专利名称：高效低阻纳米防病毒口罩及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种高效低阻纳米防病毒口罩及其生产方法。
背景技术：
自2003年非典型性肺炎爆发以来，防病毒口罩研究和生产引起了社会各界的广泛关注。传统的纱布口罩存在阻隔效率低、表面容易吸湿、极易发生交叉感染且对病毒的防护效率几乎为零，其防护性能与我国的防护口罩标准GB19083-2003、欧美防护口罩标准相比都有着很大差距。为此，开发可有效过滤有害病毒、细菌的过滤材料成为国家卫生防护领域迫切需要解决的关键问题和近年来全世界研究的焦点。为了解决上述口罩问题，研究人员对防病毒口罩滤材进行了大量研究。中国发明专利C拟621068Y和CN1557514A利用喷涂或是浸泡的方法将光催化剂纳米二氧化钛等颗粒物质涂覆到口罩材料上，利用光催化原理使病毒蛋白质变性以达到杀灭病毒的目的。由这种方法获得的口罩表面由于涂覆了光催化剂层会大大增加口罩的呼吸阻力，严重影响佩戴舒适感，而且涂覆的纳米颗粒被人体吸入就会导致严重的呼吸系统疾病，对人体造成很大的不可逆伤害。为了增加防病毒口罩的安全性能，中国发明专利CN1970115A、CN1462642A 和CN1552394A提出了一种通过在口罩中增加中药药芯的方法来防止病毒侵入人体的具有保健功能的防病毒口罩，这种口罩药芯制作分为干燥、粉碎、筛分、分级及消毒等多个步骤， 制备过程十分复杂，而且在口腔潮湿的条件下，中药药芯极易失效，导致其杀除病菌性能的不断衰减。目前，使用性能较好的是以驻极处理的熔喷纤维无纺布为核心滤材的口罩。中国公开专利CN1565701A提供了一种经驻极处理的平均纤维直径为0. 3微米的熔喷纤维无纺布口罩材料，纤维经驻极处理后，可通过静电吸附作用来提高过滤效率，但由于过滤原理的限制，这种滤材的吸附量很容易达到饱和，而且驻极电荷量也会随着使用环境温度和湿度的升高逐渐衰减，进而大大降低口罩的防护性能，无法实现对病菌的高效过滤。静电喷网技术作为一种可一步法制备一维电纺纤维和二维网状纤维膜复合的多层膜材料的新方法，已经引起了学术界和工业界的关注。静电喷网复合膜中普通一维电纺纤维和二维网状膜(网中纤维平均直径小于20 nm)相互叠加，最终形成一种多孔膜材料。这种膜具有纤维直径小、比表面积大、孔径小以及孔隙率高等优点，可以有效阻止细菌、病毒等有害颗粒的入侵，同时保持了较高的透气性。
发明内容
本发明的目的是提供一种过滤效率高、呼吸阻力小，防病毒性能好的防病毒口罩及其生产方法。为了达到上述目的，本发明提供了一种纳米防病毒口罩，包括过滤材料，其特征在于，所述的过滤材料包括基材和静电喷网膜。优选地，所述的静电喷网膜含有二维网状纤维和一维电纺纤维。优选地，所述的过滤材料还包括拒水拒液长纤维无纺布、无纺布和抗菌纱布，静电喷网膜设于无纺布和基材之间，静电喷网膜、无纺布和基材构成核心滤材，核心滤材的内侧设有抗菌纱布，核心滤材的外侧设有拒水拒液长纤维无纺布。更优选地，所述的基材为无纺布，优选为熔喷或纺粘无纺布。更优选地，所述的无纺布和基材的材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙腈、纤维素以及聚氯乙烯中的一种或两种以上的混合物。本发明还提供了上述纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，包括将聚合物溶解，加入无机盐，搅拌形成性质均一的纺丝溶液；将所得的纺丝溶液进行静电喷网，将含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜沉积在附着有基材的接收装置上，得到基材和静电喷网膜的复合结构，将所述的复合结构制成纳米防病毒口罩。优选地，所述的静电喷网的条件为温度为15-35 °C、相对湿度为20飞0%，纺丝溶液以0. 5^5 mL/h的输送速度输入到静电喷网装置的喷丝口上，喷丝口与接收装置之间的距离为5 25 cm，纺丝电压为10 40 kV。优选地，所述的静电喷网的接收装置为导电板或导电滚筒。优选地，所述的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铁、氯化钡、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硝酸银、硝酸铜、硝酸钠以及亚硫酸钠中的一种或二种以上的混合物。优选地，所述的纺丝溶液中无机盐的重量百分比溶度为0. Γ1. 5 %。优选地，所述的聚合物为尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010、聚氨酯、聚丙烯酸、
聚乙烯醇、聚丙烯腈、芳纶1313、聚苯并咪唑、、聚吡咯、聚苯胺、聚苯乙烯、乙基纤维素、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚砜和聚丁二酸丁二醇酯中的一种或两种以上的混合物。优选地，所述的聚合物溶解所用的溶剂为甲酸、乙醇、乙酸、N-N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、N-N-二甲基乙酰胺、乙醇、甲醇、六氟异丙醇、三氟乙酸、丙酮以及甲苯中的一种或两种以上的混合物。优选地，所述的纺丝溶液中聚合物的重量百分比浓度为5 20 %。优选地，所述的将所述的复合结构制成纳米防病毒口罩的方法为将无纺布附着在复合结构上，得到无纺布/静电喷网膜/基材的三明治结构，将所述的三明治结构作为核心滤材，在三明治结构的内侧设置抗菌纱布，在三明治结构的外侧设置拒水拒液长纤维无纺布，形成过滤材料，将过滤材料折叠形成折叠线，在过滤材料的一侧边缘内置鼻梁压条， 将过滤材料的边缘在20(T240°C热压，缝合口罩绳，制成纳米防病毒口罩。与现有技术相比，本发明的优点在于
(1)本发明提供的静电喷网技术可一步法获得一维电纺纤维和二维网状纤维膜复合的多层膜材料，制备过程简单。(2)本发明的高效低阻防病毒纳米口罩可以高效阻止细菌、病毒等有害微粒通过口罩侵入人体呼吸系统，同时保持了较好的透气性，还具有厚度薄、重量轻、柔韧好的特点。
图1为纳米防病毒口罩俯视4图2为纳米防病毒口罩剖面图中标号说明1 一口罩；2 —拒水拒液长纤维无纺布；3 —静电喷网膜；4 一基材；5 -无纺布；6 —抗菌纱布；7 —复合结构；8 —三明治结构；9 一鼻梁压条；10 —折叠线。
具体实施例方式下面结合实施例，进一步对本发明进行详细阐述。以下实施例中使用的纺丝所用各种溶剂、无机盐均可在上海晶纯试剂有限公司购得；有机聚合物均可在市面上购得；尼龙6的分子量为18000，尼龙66的分子量为15000，聚氨酯的分子量为30000，聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为46000，尼龙1010的分子量为14000聚丙烯腈的分子量90000 ；高压电源为天津东文高压电源厂生产的DW-P303-1ACD8型；纺丝溶液输送系统为保定兰格恒流泵有限公司生产的LSP02-113型；静电喷网装置为中国发明专利CN101565878A的发明装置；病毒过滤效率及呼吸阻力检测装置为美国TSI公司生产的TSI3160型计数扫描法空气过滤滤材检测仪。实施例1
(1)在室温条件下，将0.5 g的尼龙6加入到9. 5 g的甲酸溶剂中，再加入0.01 g氯化钠，在磁力搅拌机上以50 rpm的转速搅拌10 h，直至获得性质均一的纺丝溶液，得到质量分数为5 %的含有氯化钠的尼龙6纺丝溶液。(2)在室温，相对湿度为20%的条件下，将所配置的尼龙6溶液以0. 5mL/h的输送速度送到喷丝头上，喷丝头连接10 kV的高压静电发生器，进行静电喷网作用，最后用附有熔喷聚丙烯无纺布的导电平板接收含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜的尼龙6静电喷网膜，接收距离为5cm，形成静电喷网膜和无纺布的复合结构7 ；
(3)将另一大小相同的熔喷聚丙烯无纺布附着在静电喷网膜的另一侧，获得熔喷聚丙烯无纺布/尼龙6静电喷网膜/熔喷聚丙烯无纺布的三明治结构8，作为高效低阻防病毒纳米口罩的核心滤材。将这种三明治结构静电喷网复合膜作为中间核心过滤层，抗菌纱布作为里层，拒水拒液长纤维无纺布作为外层，三层膜重叠后经4次折叠形成折叠线10，一侧边缘内置鼻梁压条9，边缘经机械热压后即获得高效低阻防病毒纳米口罩本体；再将所获得的纳米口罩本体与口罩绳进行缝合，获得高效低阻防病毒纳米口罩。(4)如图1所示，为纳米防病毒口罩俯视图，图2为其剖面图，所述的纳米防病毒口罩包括过滤材料，所述的过滤材料包括从内到外依次设置的抗菌纱布6、基材4 (无纺布)、 含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜7、无纺布5和拒水拒液长纤维无纺布2。 过滤材料的中部设有折叠线10，过滤材料一侧边缘处设有鼻梁压条9。经TSI3160装置检测发现，这种纳米口罩对20 160 nm病毒的过滤效率为99%，呼吸阻力仅为10 mmH20。实施例2
(1)在室温条件下，将2 g的尼龙66加入到7. 85 g的甲酸溶剂中，加入0. 15 g氯化钾，在磁力搅拌机上以100 rpm的转速搅拌12 h，直至获得性质均一的纺丝溶液，得到质量分数为20 %的含有氯化钾的尼龙66溶液。(2)在室温，相对湿度为25%的条件下，将所配置的尼龙66溶液以1 mL/h的输送速度送到喷丝头上，喷丝头连接30 kV的高压静电发生器，进行静电喷网作用，最后用附有纺粘聚丙烯无纺布的导电滚筒接收含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜的尼龙66静电喷网膜，接收距离为15 cm，形成静电喷网膜和无纺布的复合结构7 ；
(3)将另一大小相同的纺粘聚丙烯无纺布附着在静电喷网膜的另一侧，获得纺粘聚丙烯无纺布/尼龙66静电喷网膜/纺粘聚丙烯无纺布的三明治结构8，作为高效低阻防病毒纳米口罩的核心滤材。将这种三明治结构静电喷网复合膜作为中间核心过滤层，抗菌纱布作为里层，拒水拒液长纤维无纺布作为外层，三层膜重叠后经4次折叠形成折叠线10，一侧边缘内置鼻梁压条9，边缘经机械热压后即获得高效低阻防病毒纳米口罩本体；再将所获得的纳米口罩本体与口罩绳进行缝合，获得高效低阻防病毒纳米口罩。(4)如图1所示，为纳米防病毒口罩俯视图，图2为其剖面图，所述的纳米防病毒口罩包括过滤材料，所述的过滤材料包括从内到外依次设置的抗菌纱布6、基材4 (无纺布)、 含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜7、无纺布5和拒水拒液长纤维无纺布2。 过滤材料的中部设有折叠线10，过滤材料一侧边缘处设有鼻梁压条9。经TSI3160装置检测发现，这种纳米口罩对2(Tl60 nm病毒的过滤效率为99. 5%，呼吸阻力仅为9 mmH20。实施例3
(1)在室温条件下，将0.7 g的聚氨酯加入到9. 25 g的N-N-二甲基甲酰胺溶剂中，再加入0.05 g氯化钠，在磁力搅拌机上以200 rpm的转速搅拌15 h，直至获得性质均一的纺丝溶液，得到质量分数为7 %的含有氯化钠的聚氨酯溶液。(2)在室温，相对湿度为25%的条件下，将所配置的聚氨酯溶液以5 mL/h的输送速度送到喷丝头上，喷丝头连接40 kV的高压静电发生器，进行静电喷网作用，最后用附有熔喷聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布的导电滚筒接收含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜的聚氨酯静电喷网膜，接收距离为20 cm，形成静电喷网膜和无纺布的复合结构 7 ；
(3)将另一大小相同的熔喷聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布附着在静电喷网膜的另一侧，获得熔喷聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布/聚氨酯静电喷网膜/熔喷聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布的三明治结构8，作为高效低阻防病毒纳米口罩的核心滤材。将这种三明治结构静电喷网复合膜作为中间核心过滤层，抗菌纱布作为里层，拒水拒液长纤维无纺布作为外层，三层膜重叠后经4次折叠形成折叠线10，一侧边缘内置鼻梁压条9，边缘经机械热压后即获得高效低阻防病毒纳米口罩本体；再将所获得的纳米口罩本体与口罩绳进行缝合，获得高效低阻防病毒纳米口罩。(4)如图1所示，为纳米防病毒口罩俯视图，图2为其剖面图，所述的纳米防病毒口罩包括过滤材料，所述的过滤材料包括从内到外依次设置的抗菌纱布6、基材4 (无纺布)、 含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜7、无纺布5和拒水拒液长纤维无纺布2。 过滤材料的中部设有折叠线10，过滤材料一侧边缘处设有鼻梁压条9。经TSI3160装置检测发现，这种纳米口罩对20 160 nm病毒的过滤效率为99.5 %，呼吸阻力为12 mmH20。实施例4
(1)在室温条件下，将1 g的聚甲基丙烯酸甲酯加入到8. 9 g甲酸溶剂中，再加入0.1 g硝酸银，在磁力搅拌机上以150 rpm的转速搅拌16 h，直至获得性质均一的纺丝溶液，得到质量分数为10 %的含有硝酸银的聚甲基丙烯酸甲酯溶液。(2)在室温，相对湿度为30%的条件下，将所配置的聚甲基丙烯酸甲酯溶液以3 mL/h的输送速度送到喷丝头上，喷丝头连接30 kV的高压静电发生器，进行静电喷网作用，最后用附有熔喷聚丙烯无纺布接收含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜的聚甲基丙烯酸甲酯静电喷网膜，接收距离为25 cm，形成静电喷网膜和无纺布的复合结构7 ；
(3)将另一大小相同的熔喷聚丙烯无纺布附着在静电喷网膜的另一侧，获得熔喷聚丙烯无纺布/聚甲基丙烯酸甲酯静电喷网膜/熔喷聚丙烯无纺布的三明治结构8，作为高效低阻防病毒纳米口罩的核心滤材。将这种三明治结构静电喷网复合膜作为中间核心过滤层， 抗菌纱布作为里层，拒水拒液长纤维无纺布作为外层，三层膜重叠后经4次折叠形成折叠线10，一侧边缘内置鼻梁压条9，边缘经机械热压后即获得高效低阻防病毒纳米口罩本体； 再将所获得的纳米口罩本体与口罩绳进行缝合，获得高效低阻防病毒纳米口罩。(4)如图1所示，为纳米防病毒口罩俯视图，图2为其剖面图，所述的纳米防病毒口罩包括过滤材料，所述的过滤材料包括从内到外依次设置的抗菌纱布6、基材4 (无纺布)、 含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜7、无纺布5和拒水拒液长纤维无纺布2。 过滤材料的中部设有折叠线10，过滤材料一侧边缘处设有鼻梁压条9。经TSI3160装置检测发现，这种纳米口罩对20 160 nm病毒的过滤效率为99. 9%，呼吸阻力为13 mmH20。实施例5
(1)在室温条件下，将1.5 g的尼龙1010加入到8. 35 g的甲酸溶剂中，再加入0. 15 g 氯化钡，在磁力搅拌机上以100 rpm的转速搅拌10 h，直至获得性质均一的纺丝溶液，得到质量分数为15 %的含有氯化钡的尼龙1010溶液。(2)在室温，相对湿度为27%的条件下，将所配置的尼龙1010溶液以0. 9 mL/h的输送速度送到喷丝头上，喷丝头连接35 kV的高压静电发生器，进行静电喷网作用，最后用附有纺粘聚丙烯无纺布接收含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜的尼龙1010 静电喷网膜，接收距离为15 cm，形成静电喷网膜和无纺布的复合结构7 ；
(3)将另一大小相同的纺粘聚丙烯无纺布附着在静电喷网膜的另一侧，获得纺粘聚丙烯无纺布/尼龙1010静电喷网膜/纺粘聚丙烯无纺布的三明治结构8，作为高效低阻防病毒纳米口罩的核心滤材。将这种三明治结构静电喷网复合膜作为中间核心过滤层，抗菌纱布作为里层，拒水拒液长纤维无纺布作为外层，三层膜重叠后经4次折叠形成折叠线10，一侧边缘内置鼻梁压条9，边缘经机械热压后即获得高效低阻防病毒纳米口罩本体；再将所获得的纳米口罩本体与口罩绳进行缝合，获得高效低阻防病毒纳米口罩。(4)如图1所示，为纳米防病毒口罩俯视图，图2为其剖面图，所述的纳米防病毒口罩包括过滤材料，所述的过滤材料包括从内到外依次设置的抗菌纱布6、基材4 (无纺布)、 含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜7、无纺布5和拒水拒液长纤维无纺布2。 过滤材料的中部设有折叠线10，过滤材料一侧边缘处设有鼻梁压条9。经TSI3160装置检测发现，这种纳米口罩对2(Tl60 nm病毒的过滤效率为99. 55%，呼吸阻力为7 mmH20。实施例6
(1)在室温条件下，将1 g的聚丙烯腈加入到8. 85 g的N-N-二甲基乙酰胺溶剂中，再加入0.15 g氯化钙，在磁力搅拌机上以150 rpm的转速搅拌17 h，直至获得性质均一的纺丝溶液，得到质量分数为10 %的含有氯化钙的聚丙烯腈溶液。(2)在室温，相对湿度为25%的条件下，将所配置的聚丙烯腈溶液以2 mL/h的输送速度送到喷丝头上，喷丝头连接30 kV的高压静电发生器，进行静电喷网作用，最后用附有熔喷聚丙烯无纺布接收含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜的聚丙烯腈静电喷网膜，接收距离为15 cm，形成静电喷网膜和无纺布的复合结构7 ；
(3)将另一大小相同的熔喷聚丙烯无纺布附着在静电喷网膜的另一侧，获得熔喷聚丙烯无纺布/聚丙烯腈静电喷网膜/熔喷聚丙烯无纺布的三明治结构8，作为高效低阻防病毒纳米口罩的核心滤材。将这种三明治结构静电喷网复合膜作为中间核心过滤层，抗菌纱布作为里层，拒水拒液长纤维无纺布作为外层，三层膜重叠后经4次折叠形成折叠线10，一侧边缘内置鼻梁压条9，边缘经机械热压后即获得高效低阻防病毒纳米口罩本体；再将所获得的纳米口罩本体与口罩绳进行缝合，获得高效低阻防病毒纳米口罩。
(4)如图1所示，为纳米防病毒口罩俯视图，图2为其剖面图，所述的纳米防病毒口罩包括过滤材料，所述的过滤材料包括从内到外依次设置的抗菌纱布6、基材4 (无纺布)、 含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜7、无纺布5和拒水拒液长纤维无纺布2。 过滤材料的中部设有折叠线10，过滤材料一侧边缘处设有鼻梁压条9。经TSI3160装置检测发现，这种纳米口罩对20 160 nm病毒的过滤效率为99. 99%，呼吸阻力为12 mmH20。
权利要求
1.一种纳米防病毒口罩，包括过滤材料，其特征在于，所述的过滤材料包括基材(4)和静电喷网膜(7)。
2.如权利要求1所述的纳米防病毒口罩，其特征在于，所述的静电喷网膜(7)含有二维网状纤维和一维电纺纤维。
3.如权利要求1所述的纳米防病毒口罩，其特征在于，所述的过滤材料还包括拒水拒液长纤维无纺布(2)、无纺布(5)和抗菌纱布(6)，静电喷网膜(7)设于无纺布(5)和基材 (4)之间，静电喷网膜(7)、无纺布(5)和基材(4)构成核心滤材，核心滤材的内侧设有抗菌纱布(6)，核心滤材的外侧设有拒水拒液长纤维无纺布(2)。
4.如权利要求1所述的纳米防病毒口罩，其特征在于，所述的基材(4)为无纺布。
5.权利要求1所述的纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，包括将聚合物溶解， 加入无机盐，搅拌形成性质均一的纺丝溶液；将所得的纺丝溶液进行静电喷网，将含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜沉积在附着有基材的接收装置上，得到基材和静电喷网膜的复合结构(7)，将所述的复合结构(7)制成纳米防病毒口罩。
6.如权利要求5所述的纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，所述的静电喷网的条件为温度为15-35 °C、相对湿度为20飞0%，纺丝溶液以0.5 5 mL/h的输送速度输入到静电喷网装置的喷丝口上，喷丝口与接收装置之间的距离为5 25 cm，纺丝电压为1(T40 kV。
7.如权利要求5所述的纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，所述的静电喷网的接收装置为导电板或导电滚筒。
8.如权利要求5所述的纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，所述的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铁、氯化钡、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硝酸银、硝酸铜、硝酸钠以及亚硫酸钠中的一种或二种以上的混合物。
9.如权利要求5所述的纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，所述的纺丝溶液中无机盐的重量百分比溶度为0. Γ1. 5 %。
10.如权利要求5所述的纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，所述的将所述的复合结构(7)制成纳米防病毒口罩的方法为将无纺布(5)附着在复合结构(7)上，得到无纺布/静电喷网膜/基材的三明治结构(8)，将所述的三明治结构(8)作为核心滤材，在三明治结构(8)的内侧设置抗菌纱布(6)，在三明治结构(8)的外侧设置拒水拒液长纤维无纺布 (2)，形成过滤材料，将过滤材料折叠形成折叠线(10)，在过滤材料的一侧边缘内置鼻梁压条(9)，将过滤材料的边缘在20(T240°C热压，缝合口罩绳，制成纳米防病毒口罩。
全文摘要
本发明涉及一种高效低阻纳米防病毒口罩及其生产方法。所述的纳米防病毒口罩，包括过滤材料，其特征在于，所述的过滤材料包括基材和静电喷网膜。上述纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于，包括将聚合物溶解，加入无机盐，搅拌形成性质均一的纺丝溶液；将所得的纺丝溶液进行静电喷网，将含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜沉积在附着有基材的接收装置上，得到基材和静电喷网膜的复合结构，将所述的复合结构制成纳米防病毒口罩。本发明对病毒的过滤效率高，呼吸阻力小。
文档编号A41D13/11GK102499493SQ20111030353
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者丁彬, 俞建勇, 王娜, 胡娟平 申请人:东华大学