
| 硬度 | 90A |
| 熔点 | 190℃ |
| 缩水率 | 1％ |
| 耐温性 | -60℃-120℃ |
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用金刚石粉的碳素电极释放和导电石墨粉的碳素电极争夺现象，形成电荷移动触媒，该现象可以实现氧化还原反应，使得细菌在接触到本发明时其细胞丧失分裂繁殖能力而死亡，进而实现灭菌，提升空调出风空气质量，净化室内空气；再结合电气石粉混合物释放出的负离子本身具有的抑菌功能，不仅进一步加强抗菌的效果，也提升了空气中的负离子浓度。同时，氯化硅粉混合物的添加可以使本发明辐射出远红外线，粒径达到纳米级的氯化硅粉混合物的远红外线辐射率更高，能使水分子共振分裂，造成空气中水分子体积更小，而微粒化后的水分子有助于电荷移动效率的大幅提高，从而扩大抗菌的效率。
(2)本发明加入了金刚石粉和导电石墨粉，这两种含碳物质在挤出造粒阶段会因为高温而产生CO2，因此通过双螺杆挤出机可以获得具有蜂窝孔的细长条的胶体。胶体在挤出后行经有机季铵盐溶液冷却水中移动冷却的过程中，胶体表面和蜂窝孔内会均匀含有有机季铵盐成分，并最终渗透进入胶体内部。形成的蜂窝孔使材料的比表面积增加，材料含有的有机季铵盐更多，材料抗菌防霉的效果明显提升，且不影响材料远红外线与负离子的释放功能。
(3)本发明的抗菌材料具有多种应用场景。将材料制成网状，放置于壁挂式和立式空调的回风口；或将材料制成片状或模块，放置于中央空调的出风口风道中，均能做到出风时的抗菌过滤，尤其对于大肠杆菌的抑制率可达到86.24％。同时本发明还能明显抑制霉菌的滋生繁衍，可将霉菌全部灭杀。将本发明应用于壁挂式和立式空调时，由于远红外线的辐射作用使空气中的水分子微粒化，还可以提高空调对流热交换效率，降低能耗；本发明能够释放出1.3×104个/cm3浓度的负离子，且无需任何额外能耗。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种空调用抗菌材料，由包括TPE弹性体64％、氯化硅粉混合物30％、电气石粉混合物5％、金刚石粉0.4％、导电石墨粉0.6％制成具有蜂窝状小孔的胶体，并将胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中冷却后切粒制得。
其中，有机季铵盐溶液冷却水，由3％有机季铵盐原液与97％水混合制成；有机季铵盐原液由包括以下重量含量的原料制得：异丙醇50％、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮20％、苯扎氯铵18％、N,N-二甲基-N-辛基氯化1-癸铵5％、双辛烷基二甲基氯化铵7％。金刚石粉的细度为1000目，导电石墨粉的细度为1500目，电气石粉混合物的细度为2000目；电气石粉混合物为电气石粉与磷镧铈石粉的混合物，电气石粉与磷镧铈石粉的质量比为9:1；氯化硅粉混合物由包括以下重量含量的原料制得：SiCl4 46.5％、MgCl2 4.5％、TiCl4 30％、ZrOCl2·8H2O 16％、表面活性剂1％、乳化剂1％、乳化稳定剂1％，氯化硅粉混合物的粒径为90纳米；表面活性剂为聚乙二醇PEG、羧甲基纤维素CMC以1:1配比组成，乳化剂为Span60、Tween60、OP以1:1:1配比组成，乳化稳定剂为聚乙烯醇、乙二胺四乙酸以1:1配比组成。
上述空调用抗菌材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)氯化硅粉混合物的制备：
采用液相共沉淀法制备，其具体工艺为：原料混配：SiCl4、MgCl2、TiCl4、ZrOCl2·8H2O→溶解→加入表面活性剂→共沉淀反应→过滤，水洗→加入乳化剂和乳化稳定剂→经行两次脱水处理→85℃干燥3小时→1200℃煅烧2小时→气流粉碎→得到氯化硅粉混合物；
(2)空调用抗菌材料颗粒的制造：
采用双螺杆挤出水冷切粒流水线设备，选用挤出成型造粒工艺，其具体工艺如下：原料混配：金刚石粉、导电石墨粉、氯化硅粉混合物、电气石粉混合物、TPE弹性体→离心搅拌100秒，速度为1100转/每分钟→高温200℃融合成胶→设定挤出压力65MPa，经双螺杆挤出机挤出为细长条的带有蜂窝状小孔的胶体→进入有机季铵盐溶液冷却水中浸泡→在有机季铵盐溶液冷却水中移动冷却→出水后移动烘干，烘干温度为70℃→流水线机械切粒→过筛→得到空调用抗菌材料颗粒。
实施例2
一种空调用抗菌材料，由包括TPE弹性体71％、氯化硅粉混合物25％、电气石粉混合物3％、金刚石粉0.4％、导电石墨粉0.6％制成具有蜂窝状小孔的胶体，并将胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中冷却后切粒制得。
其中，有机季铵盐溶液冷却水，由5％有机季铵盐原液与95％水混合制成；有机季铵盐原液由包括以下重量含量的原料制得：异丙醇46％、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮20％、苯扎氯铵20％、N,N-二甲基-N-辛基氯化1-癸铵7％、双辛烷基二甲基氯化铵7％。金刚石粉的细度为1300目，导电石墨粉的细度为1700目，电气石粉混合物的细度为2500目；电气石粉混合物为电气石粉与磷镧铈石粉的混合物，电气石粉与磷镧铈石粉的质量比为9:1；氯化硅粉混合物由包括以下重量含量的原料制得：SiCl4 49％、MgCl2 5％、TiCl4 30％、ZrOCl2·8H2O14％、表面活性剂1％、乳化剂0.5％、乳化稳定剂0.5％，氯化硅粉混合物的粒径为100纳米；表面活性剂为聚乙二醇PEG、羧甲基纤维素CMC以2:1配比组成，乳化剂为Span60、Tween60、OP以2:1:1配比组成，乳化稳定剂为聚乙烯醇、乙二胺四乙酸以2:1配比组成。
上述空调用抗菌材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)氯化硅粉混合物的制备：
采用液相共沉淀法制备，其具体工艺为：原料混配：SiCl4、MgCl2、TiCl4、ZrOCl2·8H2O→溶解→加入表面活性剂→共沉淀反应→过滤，水洗→加入乳化剂和乳化稳定剂→经行两次脱水处理→110℃干燥2小时→1000℃煅烧2.5小时→气流粉碎→得到氯化硅粉混合物；
(2)空调用抗菌材料颗粒的制造：
采用双螺杆挤出水冷切粒流水线设备，选用挤出成型造粒工艺，其具体工艺如下：原料混配：金刚石粉、导电石墨粉、氯化硅粉混合物、电气石粉混合物、TPE弹性体→离心搅拌120秒，速度为900转/每分钟→高温210℃融合成胶→设定挤出压力70MPa，经双螺杆挤出机挤出为细长条的带有蜂窝状小孔的胶体→进入有机季铵盐溶液冷却水中浸泡→在有机季铵盐溶液冷却水中移动冷却→出水后移动烘干，烘干温度为70℃→流水线机械切粒→过筛→得到空调用抗菌材料颗粒。
实施例3
一种空调用抗菌材料，由包括TPE弹性体69％、氯化硅粉混合物28％、电气石粉混合物2％、金刚石粉0.4％、导电石墨粉0.6％制成具有蜂窝状小孔的胶体，并将胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中冷却后切粒制得。
其中，有机季铵盐溶液冷却水，由4％有机季铵盐原液与96％水混合制成；有机季铵盐原液由包括以下重量含量的原料制得：异丙醇50％、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮18％、苯扎氯铵20％、N,N-二甲基-N-辛基氯化1-癸铵7％、双辛烷基二甲基氯化铵5％。金刚石粉的细度为1500目，导电石墨粉的细度为2000目，电气石粉混合物的细度为3000目；电气石粉混合物为电气石粉与磷镧铈石粉的混合物，电气石粉与磷镧铈石粉的质量比为9:1；氯化硅粉混合物由包括以下重量含量的原料制得：SiCl4 52％、MgCl2 4.5％、TiCl4 28％、ZrOCl2·8H2O 14％、表面活性剂0.5％、乳化剂0.5％、乳化稳定剂0.5％，氯化硅粉混合物的粒径为95纳米；表面活性剂为聚乙二醇PEG、羧甲基纤维素CMC以1:2配比组成，乳化剂为Span60、Tween60、OP以1:2:1配比组成，乳化稳定剂为聚乙烯醇、乙二胺四乙酸以1:2配比组成。
上述空调用抗菌材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)氯化硅粉混合物的制备：
采用液相共沉淀法制备，其具体工艺为：原料混配：SiCl4、MgCl2、TiCl4、ZrOCl2·8H2O→溶解→加入表面活性剂→共沉淀反应→过滤，水洗→加入乳化剂和乳化稳定剂→经行两次脱水处理→100℃干燥2小时→900℃煅烧2.5小时→气流粉碎→得到氯化硅粉混合物；
(2)空调用抗菌材料颗粒的制造：
采用双螺杆挤出水冷切粒流水线设备，选用挤出成型造粒工艺，其具体工艺如下：原料混配：金刚石粉、导电石墨粉、氯化硅粉混合物、电气石粉混合物、TPE弹性体→离心搅拌110秒，速度为900转/每分钟→高温210℃融合成胶→设定挤出压力75MPa，经双螺杆挤出机挤出为细长条的带有蜂窝状小孔的胶体→进入有机季铵盐溶液冷却水中浸泡→在有机季铵盐溶液冷却水中移动冷却→出水后移动烘干，烘干温度为75℃→流水线机械切粒→过筛→得到空调用抗菌材料颗粒。
对比例
在实施例3中，胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中进行冷却，在此替换为：胶体行经常规冷却水中进行冷却，其余配方、制备步骤与实施例3一样。
将实施例1-3、对比例所得材料颗粒通过注塑成型制成片状，依据：GB/T31402-2015进行抗菌性能试验，试验编号1-4的空白样均采用现有的聚丙烯颗粒制成聚丙烯片，试验编号1-3的试验样对应实施例1-3，试验编号4的对比样对应对比例。试验菌种：嗜肺军团菌，结果如下：
抗菌率(％)＝(Ct-Tt)/Ct×100％，其中Ct：空白样接种后放置24h得到的活菌数，Tt：试验样(或对比样)接种后放置24h得到的活菌数。
将实施例1-3、对比例所得材料颗粒通过注塑成型制成模块，依据：GB/T31402-2015进行抗菌性能试验，试验编号1-4的空白样均采用现有的聚丙烯颗粒制成聚丙烯块，试验编号1-3的试验样对应实施例1-3，试验编号4的对比样对应对比例。试验菌种：大肠杆菌，结果如下：
将实施例1-3、对比例所得材料颗粒通过注塑成型制成模块，放置于中央空调的出风口风道，依据：GB/T 18801-2015及GB/T 21551.3-2010进行抗菌性能试验，试验编号1-4的空白组试样均采用现有的聚丙烯颗粒制成聚丙烯块，试验编号1-3的试验组试样对应实施例1-3，试验编号4的对比组试样对应对比例。试验菌种：大肠杆菌，试验时间：120min，结果如下：
自然消亡率Nt(％)＝(V0-Vt)/V0×100％，除菌率Kt(％)＝[V1×(1-Nt)-V2]/[V1×(1-Nt)]×100％，其中V0为空白组试验前空气含菌量，Vt为空白组试验后空气含菌量，V1为试验组(或对比组)试验前空气含菌量，V2为试验组(或对比组)试验后空气含菌量。
通过上述试验可知，不论是在本发明实施例1-3的抗菌材料上直接接种细菌，还是将其使用于运行的空调中，本发明相较于普通的聚丙烯塑料，抗菌性能优异，抗菌率高；且与通过常规水冷得到的对比样材料相比，采用有机季铵盐溶液冷却水冷却得到的抗菌材料的抗菌效果更好。
在上述基础上，选用实施例3以及对比例所得材料颗粒通过注塑成型制成片状，依据：ASTM G21-15进行防霉性能试验，结果如下：
根据ASTM G21-15标准，试验菌种在试验样上的生长等级包括：0-无(霉菌被全部灭杀)、1-增长痕迹(霉菌生长数小于10％)、2-轻度增长(霉菌生长数在10％至30％之间)、3-中等增长(霉菌生长数在30％到60％之间)、4-大幅增长(霉菌生长数在60％以上)。
可以看出，本发明的抗菌材料不仅对细菌的抑制率高，对霉菌的杀灭效果同样非常显著，可以将霉菌全部杀灭，具有非常优异的防霉性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种空调用抗菌材料，其特征在于，由包括TPE弹性体64-71％、氯化硅粉混合物25-30％、电气石粉混合物2-5％、金刚石粉0.4-0.6％、导电石墨粉0.6-0.8％制成具有蜂窝状小孔的胶体，并将所述胶体行经有机季铵盐溶液冷却水中冷却后切粒制得。
2.根据权利要求1所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述有机季铵盐溶液冷却水，由3-5％有机季铵盐原液与95-97％水混合制成。
3.根据权利要求2所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述有机季铵盐原液由包括以下重量含量的原料制得：异丙醇40-50％、2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮15-20％、苯扎氯铵15-20％、N,N-二甲基-N-辛基氯化1-癸铵5-7％、双辛烷基二甲基氯化铵5-7％。
4.根据权利要求1所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述金刚石粉的细度为1000-1500目，所述导电石墨粉的细度为1500-2000目，所述电气石粉混合物的细度为2000-3000目。
5.根据权利要求4所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述电气石粉混合物为电气石粉与磷镧铈石粉的混合物，电气石粉与磷镧铈石粉的质量比为9:1。
6.根据权利要求1所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述氯化硅粉混合物由包括以下重量含量的原料制得：SiCl4 46.5-55％、MgCl2 4.5-5％、TiCl428-30％、ZrOCl2·8H2O 14-16％、表面活性剂0.5-1％、乳化剂0.5-1％、乳化稳定剂0.5-1％。
7.根据权利要求6所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述氯化硅粉混合物的粒径为90-100纳米。
8.根据权利要求6所述的一种空调用抗菌材料，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙二醇PEG、羧甲基纤维素CMC以任意配比组成，所述乳化剂为Span60、Tween60、OP以任意配比组成，所述乳化稳定剂为聚乙烯醇、乙二胺四乙酸以任意配比组成。
9.根据权利要求1所述的一种空调用抗菌材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氯化硅粉混合物的制备：
采用液相共沉淀法制备，其具体工艺为：原料混配：SiCl4、MgCl2、TiCl4、ZrOCl2·8H2O→溶解→加入表面活性剂→共沉淀反应→过滤，水洗→加入乳化剂和乳化稳定剂→经行两次脱水处理→85-110℃干燥2-3小时→900-1200℃煅烧2-2.5小时→气流粉碎→得到氯化硅粉混合物；
(2)空调用抗菌材料颗粒的制造：
采用双螺杆挤出水冷切粒流水线设备，选用挤出成型造粒工艺，其具体工艺如下：原料混配：金刚石粉、导电石墨粉、氯化硅粉混合物、电气石粉混合物、TPE弹性体→离心搅拌100-120秒，速度为900-1100转/每分钟→高温200-210℃融合成胶→设定挤出压力65-75MPa，经双螺杆挤出机挤出为细长条的带有蜂窝状小孔的胶体→进入有机季铵盐溶液冷却水中浸泡→在有机季铵盐溶液冷却水中移动冷却→出水后移动烘干，烘干温度为70-80℃→流水线机械切粒→过筛→得到空调用抗菌材料颗粒。
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