结合机能性成分的机能性过滤器和纤维

摘要

本发明提供一种结合机能性成分的机能性过滤器和纤维。本发明将健康补品和化妆品中所使用的维生素（主要是维生素C或其诱导体）、胶原蛋白、透明质酸、多酚、芳香、日本扁柏树油、铂纳米颗粒等与空调、汽车空调、空气净化器、加湿器等中的过滤器部件组合或纤维上固定，形成其释放的成分，具有“缓解皮肤干燥／眼睛干涩的效果”，“进行室内除臭效果”，“除菌效果”，“避免蚊子或螨虫等的效果”，“促进精神稳定性”,“皮肤美白效果/除菌效果”等的机能性过滤器或纤维。本发明用于过滤清洁领域。

说明书

技术领域

本发明主要用于安装在家庭或商业空调，汽车空调里的一种机能性过滤器和用于服装/口罩/防蚊网/帐篷/农用膜等的一种机能性纤维。通过过滤器和纤维释放的空气从而具备除臭、除菌、抗病毒、抗过敏原、抗氧化、滋润、避免蚊子／螨虫、皮肤美白/除菌效果等效果。

背景技术

目前市场上空调，汽车空调等所使用的机能性过滤器和用于服装、口罩等的机能性纤维，是附着了银或银化合物的除菌功能，利用铜化合物或有机药物的抗霉功能等。但是，它们当前的现状都是在基材的无纺布，长丝编织网，活性炭上采用浸涂或辊涂机的方式进行涂布或印刷加工，从而形成的，因此，其过滤器和纤维易溶于水，并会因水蒸汽和热分解而分解，因而无法长期使用。

目前市场的常规机能性过滤器和纤维主要是通过将这些机能性成分的分散液简单地浸渍或浸渍在含有粘合剂的水溶液中而得到的过滤器或纤维。虽然只在过滤器或纤维上接触固定的有害成分上发现了除菌，除臭，抗病毒，抗过敏原等效果，但是无法具有长期在空气中释放这种效果的成分。

目前市场上用于空调过滤器和冰箱过滤器中的维生素过滤器是，使用有机粘合剂将诸如抗坏血酸的维生素材料附着至无纺布的过滤材料上制造的。作为维生素 C 的原料，采用 L-抗坏血酸，或及其诱导体的 L-抗坏血酸和磷酸镁等。这些都是滑石，绢云母，沸石，硅藻土等基于粘土的无机化合物，与乙醇或甲基纤维素的有机化合物。

目前市场上现有的机能性过滤器和纤维会受季节和气候的温度和湿度的影响，并且没有能够长时间稳定释放机能性成分的过滤器和纤维。比如，甚至目前的释放型维生素过滤器也具有很高的湿度依赖性，当其在 40％或更低的低湿度环境中使用时，维生素释放浓度会变稀因而无法获得保湿效果。另外，在 75％以上的高湿度环境下，添加了维生素，银，铜等的过滤器会因水合反应而变成氧化银，氧化铜，从而失去原有的杀菌抗霉效果等。另外，芳香过滤器也很难长时间释放香气，更无法奢望其能全年稳定释放香气成分。

发明内容

本发明是将健康补品和化妆品中所使用的维生素（主要是维生素 C 或其诱导体）、胶原蛋白、透明质酸、多酚、芳香、日本扁柏树油、铂纳米颗粒等与空调、汽车空调、空气净化器、加湿器等中的过滤器部件组合或纤维上固定，形成其释放的成分，具有“缓解皮肤干燥／眼睛干涩的效果”，“进行室内除臭效果”，“除菌效果”，“避免蚊子或螨虫等的效果”，“促进精神稳定性”, “皮肤美白效果/除菌效果”等的机能性过滤器或纤维。

本发明的机能性过滤器或纤维以无纺布，长丝编织网，波纹状材料，陶瓷，尼龙纤维作为其基材。将维生素，胶原蛋白，透明质酸，多酚， 芳香油， 日本扁柏树油，铂纳米颗粒等的一种或多种机能性成分，使用粘合剂和硅烷偶联剂，化学固定在基材表面或内部。具有将这些机能性成分可长期释放到空气中结构的机能过滤器和纤维。具体的方案如下。

本发明所述结合机能性成分的机能性过滤器和纤维所采用的技术方案是：本发明机能性过滤器和纤维通过使用硅烷偶联剂，将维生素、胶原蛋白、透明质酸、多酚、芳香油、日本扁柏树油或铂纳米颗粒中一种或多种机能性成分与预先准备好的基材材料固定而成，该机能性过滤器和纤维将机能性成分从基材长期释放。

用于机能性成分的维生素为维生素C以及其维生素C诱导体，维生素C即为抗坏血酸，所述维生素浸渍在基材的表面或内部。

用于机能性成分的胶原蛋白为低分子量胶原，并且还包括胶原肽，所述胶原蛋白浸渍在基材的表面或内部。

用于机能性成分的透明质酸为低分子量透明质酸，所述透明质酸浸渍在基材的表面或内部。

用于机能性成分的多酚为绿茶儿茶素和柿子单宁，所述多酚浸渍在基材的表面或内部。

用于机能性成分的芳香油来源于植物的天然香料/精油或合成香料/精油，天然香料/精油从“香茅油”、“天竺葵”、“柠檬草”、“茶树油”或“杀菌剂油”的油中提取出，所述芳香油浸渍在基材的表面或内部。

用于机能性成分为日本扁柏树油中的日扁柏素、植物杀菌剂或香茅,所述日本扁柏树油来源于天然扁柏、柏树或丝柏中，所述日本扁柏树油浸渍在基材的表面或内部，具有避免蚊子/螨虫的效果。

用于机能性成分的多酚为铂纳米粒子，其粒子直径在数十纳米以下，铂纳米粒子浸渍在基材的表面或内部，具有皮肤美白效果及除菌效果。

所述基材包括无纺布、长丝编织网、纸浆、波纹基材、陶瓷、金属网或纤维，无纺布是由聚酯、聚丙烯、人造丝或尼龙中的一种或多种构成的短纤维经缠绕加工而成的薄片状或折叠状，长丝编织网是由聚丙烯、聚酯和尼龙制成的长纤维，再将一种或多种长丝编织成经纬线而成的网，波纹基材是具有波纹纸板横截面结构的，并且包括无纺布、纸浆、铝及不锈钢金属板，陶瓷基材为通过成型/烧制氧化铝或硅酸铝盐而获得的过滤器，且其结构为蜂窝状结构或填充在壳体中的珠状壳体结构。

通过使用粘结剂将机能性成分固定在所述基材上，所述粘结剂包括有机化合物粘结剂及无机化合物粘结剂，有机化合物粘结剂为聚氨酯乳液、丙烯酸酯乳胶、变性有机硅乳胶、聚酯乳胶或醋酸乙烯共聚物乳液中的一种或多种，无机化合物粘结剂为胶体、胶体氧化铝或磷酸铝中的一种或多种，通过使用这些粘结剂和硅烷偶联剂，使得机能性成分更加牢固地固定在基材上。

为了将更多机能性成分固定在所述基材上，所述基材进行如下加工处理：在机能性成分分散的水溶液中再加上如权利要求 10 所述的粘结剂，在规定的时间内，将无纺布、波纹状材料或陶瓷浸渍其液体，进行真空干燥，得到含机能性成分的基材材料；另外，在长丝编织网制作成长丝之前，先在树脂阶段将机能性成分揉入长丝的表层，之后将其加工成长丝形成网状；此外，为了让波纹状材料和陶瓷基材具备长期的效果，加工之前，在纸浆和陶瓷中加入机能性成分，然后使其加工形成波纹状和蜂窝结构。

固定在所述基材上的机能性成分通过空调产生的风进行长时间释放，其加工处理技术是：对所述机能性成分进行预处理加工，机能性成分与粘结剂一起分散在水中，然后浸渍并吸附在多孔陶瓷结构上，此时，通过将多余的水分瞬间脱水并干燥，精制吸附有过量的机能性成分的多孔陶瓷粉末，再将此多孔陶瓷粉末，通过浸渍固定在所述基材上。

将吸附机能性成分的多孔陶瓷粉末通过浸渍或捏合处理，固定在长丝、波纹状材和陶瓷基材上。

本发明的有益效果是：本发明所述的机能性过滤器和纤维在将机能性成分附着到基材上的预处理过程中具有专门技术。被列为这些机能性成分除芳香油外，都是水溶性成分，因此，它们最大的弱点就是比较容易受湿度的影响。但是通过水将这些机能性材料用偶联剂处理，从而让机能性材料和基材成为一体。硅烷偶联剂具有在硅原子(Si)上连接3个OCH3（甲氧基）的结构（如图1所示）。通过硅烷偶联剂处理后的加热干燥，可以使浸渍于基材表面或内部的机能性成分与粘合剂牢固地化学结合（如图2所示），从而可以提高/改善机能性成分的耐水性，耐热性，耐酸性等。另外，由于偶联剂不具有成膜性并且是多孔结构，所以不管季节和湿度，其机能性成分都可以稳定的浓度从空隙中释放出来，并且该结构具有长期作用。从而得到机能性过滤器或纤维。

另一方面，对油性的芳香油或日本扁柏树油，使用溶剂类的硅烷偶联剂。利用聚合引发剂与改性有机硅树脂共聚物，得到让基材的表面或内部浸渍构造，从而使其不受季节和湿度的左右，因而可获得具有长期释放稳定浓度香气效果的机能性过滤器或纤维。另外，使用此机能性纤维制造的服装类等，可获得具有长期释放避免蚊子/螨虫等的效果。

附图说明

图1是使用硅烷偶联剂将机能性成分固定在基材上的分子结构示意图；

图2是硅烷偶联剂通过热干燥方式将粘合剂和功能成分化学结合在基材上的结构示意图；

图3是维生素c衍生物颗粒以多孔状态附着在基材(非织造布)上前后的显微镜放大示意图；

图4是应用本发明过滤物制备得到的波纹状过滤器的实物图；

图5是本发明在长丝上固定维他命材料的显微镜状态示意图；

图6是利用本发明过滤物编织成的蜂巢状过滤器（44/43根）的实物图；

图7是本发明的机能性成分捏合在长丝上后，长丝断面后的放大结构示意图；

图8是单根长丝的断面简易结构图；

图9是由本发明的过滤物制得的层间间距较大的过滤器的实物图；

图10是由本发明的过滤物制得的层间间距较小的过滤器的实物图；

图11是本发明制得的粗格陶瓷制品的实物图；

图12是本发明制得的高密度的活性炭陶瓷制品的实物图；

图13是本发明中将无纺布进行机能性成分浸渍加工的连续生产线的示意图；

图14是本发明制造复合长丝的连续生产线的简易示意图，其中，该生产线依次包括注塑机a、冷却水槽b、拉伸机c、加热温水拉伸槽d、拉伸机e及加热热风拉伸槽f，这些设备均为现有技术中存在的设备，在本发明中，在制作长丝产品过程中加入了机能性成分；

图15是本发明采用蜂巢编织方式的有立体感的过滤器的实物示意图；

图16是本发明实施例1中制得的维生素过滤器进行试验的结果显示图；

图17是本发明实施例2中制得的蜂窝陶瓷进行试验的结果显示图；

图18是本发明实施例3中制得的PP丝织网进行试验的结果显示图；

图19是图8所示的长丝绕制而成的长丝卷料实物图。

具体实施方式

下面将描述本方案的细节。

作为代表机能性成分的维生素C的原料，包括 L-抗坏血酸和磷酸或多磷酸酯以及被称为维生素诱导体的 L-抗坏血酸诱导体、磷酸、聚磷酸酯或该酯金属盐。此外，除了维生素C以外，还包括含有维生素D、维生素E等。这些金属盐中有镁、钠、钾、钙、铝、铁等。

作为代表机能性成分的胶原蛋白原料有鱼、猪和牛，但是主要优选其低分子量胶原蛋白，还包括胶原蛋白肽。另外，它还可以用含蛋白酶的酶分解并加工成约1520、5000的低分子量后使用。

作为代表机能性成分的透明质酸的原料，有平均分子量约3000的低分子量透明质酸或者溶解性优秀的透明质酸钠。

代表机能性成分的多酚原料包括绿茶、抹茶或绿茶儿茶素、柿儿茶素、柿丹宁等。特别是EGCG（表没食子儿茶素没食子酸酯，又称绿茶儿茶素，是从绿茶中提取得到的一种绿茶提取物）的纯度在60%以上的儿茶素最具有抗菌效果，纯度为90％以上的多酚其显色变薄，因此优选进行应用。

用于机能性材料的香精油主要来自于植物和合成香料的天然香料/精油（精油）。诸如“天竺葵”和“柠檬草”之类的精油成分可使房间散发出自己喜欢的气味，像森林浴一样给人提供放松和睡眠的效果。另外，“日本扁柏树油”等是很有避免蚊子/螨虫等的效果的。

基材包括天然纤维、合成纤维、陶瓷、金属材料等。天然材料包括纸浆纤维、棉、羊毛纤维、大麻纤维等。合成纤维包括尼龙、人造丝和氨基甲酸酯（包括聚氨酯）、丙烯酸、聚酯、聚丙烯、聚乙烯等。作为陶瓷材料有二氧化硅、氧化铝、氧化镁、二氧化钛、氧化锆等的单一氧化物。另外，还有沸石、膨润土、海泡石、绿坡缕石、硅线石、高岭土、绢云母、硅藻土、长石、青蛙目粘土、珍珠岩等的硅酸盐化合物。另外，金属材料方面有包括铝（包含铝矾土）、不锈钢、钛等。

作为长期发挥其机能性效果的手段，使用了无机化合物和有机化合物作为粘合剂，在无机化合物中有硅酸锂、硅酸钾、硅酸钠、硅酸锆、硅酸钙、硅酸铝、硅酸乙酯、硅溶胶、硅酸盐（例如有机硅酸盐）、磷酸盐（例如磷酸、多磷酸、超多磷酸、磷酸铝、磷酸钙和磷酸镁）。有机化合物有甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚氨酯乳液、丙烯酸类，其实也包括乳液、聚酯乳液、乙酸乙烯酯乳液和硅氧烷乳液。另外，必须使用硅烷偶联剂如三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷作为粘结改性剂。

机能性过滤物的结构根据使用环境，运转条件等而有所不同。机能性过滤器的结构形式大致分类为无纺布褶、长丝编织网、波纹状材料和蜂窝，如图4至图15所示。其材质从上述所列举的原材料中进行选择。

下面，参照实例，进一步描述本发明的机能性过滤器和纤维。

【实施例１】在PET无纺布中添加维生素C的加工

a）汽车用无纺布维生素过滤器基材的准备

准备大概宽度 1000mm 和长度 500m 的基重为 40 至 60g / m 2 的聚酯无纺布（纺粘）。

b）维生素类机能性成分的原料准备

维生素 C 材料：（维生素 C，维生素 C 诱导体）陶瓷复合粉

粘结剂材料：丙烯酸乳液

连接添加剂：三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂）

c）维生素机能性材料的粘合加工

边搅拌边将 20～40 重量份的维生素 C 陶瓷材料添加到水中，在搅拌下将在已分散 2～3 小时的分散液中添加10～20 重量份的丙烯酸乳液，并在室温下搅拌 1 小时。然后添加 0.5～4.0 重量份的三甲氧基硅烷，再搅拌几分钟，然后迅速转移到浸渍槽中。将上述 a）中所准备的无纺布浸入浸渍槽中的维生素溶液中，用辊式板材矫直机挤压，使其添加量的干重为 3～10g/m2，并在设定为 110°C 的干燥机中干燥约 3 小时。然后将其卷成卷（图-8）。

通过加热和干燥的脱水缩合反应，偶联剂分子的键与机能材料的维生素 C 硅原子变成共价键，并牢固地固定在无纺布上，制得带有维生素的过滤器。

对制得的维生素过滤器进行试验，具体如下。

1、在汽车空调将具有多种配合比率硅烷偶联剂的维生素过滤器进行安装使用。

2、将安装有冒泡装置的100g纯水水槽连接到汽车空调的出风口。

3、开启汽车空调。同时,将冒泡装置开启3 小时。因为维生素容易被光分解,因此,冒泡过程中, 纯水水槽需要进行遮光处理。

4、空调设定为 25℃,车内湿度维持在50%左右。

5、冒泡的水每30分钟使用超声波洗净装置实行超声波的照射,简易地实行除气。

6、在暗处中放置 30 分钟后，使用DPPH自由基清除法测量抗氧化数值。结果如下表所示。

将上述表格制成坐标图，如图16所示。

由图16可知，本实施例中，硅烷偶联剂的适合配合比率是 1.0～4.0％左右。

【实施例2】对蜂窝陶瓷的避免虫剂（防虫剂）的加工处理

a）香气/蜂窝过滤器基材（日本扁柏树油等）的准备

在55～75重量份的海泡石粘土（其粒径调整为325目以下）与3～8重量份甲基纤维素和堇青石（其粒径调整为200目以下）干式混合获得的状态，增加30～50重量份的胶态二氧化硅和10～35重量份的水。湿式捏合处理后，其混合物放入真空捏合机中，并将蜂窝状模具安装，实行挤压造型。然后，在无风房间中，温度控制在20～25℃，湿度控制在75～85％，晾干24小时。之后，在室温下以每分钟 5℃加热至110℃进行干燥。将干燥的产物在通用电炉或煤气窑中的800～1100℃下进行烧制，制得吸水率约为5～15％的陶瓷多孔体。

b）芳香油原材料的准备

将上述配方制成的多孔蜂窝陶瓷浸泡在日本扁柏树油等中，然后将温度设定为60℃，并且将温度保持3小时以便使蜂窝基材对其含浸量有1～10％。

连接添加剂：甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基硅烷（硅烷偶联剂）

c）芳香油在蜂窝基体固定加工

将吸附日本扁柏树油等的蜂窝陶瓷放置在真空槽中，将压力降低至400Pa，并且将温度保持在95℃。一段时间后，偶联剂会蒸发，偶联剂的蒸气开始粘附到蜂窝上，然后放置1小时，最后在120℃下保持3分钟后，将其从真空室中取出。硅烷偶联剂通过加热处理的脱水缩合反应而附着于蜂窝，从而得到密封了日本扁柏树油等的蜂窝盒。比如，将其安装在空调的过滤器部件时，它可具有避免蚊子/螨虫等的长期效果。

对制得的蜂窝陶瓷进行试验，具体如下。

1、将两个蜂窝陶瓷连接到蒲团干燥机的出风口并进行测试。

2、准备100cm×200cm（聚酯纤维）大小的两张被褥，将含螨虫的试验布放在两张被褥中间。

准备含螨虫的试验布,其过程如下：将试验布放置在直径为 4cm 的玻璃培养皿中，并将 50mg 诱螨药（小鼠饲料和啤酒酵母的混合物混合并压碎）放置在试验布的中央位置。将直径为4cm的玻璃培养皿(小),放置在直径为 9cm 的培养皿(大)中，将约含10,000个螨虫的培养基放置在小培养皿和大培养皿中间的底面。将这些培养皿用粘贴片固定在塑料容器里,同时将饱和盐水放入玻璃容器中，盖上盖子以控制湿度，将其置于25℃的恒温器中，静置24小时。计数侵入4cm玻璃培养皿(小)里的试验布的螨虫数量,计算出其避免率(日本扁柏树油等10％浸渍，硅烷偶联剂1％)。具体试验结果如下表所示。

由上述试验可见，浸渍有机能性成分的蜂窝陶瓷在对螨虫的抑制试验中，时长超过半年，这说明本发明的机能性成分的挥发性效果极佳，且具有较长的挥发时效性。

【实施例3】在PP丝织网捏合芳香材料的加工

a）PP(丙烯) 颗粒的准备

准备PP(丙烯)复合丝用PP颗粒，一个是芯用PP颗粒，一个是芳香油混合复合丝表面用PP颗粒。表面用PP颗粒宜在100～150℃之间，芯用PP颗粒宜在160～200℃之间。

b）芳香油原材料的准备

芳香油材料：柠檬草油，柏树油

无机化合物原料：多孔二氧化硅（平均 1～2μmφ，最大 5μmφ）

连接添加剂：三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂）

c）芳香油机能性原材料的PP混合复合加工

在将芳香油和硅烷偶联剂预先溶解，然后将其与多孔二氧化硅捏合处理。具体来说，芳香油浸入与多孔二氧化硅相同重量的硅颗粒的空隙中时，将PP的0.1至0.5重量％的硅烷偶联剂（三甲氧基硅烷）添加在PP颗粒中。然后，实行混练到PP颗粒表面用偶联剂充分润湿的程度。接下来，增加含有芳香油的多孔硅粉末，再次混炼1小时。在不吸湿（不潮湿）的情况下连续投入到造粒机，制造100kg的PP复合颗粒。

d）将含有芳香机能性材料复合PP颗粒进行拉丝加工

这种方式得到的PP复合颗粒接着在丝织工厂，并投入生产线的两台料斗。第一台投入300kg普通的PP颗粒。第二台，投入100kg按照上述 c)所述的含有芳香油的PP复合颗粒。复合长丝通常以200至300 dtex 的复合线径进行加工，但是在复合材料熔融后必须进行拉伸加工。这是必不可少的处理步骤，因为那是为了使在复合中揉进的机能性粒子露出到 PP 颗粒表面从而促进机能成分的释放（如图14所示）。将一般 PP 粒料熔融并从第一台料斗中挤出成长丝，待其冷却凝固成长丝后，将第二台料斗里的PP复合颗粒熔融后涂覆在其冷却固化的长丝表面上。为了加工鞘芯结构的长丝，通常普通 PP 和复合PP的重量比约为 3:1。然后将这样加工得到的复合 PP 单丝（芯鞘结构），采用纵线×横线方式结成网状构造(蜂巢编织)从而形成过滤器。关于过滤器规格，高性能规格为垂直/水平=44/43 根/英寸(inch)，对于通用规格为垂直/水平= 33/32 根/英寸(inch)。根据丝线的编织方式，在集尘・除臭・除菌效果方面有着显著的差异。

对制得的PP丝织网进行试验，具体如下。

1、在空调安装防虫过滤网(该防虫过滤网是从天然树脂抽出的避免虫油(柏树油)捏合PP 复合颗粒使用于长丝表面层(鞘部)经编织而成）。

2、使用其长丝编织的网状防虫过滤器，在24m

过滤器规格：300dtex,垂直/水平=44/43根/英寸(inch)(蜂巢编织方式)，

空调设定 : 温度25±1℃, 湿度45±3％。

3、将24m

4、在假设屋外空间放出蚊子的 1 个小时之前,在另一半房间(室内空间)开始运转空调释放避免效果的柏树油成分。

5、按照测量各空间的蚊子数, 适用于以下算式计算避免率。

经过统计，具体如下表所示。

本发明将健康补品和化妆品中所使用的维生素（主要是维生素C或其诱导体）、胶原蛋白、透明质酸、多酚、芳香、日本扁柏树油、铂纳米颗粒等与空调、汽车空调、空气净化器、加湿器等中的过滤器部件组合或纤维上固定，形成其释放的成分，具有“缓解皮肤干燥／眼睛干涩的效果”，“进行室内除臭效果”，“除菌效果”，“避免蚊子或螨虫等的效果”，“促进精神稳定性”, “皮肤美白效果/除菌效果”等的机能性过滤器或纤维。