功能乳液及其制备方法和应用.pdf

一种能调节温度和净化空气的功能乳液，其包括微胶囊相变材料、纳米光催化材料和液态介质。本发明还提供了该功能乳液的制备方法、应用该功能乳液制备的复合空气过滤材料以及该复合空气过滤材料的制备方法。根据本发明制备的复合空气过滤材料具有调节温度、净化空气、抗菌、除挥发性有害气体的良好效果。

权利要求书
1.   一种能调节温度和净化空气的功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料，
纳米光催化材料，和
液态介质。

2.   根据权利要求1所述的功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料：                       5～400g，
纳米光催化材料：微胶囊相变材料重量的   0.5～30％，
柔软剂：                               0～150g，
粘合剂：                               0～200g，
液态介质：                             加至1000ml。

3.   根据权利要求1所述的功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料：                       25～350g，
纳米光催化材料：微胶囊相变材料重量的   1～20％，
柔软剂：                               25～150g，
粘合剂：                               25～180g，
液态介质：                             加至1000ml。

4.   根据权利要求1～3任意一项所述的功能乳液，其中所述微胶囊相变材料中的相变材料的相变温度为0～60℃。

5.   根据权利要求4所述的功能乳液，其中所述微胶囊相变材料中的相变材料的相变温度为15～35℃。

6.   根据权利要求4所述的功能乳液，其中所述的相变材料选自：脂肪族烃化合物或其卤代物、脂肪酸或其酯类化合物、矿物中的一种或一种以上。

7.   根据权利要求6所述的功能乳液，其中所述的相变材料选自：正二十八烷、正二十七烷、正二十六烷、正二十五烷、正二十四烷、正二十三烷、正二十二烷、正二十一烷、正二十烷、正十九烷、正十八烷、正十七烷、正十六烷、正十五烷、正十四烷、正十三烷、溴代十四烷、溴代十六烷、溴代十八烷、氯代二十烷、饱和十八烷酸、饱和十六烷酸、硬脂酸正丁酯、硬脂酸正丙酯、硬脂酸乙酯或石蜡。

8.   根据权利要求1～3任意一项所述的功能乳液，其中所述的纳米光催化材料是具有光催化性能的材料，其粒径小于100nm。

9.   根据权利要求8所述的功能乳液，其中所述的纳米光催化材料选自ZnO或TiO2的一种或其组合。

10.   根据权利要求1～3任意一项所述的功能乳液，其中所述的液态介质为水。

11.   根据权利要求2或3所述的功能乳液，其中所述的柔软剂选自阳离子和/或阴离子型柔软剂、有机硅类柔软剂中的一种或多种。

12.   根据权利要求2或3所述的功能乳液，其中所述的粘合剂选自丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物与乙烯基单体的聚合物、丙烯酸酯聚合物、合成丁苯乳液中的一种或多种。

13.   权利要求1～12任意一项所述的功能乳液的制备方法，其包括下述步骤：
i)分别提供微胶囊相变材料、纳米光催化材料和液态介质，
ii)将微胶囊相变材料、纳米光催化材料和液态介质混合，充分搅拌，得功能乳液；
以每1000ml功能乳液计，其中含有微胶囊相变材料5～400g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的0.5～30％。

14.   权利要求1～12任意一项所述的功能乳液的制备方法，其包括下述步骤：
i)制备微胶囊相变材料，
ii)在步骤i)的制备过程前期、中期和/或后期，加入纳米光催化材料，得功能乳液；
以每1000ml功能乳液计，其中含有微胶囊相变材料5～400g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的0.5～30％。

15.   一种复合空气过滤材料，其包括：
i)空气过滤基材，
ii)附着在过滤基材上的微胶囊相变材料，
iii)附着在微胶囊相变材料上的纳米光催化材料；
所述的微胶囊相变材料以及其上附着的纳米光催化材料是由权利要求1～12任意一项所述的功能乳液吸附在过滤基材上，并经干燥后形成的。

16.   根据权利要求15所述的复合空气过滤材料，其每平方米中含有微胶囊相变材料为5～250g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的0.5～30％。

说明书功能乳液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种能调节温度和净化空气的功能乳液，特别是一种含有纳米光催化材料和微胶囊相变材料的功能乳液，本发明还涉及所述功能乳液的制备方法以及包含该功能乳液的复合空气过滤材料。
背景技术
20世纪70年代中期，能源危机的爆发，迫使世界各国认真重视节能技术的研究。在发达国家，建筑能耗占总的能耗30％～40％以上，因此各国非常重视建筑节能技术的研究。为了满足节能的要求，建筑物的密闭性大大加强了，新风量也减少了，这使得室内的空气污染物浓度大大提高了，恶化了室内空气质量。另一方面，有机合成材料在室内装饰及设备用具方面的广泛应用，致使挥发性有机化合物(Violate Organize Compounds，VOC)气体大量挥发，使室内的空气污染物浓度加剧，更加严重恶化了室内的空气质量。空气污染物浓度的升高，使室内的空气质量恶化，导致了建筑相关疾病(Building Related Illness，BRI)和病态建筑综合症(Sick BuildingSyndrome，SBS)。病态建筑综合症是因建筑物使用而产生的症状，包括眼睛发红、流鼻涕、嗓子疼、困倦、头痛、恶心、头晕、皮肤搔痒等。建筑相关疾病，它是可以经临床诊断确定到底是由于哪种因素导致的疾病，例如某些真菌能导致过敏性局部肺炎。
室内空气污染严重地影响着人们的身体健康，工作生活和经济的发展。近年来，室内空气质量成为科学研究的一个热点。提高室内空气质量、除去空气污染物的一个主要的措施是使用空气过滤技术。常规的空气过滤材料只能除去空气中的颗粒物，不能够除去空气中的细菌、病毒、霉菌和花粉等生物气溶胶，不能除去VOC。常规空气过滤材料不能满足人们对室内空气质量的要求，开发一种在除去颗粒物的同时还能杀死空气中的细菌、病毒和除去VOC等功能的功能性空气过滤材料，成为当前研究的热点。
光催化净化技术是近年来兴起的一种高科技前沿净化技术。半导体纳米粒子在紫外线照射下，半导体纳米粒子能够发生电子跃迁，产生活泼的价带空穴和导带电子，这种电子、空穴对和周围的水、氧气发生作用后，能产生有高氧化性能的自由基，将空气中的甲醛、苯、氨等污染物直接分解成无害的无机小分子，如CO2、H2O、N2等，能够将细菌、病毒等具有蛋白质结构的微生物杀死，并且将其分解成无害的无机小分子，从而达到净化空气的目的。
日本的大金公司成功地把活性炭空气过滤材料和TiO2材料结合起来，开发了一种新型的空气过滤材料。这种空气过滤材料不仅能捕捉空气中的微粒，还能去掉空气中的异味，杀死空气中的细菌。实验表明，经过6小时后，大肠杆菌数由初始的190,000减少到10个。Jong Ho Lee，Misook Kang等人研究了使用纳米TiO2材料光催化的杀菌的性能。实验研究表明，在紫外线的辐射照度24W/m2下的情况下，照射60分钟后杀菌率细菌的存活率是0.4％。
香港中文大学利用TiO2材料研制出空气过滤产品，应用在空气净化处理系统中。该产品与比传统紫外线照射相比，具有更好的杀菌效果。清华大学的张寅平、杨瑞等人研究了纳米TiO2材料的紫外光强对氧化速率的影响以及温度对氧化速率的影响，得出结论：(1)当光强大于一个太阳常数(1353W/m2)时，氧化速率正比于光强的平方根；反之，氧化速率正比于光强；(2)在一般空调温度范围(13～60℃)内，甲苯与1，3-丁二烯的氧化速率与温度呈同向变化关系，而甲醛则相反。
中国专利ZL2612887、中国专利申请200420020859.0、中国专利申请200420020859.0报道了一种应用纳米光催化功能材料达到抗菌功能的专利；美国专利6,872,311报道了一种利用纳米纤维制备过滤材料的技术，专利EP1439147报道了一种利用纳米碳管结合纳米级金属材料制备滤材的方法。
综合上述，有关空气过滤材料，如何高效快速地杀灭空气中的病菌与降低空气中的污染浓度以及节省能源仍然是相关领域的一个研究重点，其中纳米光催化材料在空气净化领域的应用受到特别重视；但是，如何增大纳米光催化材料的比表面积是当前研究的一个难点。
因此，开发具有较大的纳米光催化材料的比表面积的材料，在具有节省能源的同时，可以通过除去空气中颗粒物的同时还能杀死空气中的细菌、病毒，同时除去空气中的VOC，从而改善室内空气质量的具有抗菌功能的复合空气过滤材料，是目前产业界急需解决的问题。
发明内容
为了便于理解本发明，首先对本发明的一些术语描述如下：
(1)相变材料——在一定温度下发生物相变化的材料，例如具有一定熔点的石蜡、中或长链脂肪酸、烷烃如溴代十六烷等，它们在固定的相变温度下会发生从固态变成液态或从液态变成固态的相变，英文名Phase ChangeMaterials。
(2)微胶囊相变材料——使用聚合物或其它材料，将相变材料包裹成微小的胶囊形状颗粒，即成微胶囊，包裹在微胶囊内部的相变材料因温度的变化而会发生相变，并产生吸热或放热反应，英文名为Micro-encapsulation ofPhase Change Materials，在本发明中将其简称为PCM。
(3)纳米光催化材料——粒度达纳米级的具有光催化性的材料，例如本发明使用的纳米级粒度的ZnO、TiO2等。可简称NMP(Nanometer Materials ofPhotocatalysis)。
(4)功能乳液——即本发明具有温度调节功能和抗菌功能的乳浊状均匀分散的液体，特别是含有纳米光催化材料和微胶囊相变材料的功能乳液。
(5)空气过滤基材——可过滤空气中微小粒子的材料，例如可用于各种用途的纺织物等等，更具体的例如本发明的涤纶针刺毡。可简称为AFM(AirFiltration Materials)。
(6)纳米光催化空气过滤材料——主要由纳米光催化材料和空气过滤基材复合制成的材料，这种材料是现有技术已知的。可简称为NMP-AFM。
(7)纳米氧化锌空气过滤材料——当纳米光催化材料选用纳米氧化锌时，它与空气过滤基材复合制成的材料，即为纳米氧化锌空气过滤材料。可简称为ZnO-AFM。
(8)纳米二氧化钛空气过滤材料——当纳米光催化材料选用纳米二氧化钛时，它与空气过滤基材复合制成的材料，即为纳米二氧化钛空气过滤材料。可简称为TiO2-AFM。
(9)微胶囊相变空气过滤材料——主要由微胶囊相变材料和空气过滤基材复合形成的材料，简称为PCM-AFM。
(10)复合空气过滤材料——即本发明涉及的材料，主要由纳米光催化材料、微胶囊相变材料和空气过滤基材复合形成的材料，可简称NMP-PCM-AFM。
(11)纳米氧化锌复合空气过滤材料——上述复合空气过滤材料以氧化锌制成，可简称ZnO-PCM-AFM。
(12)纳米二氧化钛复合空气过滤材料——上述复合空气过滤材料以二氧化钛制成，可简称TiO2-PCM-AFM。
(13)功能材料——纳米光催化材料和微胶囊相变材料，统称为功能材料。
(14)功能性空气过滤材料——上述(5)～(12)可统称为功能性空气过滤材料。
本发明的目的在于，为了解决上述问题，提供一种用于制备复合空气过滤材料的功能乳液及其制备方法，并利用该功能乳液对过滤材料进行处理，可获得不仅具有智能温度管理特性而且具有抗菌功能的复合空气过滤材料，同时利用微胶囊相变材料的球体具有表面积较大的特性，有效地增大了纳米光催化材料在过滤材料中与空气接触的有效面积。，
为此，本发明提供了一种能调节温度和净化空气的功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料(PCM)，
纳米光催化材料，和
液态介质。
具体的，本发明提供了一种功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料(PCM)：                5～400g，
纳米光催化材料：                     PCM重量的0.5～30％，
柔软剂：                             0～150g，
粘合剂：                             0～200g，
液态介质：                           加至1000ml。
优选的，本发明提供了一种功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料(PCM)：                25～350g，
纳米光催化材料：             PCM重量的1～20％，
柔软剂：                     25～150g，
粘合剂：                     25～180g，
液态介质：                   加至1000ml。
更优选的，本发明提供了一种功能乳液，其包括：
微胶囊相变材料(PCM)：        50～300g，
纳米光催化材料：             PCM重量的2～15％，
柔软剂：                     50～140g，
粘合剂：                     50～150g，
液态介质：                   加至1000ml。
本发明的功能乳液中，所述的纳米光催化材料是具有光催化性能的材料。本发明的纳米光催化材料的粒度是本领域公知的，它们可以容易地从市场上购买。这些纳米材料的粒度优选为100nm以下，更优选为50nm以下。优选的，所述的纳米光催化材料选自ZnO或TiO2的一种或其组合。更优选的，所述的纳米光催化材料为ZnO或TiO2。
本发明的功能乳液中，所述的微胶囊相变材料是使用聚合物或其它材料，将相变材料包裹成微小的胶囊形状颗粒的微胶囊。所述的相变材料是指在一定的相变温度下、在固态与液态之间发生相转变的材料。例如，纯水在温度下降至0℃度以下时变成固态的冰，冰在温度上升至0℃度以上时变成液态的水；又例如，溴代十六烷(bromo hexadecane，BrC16)在温度16℃左右会发生相变。
在本发明中，相变材料选择的主要依据是应用场合的温度要求，其次是该材料单位体积的吸、放热能力，吸、放热能力越大越好。优选的，本发明的微胶囊相变材料的所述的相变温度为0～60℃。更优选的，所述的相变温度为5～45℃。更优选的，所述的相变温度为10～40℃。最优选的，所述的相变温度为15～35℃。
本发明的相变材料包括但不限于：脂肪族烃化合物或其卤代物，例如正二十八烷、正二十七烷、正二十六烷、正二十五烷、正二十四烷、正二十三烷、正二十二烷、正二十一烷、正二十烷、正十九烷、正十八烷、正十七烷、正十六烷、正十五烷、正十四烷、正十三烷，或它们的卤代物例如溴代十四烷、溴代十六烷、溴代十八烷、氯代二十烷；脂肪酸或其酯类化合物，例如饱和十八烷酸、饱和十六烷酸、硬脂酸正丁酯、硬脂酸正丙酯或硬脂酸乙酯；矿物，例如液体石蜡、熔点28～33℃的石蜡、熔点32～37℃的石蜡或熔点38～42℃的石蜡。
为了获得较宽范围的相变温度，本发明的相变材料还可以是上述各类型中的一种或多种的混合物。从而提高产品对使用场合下环境变化的适应性。
所述的微胶囊相变材料可以直接从市场购买，例如购自香港Nano SportsTech.公司的微胶囊相变材料，例如，TRC-05-01是固含量为40％的溴代十八烷微胶囊溶液，TRC-05-01A是固含量为40％正十八烷微胶囊溶液。所述的微胶囊相变材料也可以参考公知的方法制备，例如王立新等的中国发明专利ZL03130578.3，刑建伟等的中国发明专利申请03815335.1和200380107382.2。这些文献可以作为本发明的一部分并入于此。
在所述的微胶囊相变材料中，其中的相变材料占该微胶囊相变材料的重量百分比是基本上不受限制的，在保持微胶囊不破损的前提下，微胶囊壳体材料与相变材料重量比越小越好。优选的，在所述的微胶囊相变材料中，其中的相变材料占该微胶囊相变材料的重量百分比可以是10-95％wt，优选20-90％wt。
本发明的功能乳液中，所述的液态介质可以是不能破坏微胶囊相变材料形态的任何介质，即，例如，该液态介质不会溶解本发明的微胶囊相变材料，本领域技术人员清楚，一旦液态介质将微胶囊相变材料溶解，其中的相变材料因其与水不混溶性而可能发生不可逆的聚集，从而不能有效地在产业上应用。优选的，所述的液态介质为水。
进一步的，本发明的功能乳液中，其中还包括柔软剂。该柔软剂的作用是，在使用本发明的功能乳液制备功能过滤材料时，保持过滤材料的柔软性。所述的柔软剂包括但不限于：阳/阴离子型柔软剂例如伯胺盐类、叔胺盐类、季铵盐类(例如，上海助剂厂生产的KC柔软剂)、氨基酰胺盐类，烷基芳基磺酸盐、烷基硫酸盐、硫酸化或磺化酰胺化合物以及通过标准硫酸化技术制得的烷基醚硫酸盐；有机硅类柔软例如聚硅氧烷、羟基硅油、羧基改性硅油、氨基硅油等，可以使用它们的一种或多种的组合。
进一步的，本发明的功能乳液中，其中还包括粘合剂。该粘合剂的作用是，在使用本发明的功能乳液制备功能过滤材料时，使微胶囊相变材料或纳米光催化材料牢固地粘附在过滤材料上。所述的粘合剂包括但不限于丙烯酸聚合物、丙烯酸聚合物与其它乙烯基单体的聚合物、丙烯酸酯类聚合物、合成丁苯乳液等，可以使用它们的一种或多种的组合。
本发明还提供一种上述功能乳液的制备方法，其包括下述步骤：
i)分别提供微胶囊相变材料、纳米光催化材料和液态介质，
ii)将微胶囊相变材料、纳米光催化材料和液态介质混合，充分搅拌，得功能乳液；
以每1000ml功能乳液计，其中含有微胶囊相变材料5-400g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的0.5～30％。
上述的微胶囊相变材料可以直接从市场上购买，例如购自香港NanoSports Technologies Ltd.的微胶囊相变材料(TRC-05-01)，也可以预先参考已知的方法制备，例如王立新等的中国发明专利ZL03130578.3，刑建伟等的中国发明专利申请03815335.1和200380107382.2。这些文献可以作为本发明的一部分并入于此。
以上使用的微胶囊相变材料可以是香港Nano Sports Technologies Ltd提供的TRC-05-01等。纳米光催化材料可以是浙江弘晟材料科技股份有限公司提供的HR3等。液态介质是水。
在上述步骤ii)的混合过程中，还可以加入粘合剂和/或柔软剂。所述的粘合剂、柔软剂是本领域常用的材料。
在上述步骤ii)的混合过程中，还可以加入分散剂(Dispersing Agent)以提高溶液的稳定性。所述的分散剂是本领域常用的材料。当然分散剂可以不包含于本发明的功能乳液中，因为可以在使用前通过机械力摇匀，从而将功能乳液中可能沉降的颗粒混匀。
本发明进一步提供一种上述功能乳液的制备方法，其包括下述步骤：
i)制备微胶囊相变材料；
ii)在步骤i)的制备过程前期、中期和成后期，加入纳米光催化材料，得功能乳液；
以每1000ml功能乳液计，其中含有微胶囊相变材料5-400g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的0.5～30％。
优选的，上述的制备步骤中，所述的纳米光催化材料优选是在所述的中期或后期加入。更优选的，上述的制备步骤中，所述的纳米光催化材料优选是在所述的后期加入。
在上述步骤ii)完成后，还可以进一步包括加入粘合剂和/或柔软剂的步骤。所述的粘合剂、柔软剂是本领域常用的材料。
在上述步骤ii)完成后，还可以进一步包括加入分散剂的步骤。所述分散剂是本领域常用的材料。当然分散剂可以不包含于本发明的功能乳液中，因为可以在使用前通过机械力摇匀，从而将功能乳液中可能沉降的颗粒混匀。
含有微胶囊相变材料和纳米光催化材料的功能乳液的制备工艺还可以参考刑建伟等的中国发明专利申请03815335.1和200380107382.2。在完成预聚体制备后，将纳米功能粉体与相变材料一起进行微胶囊包裹。使得纳米功能材料分布在微胶囊的各处。
本发明还提供了一种使用所述功能乳液制备的复合空气过滤材料，其包括：
i)空气过滤基材，
ii)附着在过滤基材上的微胶囊相变材料，
iii)附着在微胶囊相变材料上的纳米光催化材料；
所述的微胶囊相变材料以及其上附着的纳米光催化材料是所述功能乳液吸附在过滤基材上，并经干燥后形成的。
附着在过滤基材上的微胶囊相变材料和纳米光催化材料的量是可以有较大范围的选择，可根据使用场合、调温与净化功能选择、过滤基材厚度、预期使用寿命等因素而调整。
本发明的复合空气过滤材料中，以每平方米复合空气过滤材料计，其中含有微胶囊相变材料为5-250g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的0.5～30％。
本发明的复合空气过滤材料中，以每平方米复合空气过滤材料计，其中含有微胶囊相变材料为20-200g，纳米光催化材料占微胶囊相变材料重量的2～20％。
所述的纳米光催化材料的选自ZnO或TiO2。
所述的过滤基材包括但不限于：过滤无纺布特别是空调用的无纺布，窗帘布，地毯等。特别地，本发明的复合空气过滤材料为空调用的空气过滤材料，其可以有效地延缓压缩机的启动与工作时间，从而达到节省能源的目的。
本发明还提供了所述复合空气过滤材料的制备方法，其包括：
i)用功能乳液对空气过滤基材进行处理，所述处理方法包括，但不限于：浸渍、喷涂。所述的浸渍可以是将空气过滤基材充分浸泡在上述功能乳液中约5到10分钟；该复合空气过滤材料的过滤基材可以是由天然纤维或合成纤维制成的无纺布，可以包括涤纶过滤材料、聚丙烯过滤材料或玻璃纤维等。所述的喷涂可以是将配制成的乳液经输液泵传输至喷涂机(例如：台湾产皮革喷涂机)后，以一定的喷射量(例如每平方米约500毫升的喷量)均匀喷射至空气过滤基材的表面。
ii)烘干：在80℃至120℃烘箱中烘干，优选温度是100℃；时间可以根据空气过滤基材的厚度选择，大约在5至10分钟间。
iii)焙烘：焙烘温度在110℃至140℃之间，优选130℃；时间根据空气过滤基材的厚度选择，大约在2至10分钟间。
经过上述三个基本步骤，将包含微胶囊相变材料和光催化纳米功能材料处理并附着在空气过滤材料上，从而形成复合空气过滤材料，其具有智能温度管理功能及抗菌功能。
上述复合空气过滤材料的制备方法中，本发明的功能乳液的用量是会由于各种因素的变化而发生变化的，例如空气过滤基材的材质、厚度、纤维疏密度、功能乳液的粘度等，以及选用的浸渍或喷涂的不同方式。一般地，以每平方米空气过滤基材计，所述功能乳液的优选用量是100ml～5000ml，更优选200ml～2000ml，更优选250ml～1000ml，最优选500ml。
微胶囊相变材料能使二氧化钛、氧化锌等纳米光催化材料更加牢固地粘附在空气过滤基材的表面。这将有助于延长复合空气过滤材料的使用寿命。
本发明将纳米光催化技术和微胶囊相变技术有机结合，开发出一种功能乳液及其制备方法，该功能乳液可应用于制备空气过滤材料，由此将普通的空气过滤材料开发成为一种具有纳米光催化材料和微胶囊相变材料的新型复合空气过滤材料。由于这种微胶囊相变材料不仅可以有效地加强纳米光催化材料的分散度和增加纳米光催化材料的表面积，还具有杀菌调温功能，所以采用本发明的功能乳液制备而成的复合空气过滤材料不仅能够有效地除去颗粒物和有机挥发化合物，还能杀死细菌、病毒、霉菌以及调节温度，从而能有效地提高室内空气质量。
附图说明
图1是在微胶囊相变材料表面附着纳米光催化材料的SEM图。
图2是用作空气过滤基材的涤纶针刺毡的SEM图。
图3是微胶囊相变材料浓度为120g/l的微胶囊相变空气过滤材料的SEM图。
图4是表示纳米二氧化钛空气过滤材料以及不同微胶囊相变材料浓度时的纳米二氧化钛复合空气过滤材料的杀菌效率的比较图。
图5是测试功能性空气过滤材料的过滤效率的实验装置(1-预过滤，2-静电除尘，3-本发明的纳米相变功能性过滤材料，4-紫外灯)。
图6是表示经不同浓度微胶囊相变材料处理的空气过滤材料对除PM2.5的效果的比较图。
图7是表示经不同浓度微胶囊相变材料处理的空气过滤材料对除PM10的效果的比较图。
图8是表示经不同纳米光催化材料处理的空气过滤材料对除PM2.5的效果的比较图。
图9是表示经不同纳米光催化材料处理的空气过滤材料对除PM10的效果的比较图。
图10是表示微胶囊相变材料浓度对纳米二氧化钛复合空气过滤材料除去PM2.5效果的影响的误差图。
图11是表示微胶囊相变材料浓度对纳米氧化锌复合空气过滤材料除去PM2.5效果的影响的误差图。
图12表示微胶囊相变材料浓度对纳米二氧化钛复合空气过滤材料除去PM10效果的影响的误差图。
图13是表示微胶囊相变材料浓度对纳米氧化锌复合空气过滤材料除去PM10效果的影响的误差图。
具体实施方式
以下通过实施方式进一步说明本发明，但是它们主要是为了便于理解本发明，而不是限制本发明。
(一)结合图示说明本发明
图1b是在微胶囊相变材料表面附着纳米光催化材料的SEM图。由该图可以知，该微胶囊相变材料可以大大增大纳米光催化材料与空气接触的有效面积。图中大球表示微胶囊相变材料，附着在大球表面的小球表示纳米二氧化钛或纳米氧化锌。从本发明下文实验例部分，例如杀菌效果考察部分等，可以判断通过本发明的微胶囊相变材料可以提高纳米光催化材料的有效面积，也可以增加纳米光催化材料的分散度。
图2是用作空气过滤基材的涤纶针刺毡的SEM图，其示出了涤纶针刺毡的微观结构。如图2所示，空气过滤基材的纤维是杂乱交织的，空隙比纤维的直径大得多。空气过滤基材的内部结构很复杂，它是由一根根杂乱交织的纤维构成，纤维间有一定的空间。这样的结构既能有效地过滤粉尘，又能让气流顺利地通过。在风速一定的情况下，空气过滤基材的阻力和过滤效率取决于空气过滤基材的纤维的直径和材料的空隙率。空气过滤基材可以是由天然纤维或合成纤维制成的无纺布，其中该合成纤维可以是涤纶、聚丙烯或玻璃纤维。比玻璃纤维相比，聚合物(涤纶和聚丙烯)形成的无纺布具有较高的过滤效率和较低的阻力，机械强度好，成本低。在初效和中效的过滤器中，一般使用涤纶作为空气过滤基材；在高效过滤器中，一般使用聚丙烯作为空气过滤基材。
图3是微胶囊相变材料浓度为120g/l的微胶囊相变空气过滤材料的SEM图。从图3可以清楚地看到球状的微胶囊相变材料粘附在纤维上，一部分填充了空气过滤基材的空隙。
(二)功能乳液的制备部分
功能乳液制备例1
取以下重量的材料配制功能乳液：
微胶囊相变材料(PCM)：       200g，
纳米ZnO：                   PCM重量的10％，
水：                        加至1000ml。
其中微胶囊相变材料购自香港Nano Sports Tech.公司，型号为TRC-05-01，相变材料的相变温度为28℃。其中微胶囊相变材料为固形物重量。将PCM加至适量水中，缓缓搅拌下加入ZnO(MN6Z，浙江弘晟材料科技股份有限公司)，在室温下搅拌2.5小时，即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例2
取以下重量的材料配制功能乳液：
微胶囊相变材料(PCM)：           400g，
纳米ZnO：                       PCM重量的0.5％，
粘合剂LT                        200g
水：                            加至1000ml。
其中微胶囊相变材料购自香港Nano Sports Tech.公司，型号为TRC-05-01，相变材料的相变温度为28℃。其中微胶囊相变材料为固形物重量。将PCM加至适量水中，缓缓搅拌下加入ZnO，在室温下搅拌2.5小时，即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例3
取以下重量的材料配制功能乳液：
微胶囊相变材料(PCM)：                  5g，
纳米TiO2：                             PCM重量的30％，
KC柔软剂(上海助剂厂产)                 25g，
合成丁苯乳液                           180g，
水：                                   加至1000ml。
其中微胶囊相变材料购自香港Nano Sports Tech.公司，型号为TRC-05-01A。其中微胶囊相变材料为固形物重量。将PCM加至适量水中，缓缓搅拌下加入纳米TiO2(SCI-纳米二氧化钛，上海珠尔纳高新粉体材料有限公司)，在室温下搅拌2.5小时，即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例4
取以下重量的材料配制功能乳液：
微胶囊相变材料(PCM)：             250g，
纳米TiO2：                        PCM重量的12％，
粘合剂LT                          100g
KC柔软剂                          150g，
水：                              加至1000ml。
其中微胶囊相变材料购自香港Nano Sports Tech.公司，型号为TRC-05-01A。其中微胶囊相变材料为固形物重量。将PCM加至适量水中，缓缓搅拌下加入TiO2，加入柔软剂，在室温下搅拌2.5小时，即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例5
取以下重量的材料配制功能乳液：
微胶囊相变材料(PCM)：             250g，
纳米TiO2：                        PCM重量的12％，
合成丁苯乳液                      200g，
水：                              加至1000ml。
其中微胶囊相变材料购自香港Nano Sports Tech.公司，型号为TRC-05-01A。其中微胶囊相变材料为固形物重量。将PCM加至适量水中，缓缓搅拌下加入TiO2，加入粘合剂，在室温下搅拌2.5小时，即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例6
制备三聚氰胺-甲醛预缩合物：将2.5g三聚氰胺添加在3.6g甲醛(35-39％水溶液)中，然后加入5g水。在70℃下搅拌约1小时，形成透明溶液。将该溶液冷却至33℃，即得。
制备功能乳液：将2.5g聚(苯乙烯-交替-马来酸)钠盐(平均分子量Mw约120000，30％水溶液)加至57.5g水中，然后将该水溶液的pH值调整至5，得保护胶体。将30g正十八烷在33℃下熔融，然后依次添加0.15g聚丙二醇(平均分子量约2000)、0.1g甲苯二异氰酸酯(TDI，80％)和SCI-纳米二氧化钛8g(上海珠尔纳高新粉体材料有限公司，其中二氧化钛的量约为其它固形物重量的15％)。充分混合该熔融混合物，并保存在恒温器中，得芯组合物。然后将制备的芯组合物添加至31-33℃的保护胶体水溶液中，并以2000rpm的搅拌速度强烈搅拌10-15分钟。然后将搅速降至400-600rpm，并向该乳化浴中逐渐添加三聚氰胺-甲醛预缩合物溶液，再继续搅拌10分钟。检查该乳化浴的pH值，必要时调节至5.6。其后将乳化浴的温度升高至70℃继续反应2小时。接着向该乳化浴中添加0.4g亚乙基脲并继续反应1小时。最后将乳化浴的pH值调节至7.5，在温和搅拌下将其冷却至室温。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例7
除纳米光催化材料使用的是SCI-纳米二氧化钛16g(其量约为其它固形物重量的30％)、相变材料使用的是正十三烷和正十四烷混合物(1∶1，w∶w)外，照功能乳液制备例6进行。
功能乳液制备例8
除纳米光催化材料使用的是SCI-纳米二氧化钛16g(其量约为其它固形物重量的30％)、相变材料使用的是正十五烷和正十六烷混合物(1∶3，w∶w)外，照功能乳液制备例6进行。
功能乳液制备例9
制备三聚氰胺-甲醛预缩合物：将2.5g三聚氰胺添加在3.6g甲醛(35-39％水溶液)中，然后加入5g水。在70℃下搅拌约1小时，形成透明溶液。将该溶液冷却至42-45℃，即得。
制备功能乳液：将2.5g聚(苯乙烯-交替-马来酸)钠盐(平均分子量Mw约120000，30％水溶液)加至57.5g水中，然后将该水溶液的pH值调整至5，得保护胶体。将30g正二十烷在42-45℃下熔融，然后依次添加0.15g聚丙二醇(平均分子量约2000)、0.1g甲苯二异氰酸酯(TDI，80％)和SCI-纳米二氧化钛8g(上海珠尔纳高新粉体材料有限公司，其中二氧化钛的量约为其它固形物重量的15％)。充分混合该熔融混合物，并保存在恒温器中，得芯组合物。然后将制备的芯组合物添加至42-45℃的保护胶体水溶液中，并以2000rpm的搅拌速度强烈搅拌10-15分钟。然后将搅速降至400-600rpm，并向该乳化浴中逐渐添加三聚氰胺-甲醛预缩合物溶液，再继续搅拌10分钟。检查该乳化浴的pH值，必要时调节至5.6。其后将乳化浴的温度升高至70℃继续反应2小时。接着向该乳化浴中添加0.4g亚乙基脲并继续反应1小时。最后将乳化浴的pH值调节至7.5，在温和搅拌下将其冷却至室温。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例10
制备三聚氰胺-甲醛预缩合物：将2.5g三聚氰胺添加在3.6g甲醛(35-39％水溶液)中，然后加入5g水。在70℃下搅拌约1小时，形成透明溶液。将该溶液冷却至65-70℃，即得。
制备功能乳液：将2.5g聚(苯乙烯-交替-马来酸)钠盐(平均分子量Mw约120000，30％水溶液)加至57.5g水中，然后将该水溶液的pH值调整至5，得保护胶体。将30g正二十八烷在65-70℃下熔融，然后依次添加0.15g聚丙二醇(平均分子量约2000)、0.1g甲苯二异氰酸酯(TDI，80％)和SCI-纳米二氧化钛8g(上海珠尔纳高新粉体材料有限公司，其中二氧化钛的量约为其它固形物重量的15％)。充分混合该熔融混合物，并保存在恒温器中，得芯组合物。然后将制备的芯组合物添加至65-70℃的保护胶体水溶液中，并以2000rpm的搅拌速度强烈搅拌10-15分钟。然后将搅速降至400-600rpm，并向该乳化浴中逐渐添加三聚氰胺-甲醛预缩合物溶液，再继续搅拌10分钟。检查该乳化浴的pH值，必要时调节至5.6。其后将乳化浴的温度升高至78-80℃继续反应2小时。接着向该乳化浴中添加0.4g亚乙基脲并继续反应1小时。最后将乳化浴的pH值调节至7.5，在温和搅拌下将其冷却至室温。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例11
制备三聚氰胺-甲醛预缩合物：将2.5g三聚氰胺添加在3.6g甲醛(35-39％水溶液)中，然后加入5g水。在70℃下搅拌约1小时，形成透明溶液。将该溶液冷却至33℃，即得。
制备初乳液：将2.5g聚(苯乙烯-交替-马来酸)钠盐(平均分子量Mw约120000，30％水溶液)加至57.5g水中，然后将该水溶液的pH值调整至5，得保护胶体。将30g十八烷在33℃下熔融，然后依次添加0.15g聚丙二醇(平均分子量约2000)、0.1g甲苯二异氰酸酯(TDI，80％)和纳米二氧化锌8g(MN6Z，浙江弘晟材料科技股份有限公司，其中二氧化锌的量约为其它固形物重量的15％)。充分混合该熔融混合物，并保存在恒温器中，得芯组合物。然后将制备的芯组合物添加至31-33℃的保护胶体水溶液中，并以2000rpm的搅拌速度强烈搅拌10-15分钟。然后将搅速降至400-600rpm，并向该乳化浴中逐渐添加三聚氰胺-甲醛预缩合物溶液，再继续搅拌10分钟。检查该乳化浴的pH值，必要时调节至5.6。其后将乳化浴的温度升高至70℃继续反应2小时。接着向该乳化浴中添加0.4g亚乙基脲并继续反应1小时。最后将乳化浴的pH值调节至7.5，在温和搅拌下将其冷却至室温。得初乳液混合物。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液26.5g和柔软剂聚硅氧烷乳液26.5g(二者用量为功能乳液终体积的10％wt)，充分搅拌均匀后加水至265ml。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例12
三聚氰胺-甲醛预缩合物和初乳液的制备方法与功能乳液制备例10相同。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液53g和柔软剂聚硅氧烷乳液40g(二者用量分别为功能乳液终体积的20％wt和15％wt)，充分搅拌均匀后加水至265ml。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例13
三聚氰胺-甲醛预缩合物和初乳液的制备方法与功能乳液制备例10相同。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液48g和柔软剂聚硅氧烷乳液6.6g(二者用量分别为功能乳液终体积的18％wt和2.5％wt)，充分搅拌均匀后加水至265ml。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例14
三聚氰胺-甲醛预缩合物和初乳液的制备方法与功能乳液制备例10相同。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液3.3g(用量为功能乳液终体积的2.5％wt)，充分搅拌均匀后加水至132.5ml。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例15
三聚氰胺-甲醛预缩合物和初乳液的制备方法与功能乳液制备例10相同。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液7.5g(用量为功能乳液终体积的5％wt)，充分搅拌均匀后加水至151ml。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例16
三聚氰胺-甲醛预缩合物和初乳液的制备方法与功能乳液制备例10相同。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液10.6g(用量为功能乳液终体积的5％wt)，充分搅拌均匀后加水至212ml。即得本发明的功能乳液。
功能乳液制备例17
三聚氰胺-甲醛预缩合物和初乳液的制备方法与功能乳液制备例10相同。
制备功能乳液：在600rpm速度搅拌下，向上述所得的初乳液的混合物中加入粘合剂聚丙烯酸共聚物乳液212g和柔软剂聚硅氧烷乳液159g(二者用量分别为功能乳液终体积的20％wt和15％wt)，充分搅拌均匀后加水至1060ml。即得本发明的功能乳液。
(三)复合空气过滤材料的制备部分
复合空气过滤材料制备例1
空气过滤基材：涤纶针刺毡，厚0.5cm。
功能乳液：功能乳液制备例1的产品，用量500ml/m2。
取功能乳液，将它喷涂到空气过滤基材上。在100℃烘箱中烘干8分钟。再在130℃焙烘6分钟。即得本发明的复合空气过滤材料。
复合空气过滤材料制备例2
空气过滤基材：涤纶针刺毡，厚2cm。
功能乳液：功能乳液制备例2的产品，用量5000ml/m2。
取功能乳液，将它浸渍到空气过滤基材上，并通过二次浸压。在105℃烘箱中烘干15分钟。再在130℃焙烘10分钟。即得本发明的复合空气过滤材料。
复合空气过滤材料制备例3
空气过滤基材：涤纶针刺毡。
功能乳液：功能乳液制备例3的产品，用量100ml/m2。
取功能乳液，将它喷涂到空气过滤基材上。在105℃烘箱中烘干6分钟。再在130℃焙烘4分钟。即得本发明的复合空气过滤材料。
复合空气过滤材料制备例4
空气过滤基材：无纺布。
功能乳液：功能乳液制备例2的产品，用量625ml/m2。
取功能乳液，将它喷涂到空气过滤基材上。在105℃烘箱中烘干8分钟。再在130℃焙烘6分钟。即得本发明的复合空气过滤材料。
复合空气过滤材料制备例5
空气过滤基材：涤纶针刺毡。
功能乳液：功能乳液制备例3的产品，用量1000ml/m2。
取功能乳液，将它喷涂到空气过滤基材上。在105℃烘箱中烘干8分钟。再在130℃焙烘6分钟。即得本发明的复合空气过滤材料。
复合空气过滤材料制备例6
空气过滤基材：涤纶针刺毡，厚1cm。
功能乳液：功能乳液制备例10的产品，用量1000ml/m2。
取功能乳液，将它喷涂到空气过滤基材上。在105℃烘箱中烘干8分钟。再在130℃焙烘6分钟。即得本发明的复合空气过滤材料。
(四)考察本发明效果的实验例
实验例1——杀菌效果考察(I)
比较对象：
纳米氧化锌空气过滤材料(表示为“ZnO”)，
微胶囊相变空气过滤材料(表示为“PCM”)，
纳米氧化锌复合空气过滤材料(表示为“ZnO+PCM”)。
本例中，配制5种不同的功能乳液，分别用这5种功能乳液处理作为空气过滤基材的涤纶针刺毡，使用相同的涤纶针刺毡，每平方米喷雾量为500ml，制成具有不同功能成份的空气过滤材料，5种乳液及对照乳液的基本组成如下：
乳液1：含纳米氧化锌5g/l，不含微胶囊相变材料，
乳液2：含微胶囊相变材料60g/l，不含氧化锌，
乳液3：含微胶囊相变材料120g/l，不含氧化锌，
乳液4：含纳米氧化锌5g/l+微胶囊相变材料60g/l，
乳液5：含纳米氧化锌5g/l+微胶囊相变材料120g/l。
乳液0：对照组(cont)，即未经处理的涤纶针刺毡。
表1是用5种乳液处理后的过滤材料的杀菌效果对比结果。表中的杀菌效果是以细菌存活率来反映，表中除第1行和第1列之外的数据均是细菌存活率(％)。
在此，纳米氧化锌复合空气过滤材料是利用功能乳液采用浸渍的方法处理涤纶针刺毡后形成的复合空气过滤材料，其中功能乳液中的微胶囊相变材料的含量分别为60g/l与120g/l。抗菌测试中的测试细菌为大肠杆菌AATCC25922。将试样放在主波长为365nm(8W)的紫外线灯管下一米处进行照射，每隔1小时后就检测一次样品表面的细菌总量(即细菌存活率)。
表1不同的过滤材料的杀菌效果考察结果(细菌存活率％)
  时间  (hr)  Cont  ZnO  (5g/l)  PCM  (60g/l)  PCM  (120g/l) ZnO+PCM (5+60g/l)  ZnO+PCM  (5+120g/l)  0  100  100  100  100 100  100  1  100  3.05  95.46  83.38 2  0.41  2  100  0  54.76  47.61 0  0  3  100  0  12.3  16.9 0  0  4  100  0  4.48  3.62 0  0  6  100  0  1.64  1.45 0  0
结果表明，在经过紫外线照射1小时后，本发明的微胶囊相变材料浓度为120g/l、60g/l的纳米氧化锌复合空气过滤材料上的细菌存活率分别是0.41％、2％左右，而现有技术的纳米氧化锌空气过滤材料上的细菌存活率是3.05％；而且，本发明的纳米氧化锌复合空气过滤材料在2小时后已经不能发现细菌了。微胶囊相变材料浓度是120g/l的纳米氧化锌复合空气过滤材料的杀菌能力比微胶囊相变材料浓度是60g/l的纳米氧化锌复合空气过滤材料增加了1.6％，比现有技术的纳米氧化锌空气过滤材料增加了2.5％。因此，本发明的纳米氧化锌复合空气过滤材料的杀菌效果比现有技术的纳米氧化锌空气过滤材料和微胶囊相变空气过滤材料的效果好，并且随着微胶囊相变材料浓度的增加，纳米氧化锌复合空气过滤材料的杀菌效果也能得到进一步的提高。
本试验所用的营养琼脂培养基成分如下：蛋白胨5g；牛肉浸膏3g；蒸馏水1000ml；氯化钠5g。在1000ml的蒸馏水中加入上述成分，加热煮沸促其溶解(须防止外溢)，并补足由于蒸发失去的水分。校正pH值至7.4，以绒布过滤，分装于试管进行高压杀菌(103kPa，15min)。
实验例2——杀菌效果考察(II)
比较对象：
纳米二氧化钛空气过滤材料(表示为“TiO2”)，
纳米二氧化钛复合空气过滤材料(表示为“TiO2+PCM”)。
本例中，配制3种不同的功能乳液，分别用这3种功能乳液处理作为空气过滤基材的涤纶针刺毡，使用相同的涤纶针刺毡，每平方米喷雾量为500ml，制成具有不同功能成份的空气过滤材料，3种乳液及对照乳液的基本组成如下：
乳液1：含纳米二氧化钛5g/l，不含微胶囊相变材料(以“TiO2”表示)，
乳液2：含纳米二氧化钛5g/l+微胶囊相变材料60g/l(以“TiO2+PCM60g/l”表示)，
乳液3：含纳米二氧化钛5g/l+微胶囊相变材料120g/l(以“TiO2+PCM120g/l”表示)。
乳液0：对照组(cont)，即未经处理的涤纶针刺毡。
按实验例1所述方法对经过上述三种不同功能乳液处理的样品分别进行抗菌性能测试，其结果如图4所示。图中所示是纳米二氧化钛空气过滤材料、纳米二氧化钛复合空气过滤材料的杀菌效果对比曲线图。
由图中的结果可知，6个小时后微胶囊相变材料浓度为120g/l、60g/l的纳米二氧化钛复合空气过滤材料上的细菌存活率大约分别是12.33％、23.62％，而纳米二氧化钛空气过滤材料上的细菌存活率是28％左右。由此可知，在紫外线照射下，纳米二氧化钛空气过滤材料具有良好的杀菌效果；但是纳米二氧化钛复合空气过滤材料的杀菌效果比纳米二氧化钛空气过滤材料明显更好。
由图中的结果还可知，相变材料浓度为120g/l的纳米二氧化钛微胶囊相变空气过滤材料的杀菌能力比60g/l的纳米二氧化钛微胶囊相变空气过滤材料增加了11％左右，比现有技术的纳米二氧化钛空气过滤材料增加了15％左右。也就是说，微胶囊相变材料浓度对纳米二氧化钛复合空气过滤材料的杀菌效果有一定影响：随着微胶囊相变材料浓度的增加，纳米二氧化钛复合空气过滤材料的杀菌效果也能得到进一步的提高。
实验例3——空气过滤效率考察
参照ANSI/AHAMAC-1-1988的标准，对功能乳液处理前和功能乳液处理后的空气过滤材料的过滤效率进行检验，验证经过功能乳液处理后的空气过滤材料的过滤性能是否有改变。因此实验室的设计参照了该标准。该试验室的尺寸是2×2×1.6米。为了减少试验气体对的吸附作用，室内四周用不绣钢板，外面用木板包覆。为了方便观察，在旁边开了一个透明的观察窗，并采用密封性能很好的门以控制空气泄漏率。
用美国TSI公司的Aerosol Monitor Model 8520测定仪，测定空气污染物的浓度。本实验采用香烟作为试验尘源。香烟的成分非常复杂，粒径从0.3～10μm之间。我们测定香烟成分中的2.5μm和10μm的尘埃。即选择2.5μm和10μm的两种尘埃粒度进行试验。2.5μm粒度尘埃以“PM2.5”表示，10μm粒度尘埃以“PM10”表示。
ANSI/AHAM AC-1-1988标准主要是评价空气清新机的空气洁净机滤网及送回风设计所造成的整体洁净效率。以购买的大金的空气清新机作为实验的基本设备，然后对该空气清新机进行改装，改装成具有初过滤、静电除尘、功能性空气过滤材料、紫外灯等结构的功能性空气过滤材料实验装置，如图5所示(图中，1-预过滤，2-静电除尘，3-本发明的纳米相变功能性过滤材料，4-紫外灯)。在做实验时，把预过滤去掉，关闭静电除尘器，这样就只有功能性空气过滤材料和紫外灯这两部分工作，测得的除尘效果就是纳米相变功能性空气过滤材料的除尘效果。
供测试用的功能性过滤材料中，它们的过滤基质均为涤纶针刺毡，用各种功能乳液处理的过程也是相同的，例如ZnO或TiO2是以5g/l的溶液溶液或混悬液，以每平方米500ml处理涤纶针刺毡，又如“TiO2+PCM120g/l”是以含有5g/l的TiO2和120g/l的PCM的乳液处理涤纶针刺毡。
测试结果分别如图6至图13所示。图6是表示经不同浓度微胶囊相变材料处理的空气过滤材料对除PM2.5的效果的比较图；图7是表示经不同浓度微胶囊相变材料处理的空气过滤材料对除PM10的效果的比较图。由图6和图7可以看出，虽然微胶囊相变材料的浓度不同，但是他们的过滤效率基本是相同的。因此在所用的微胶囊相变材料的浓度范围内(60g/l～120g/l)，微胶囊相变材料浓度的变化，不会影响微胶囊相变空气过滤材料的过滤效率。
图8是表示经不同纳米光催化材料处理的空气过滤材料(即，例如以“ZnO”表示“二氧化锌+过滤材料”)对除PM2.5的效果的比较图；图9是表示经不同纳米光催化材料处理的空气过滤材料对除PM10的效果的比较图。由图8和图9可以看出，与普通的涤纶空气过滤材料相比，纳米二氧化钛空气过滤材料、纳米氧化锌空气过滤材料除去PM2.5、PM10的效率比普通的涤纶空气过滤材料高。这是因为二氧化钛、氧化锌在光催化的作用下将这些有机挥发物分解成水和氢气，从而提高净化的效果。由图8和图9还可以看出，纳米二氧化钛空气过滤材料、纳米氧化锌空气过滤材料除去PM10、PM2.5的效果基本上相同。
图10是表示微胶囊相变材料浓度对纳米二氧化钛复合空气过滤材料(即，例如以“TiO2+PCM120g/l”表示“TiO2+PCM120g/l+过滤材料”)除去PM2.5效果的影响的误差图；图11是表示微胶囊相变材料浓度对纳米氧化锌复合空气过滤材料除去PM2.5效果的影响的误差图；图12表示微胶囊相变材料浓度对纳米二氧化钛复合空气过滤材料除去PM10效果的影响的误差图；图13是表示微胶囊相变材料浓度对纳米氧化锌复合空气过滤材料除去PM10效果的影响的误差图。由图10至图13可以看出，本发明的纳米二氧化钛复合空气过滤材料，纳米氧化锌复合空气过滤材料除去PM2.5、PM10的效果比现有技术的纳米二氧化钛空气过滤材料、纳米氧化锌空气过滤材料好。这是因为微胶囊相变材料增大了纳米光催化材料的表面积，使得纳米光催化材料的光催化性能提高，从而提高了除去烟气中的PM2.5、PM10的效果。由图10至图13还可以看出，微胶囊相变材料的浓度对于纳米二氧化钛复合空气过滤材料、纳米氧化锌复合空气过滤材料除去PM2.5、PM10的除尘效果没有影响。
实验例4——调温效果考察
本实验例检测上述实验例1和实验例2中用本发明功能乳液处理的涤纶针刺毡样品的温度调节能力。测试设备是采用专利设备FABRIC TOUCHTESTER(US 6601457)，其基本原理是在给定温差下，检测织物的热流变化情况，由此计算得出处理后织物的不同温度调节能力。调温时间越长，则表示在环境温度发生变化的情况下，温度调节能力越强。
我们用FABRIC TOUCH TESTE来测定了各种功能性空气过滤材料的调温能力。室内的温度控制在25℃，然后FABRIC TOUCH TESTE的温度调到35℃。当FABRIC TOUCH TESTE的温度恒定在35℃时，把功能性空气过滤材料放进FABRIC TOUCH TESTE，停止加热，让相变材料发生溶解，从而吸收热量。我们检测通过功能性空气过滤材料的热流，就可以计算出功能性空气过滤材料的调温时间。FABRIC TOUCHTESTE的采样时间是每秒10次。由于功能性空气过滤材料由室温(25℃)接触到高温(35℃)物体(FABRICTOUCH TESTER)，过滤材料的温度将会上升。在温升的过程中由于经过相变材料的熔点。此时相变材料发生由固态向液态的转变，并吸收热量，延缓或阻止温度的上升。此现象可以通过热流的变化观察到。同时延缓或阻止温度的上升的能力表示为材料的温度调控能力。在本测试方法中以延缓或阻止温度的上升时间长短来描述。表2为实验例1和实验例2样品的调温时间测试结果。
表2不同过滤材料的调温效果考察结果
  功能性材料  调温时间(秒)  Cont  7  ZnO  5  TiO2  5  PCM(60g/l)  10  PCM((120g/l)  12  ZnO+PCM(60g/l)  6  ZnO+PCM(120g/l)  8  TiO2+PCM(60g/l)  6  TiO2+PCM(120g/l)  8
综上可知，采用本发明的功能乳液制备而成的复合空气过滤材料不仅具有抗菌特性，而且能保持较长的调温时间。在将采用本发明的功能乳液制备而成的复合空气过滤材料具体应用到例如空调设备上时，通过微胶囊相变材料设定舒适的温度点附近，当环境温度发生过冷或过热的情况下，首先可以利用复合空气过滤材料上的微胶囊相变材料来吸收或释放能量，以延缓压缩机的启动与工作时间，从而达到节省能源的目的。
通过上述比较分析可知，采用本发明的功能乳液制备而成的复合空气过滤材料相比于现有技术具有如下优点：
(1)杀菌方面：由于微胶囊相变材料增强了纳米氧化锌/二氧化钛的抗菌效果，因此，具有微胶囊相变材料的本发明的纳米氧化锌/二氧化钛复合空气过滤材料的杀菌效果优于现有技术的纳米氧化锌/二氧化钛空气过滤材料。此外，微胶囊相变材料的浓度与杀菌效果成正比关系，浓度越大，杀菌效果越好。
(2)空气过滤效率方面：微胶囊相变材料可以增加纳米光催化材料的表面积，从而使采用本发明的功能乳液制备而成的复合空气过滤材料比现有技术的纳米氧化锌空气过滤材料和纳米二氧化钛空气过滤材料的过滤效果好。
(3)调温方面：采用本发明的功能乳液制备而成的复合空气过滤材料由于具有微胶囊相变材料，所以比纳米氧化锌空气过滤材料和纳米二氧化钛空气过滤材料的调温能力强。
以上结合具体实施例对本发明进行了描述，但显然本领域的技术人员能够对本发明进行多种修改及变化。因此，应当理解的是：本发明覆盖落入到所附权利要求范围及其等同范围内的各种修改和变化。