具有灭菌通道可自由弯曲成型的烧结过滤网及其制作

张勇

上海超高环保科技股份有限公司 （上海 200942）

一场突如其来的新冠肺炎疫情蔓延至200 多个国家和地区，夺走了几十万人的生命。新冠肺炎病毒来势凶猛，其除了通过飞沫传播和接触传播外，极易在公共场所的密闭空间内快速传播，航母、潜艇、游轮的餐厅、娱乐场所和寝室都是密闭空间，空气的流通主要通过中央空调送风与吸风来完成空气的内部循环（俗称“内循环”），这样一来，只要有发病的病人在这个环境中存在，病毒就会随着空气流动到各个密闭空间，造成交叉感染。宾馆、办公楼、医院门诊楼、各大商场与其他公共空间同样具有这种隐患。究其原因，这些中央空调进出口使用的过滤网均以过滤尘颗粒为主，不具备过滤细菌和杀灭细菌的作用。本研究提供了一种具有灭菌通道可自由弯曲成型的烧结过滤网，其具有杀灭细菌粒子和拦截粒径在80～120 nm 之间颗粒物（新冠病毒粒子直径大约为80～100 nm）的作用，以该材料制作的各类中央空调过滤网可杀灭细菌，杜绝密闭空间因空气流通造成的交叉感染。

1 材料的选用与耦合研究

具有灭菌通道可自由弯曲成型的烧结过滤网的材料选用，决定了过滤网能否具备灭菌和自由弯曲的功能。在选材上，首选聚苯醚粉末为滤网的基材。聚苯醚无毒、透明、相对密度小，具有优良的机械强度、耐应力松弛、抗蠕变性、耐热性、耐水性、耐水蒸气性和尺寸稳定性；在很宽的温度、频率范围内电性能良好，具备自熄功能。其次，选用纳米银离子粉末为杀菌材料，纳米银离子作为最新一代的天然抗菌材料具有以下特点：强效杀菌，可以在数分钟内杀死多种对人体有害的病菌；广谱抗菌杀菌且无任何耐药性；渗透性强，可由毛孔迅速渗入皮下，对普通细菌、顽固细菌、耐药细菌以及真菌引起的感染均有良好的杀菌作用；促进愈合，改善创伤周围组织的微循环，有效地激活并促进组织细胞生长，加速伤口愈合，减少疤痕生成；抗菌持久。第三，选用活性炭粉末作为吸附材料。活性炭是一种黑色多孔的固体炭质，主要成分为碳，并含少量氧、氢、硫、氮、氯等元素。活性炭是一种很细小的炭粒，有很大的比表面积，而且炭粒中有更细小的孔——毛细管，其具有很强的吸附能力。由于炭粒的比表面积很大，所以能与气体（杂质）充分接触并将其吸附，起到净化作用。

材料确定后，耦合是关键。先将聚苯醚和活性炭进行配比混炼、挤出造粒、粉碎研磨，然后通过筛选，取合适粒径的粉末与纳米银离子粉末进行二次混炼，混炼时的温度控制在150 ℃左右，待温度下降至65 ℃左右时，将材料出锅、装袋备用。至此完成对聚苯醚、活性炭和银离子粉末材料的亲和与耦合。

2 产品成型与结构探究

将亲和与耦合后的材料经过称量、定量地加入到铝制成型模具内，模具吊挂在环形步进装置上，进入回转炉窑，分段升温加热烧结。当温度升至350 ℃时系统进入保温模式，保温180 min 后炉门自动打开，移出模具至冷却装置进行骤冷，温度降至125 ℃时开模，取出成型的制成品，即为具有灭菌通道可自由弯曲成型的烧结过滤网。在烧结过程中，受热的聚苯醚材料体积膨胀，通过界面将应力传递给银离子粉末，使内部结构得到支撑，并将纳米银离子和粉状活性炭牢牢地镶嵌在聚苯醚的表面，形成具有灭菌通道和微孔结构的烧结过滤网，也改善了复合材料的力学性能，使其具备反复清洗、重复使用（测试数据见表1）的性能。过滤网设计的理想结构如图1 所示，成型产品的电镜照片见图2。对比图1 与图2，发现成型产品的灭菌通道清晰规则，其技术数据坐落在原设计的理想范围内，灭菌通道的空隙限定在100 nm 左右。

表1 过滤网反复清洗、重复使用效率的检测结果

图1 过滤网设计结构图

图2 过滤网电镜照片

3 成型产品的功能

采用聚苯醚塑料粉末、纳米银离子粉末、活性炭粉末为原料，经过混炼，加入到模具内烧结成一种具有全穿透微孔结构且可任意弯曲的过滤网。该过滤网的外形结构如图3 所示，它不仅可以平面分布，也可以任意弯曲。

图3 过滤网外形结构

该烧结过滤网经过国家有资质的检测单位检测，其对大肠杆菌的杀灭效率为99.97%，对金黄色葡萄球菌的杀灭率为99.998%（检测数据见表2），对于冠状病毒HCoV 229E 株的杀灭率（经英格尔检测有限公司检测）见表3。由表3 可知，过滤网对冠状病毒HCoV 229E 株的平均灭活对数值为0.79（即平均杀灭率为83.83%）。

表2 过滤网对细菌杀灭效率的检测结果

表3 对人体冠状病毒229E 株的灭活效果（接触1 h）

4 结语

采用聚苯醚粉料、纳米银离子粉料、活性炭原料的组合，在模具内烧结成一种具有全穿透微孔灭菌通道并可自由弯曲成型的烧结过滤网的方法是可行的。这种烧结过滤网可以充分适应流体力学中的线条轮廓，降低气流阻力，由于过滤网是刚性结构，能够反复清洗、重复使用，大大延长了使用寿命，并具备过滤面积大、过滤精度高、杀菌效果好、节能减排等诸多优点，可广泛应用于航母、潜艇、游轮以及医院、写字楼、宾馆等中央空调的过滤，具有广阔的市场前景。