专利名称：一种口罩用抗菌过滤材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种口罩用抗菌过滤材料及其制备方法，尤其涉及一种口罩用抗菌聚合物纳米纤维过滤材料及其制备方法。
背景技术：
当今世界经济发展迅速，人们生活水平显著提高。但是经济发展的同时，也带来了严峻的环境问题。工业生产、日常发电、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物对人的呼吸健康影响巨大。尤其是空气中直径小于2. 5um的极细颗粒物(PM 2. 5)，它们是造成大气阴霾和人类肺癌的最大元凶。2012年2月29日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，同意发布新修订的《环境空气质量标准》，规定将PM 2. 5纳入各省市强制检测范畴。空气中除了粉尘颗粒外，还存在细菌病毒，它们通常依附在空气中的悬浮颗粒上随着空 气流动传播。聚合物纳米纤维是直径在几十到几百纳米的超细纤维，通过静电纺丝技术制备。静电纺丝是使高分子溶液或熔体带电，并置于喷丝口与接收屏之间的高压电场中，通过静电吸引力克服高分子溶液或熔体的表面张力，从而使纺丝液成为一股带电的喷射流，并在电场中运动，最后集聚在金属网状接收屏上，成为无纺布状的纤维毡，高分子溶液或熔体因溶剂的蒸发或熔体冷却而固化，从而成为纳米纤维无纺织布。这种本身带静电的纳米纤维无纺织布是一种非常好的过滤材料，对极细颗粒和细菌病毒的过滤效率高。因此，本领域的技术人员致力于开发一种对极细颗粒和细菌病毒具有高过滤效率的过滤材料。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种既能有效过滤极细颗粒，同时也对细菌病毒具有高过滤效率的口罩用过滤材料。为实现上述目的，本发明提供了一种口罩用抗菌聚合物纳米纤维过滤材料及其制备方法。一方面，本发明提供了一种口罩用抗菌聚合物纳米纤维过滤材料。具体地，本发明的口罩用抗菌过滤材料包括抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布。其中，抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比为1-20 10-30 100。本发明的口罩用抗菌过滤材料是含有抗菌剂的聚合物纳米纤维与支撑体无纺布的复合膜，其中，起过滤以及杀菌作用的聚合物纳米纤维膜的厚度很薄，并且其纤维直径大小也是可控的，因此，该复合膜对超细的颗粒以及细菌病毒都具有很高的截留率，在此同时，拦截吸附的细菌可以通过抗菌剂将其杀死。在本发明的口罩用抗菌过滤材料中，含有抗菌剂的聚合物纳米纤维膜层的厚度为l-30um,该膜层中的聚合物纳米纤维直径为300-1000nm，且纤维基本呈无规则排列。在本发明的口罩用抗菌过滤材料中，所述聚合物纳米纤维优选为聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯(I3U)、聚酰胺(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。在本发明中，所述抗菌剂为有机抗菌剂或无机抗菌剂。在本发明具体实施时，支撑体无纺布优选为熔喷、纺粘或针刺无纺布。在本发明的具体实施方式
中，有机抗菌剂优选为亚甲基双硫氰酸酯或苄基二甲基十二烷基溴化铵。无机抗菌剂优选为银、铜、锌、氧化银、氧化铜、氧化亚铜、氧化锌、载银磷酸锆、硝酸银、硝酸铜、硝酸亚铜、硝酸锌、硫酸银、硫酸亚铜和硫酸锌中的一种或多种。另一方面，本发明还提供了一种制备上述口罩用抗菌过滤材料的方法，包括如下步骤首先，将抗菌剂、聚合物纳米纤维和溶剂共混溶解，得到稳定的均一溶液；或直接将抗菌剂和聚合物熔融，得到均一熔体； 然后，通过静电纺丝将含有抗菌剂的聚合物纳米纤维的上述均一溶液或均一熔体纺在支撑体无纺布上，从而得到口罩用抗菌过滤材料；在制得的口罩用抗菌过滤材料中，所述抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比为1-20 10-30 100。在本发明的优选实施方式中，将抗菌剂、聚合物纳米纤维和溶剂共混溶解时，抗菌剂、聚合物纳米纤维和溶剂的重量比优选为1-20 10-30 100-120。在本发明的具体实施方式
中，所述溶剂优选为N，N_ 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-甲基乙酰胺、丙酮、水、乙醇、二氯乙烷、三氯乙烷中的一种或多种。在本发明的另一优选实施方式中，将抗菌剂和聚合物纳米纤维直接熔融时，抗菌剂和聚合物的重量比优选为1-20 10-30。在本发明中，所述静电纺丝方法为本领域制造纳米和超细纤维的常用方法，对此没有特别限制。例如通过溶液或者熔融静电纺丝方法将含有抗菌剂的聚合物纳米纤维纺的溶液或熔体纺在支撑体无纺布上。本发明还涉及一种含有上述抗菌过滤材料的口罩。本发明提供的口罩用抗菌过滤材料及其制备方法具有如下优点(I)由于本发明的抗菌过滤材料是含有抗菌剂的聚合物纳米纤维与支撑体无纺布的复合膜，因此，含抗菌剂的聚合物纳米纤维的直径和纳米纤维的膜层厚度是可以调控的。其中，起过滤以及杀菌作用的聚合物纳米纤维膜的厚度很薄，因此，该复合膜对超细的颗粒以及细菌病毒都具有很高的截留率，在此同时，拦截吸附的细菌可以通过抗菌剂将其杀死。(2)本发明的口罩用抗菌过滤材料的制备方法简单，成本低廉，适合工业化生产。(3)由本发明所述的抗菌过滤材料制成的口罩，不仅具有优良的透气性，而且能高效截留氯化钠气溶胶粒子，经测试本发明的口罩用抗菌过滤材料对O. 3um氯化钠气溶胶粒子的截留率可高达90%以上。当压力降小于35mm水柱时，该口罩可达到中国GB2626-2006KN90 的使用标准。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图I是本发明的实施例I制得的口罩用抗菌过滤材料的截面图。
图2是本发明的实施例I制得的口罩用抗菌过滤材料的表面图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明的实施例中使用的原料除特别说明之外，均为市售产品。实施例中得到的过滤材料通过钠焰法进行测试对氯化钠气溶胶粒子的截留率，测试机器为TIS公司出品的8130AFT自动滤料测试仪；测试条件为采用O. 3um氯化钠气溶胶粒子，流量为85L/min。在实施例制得的口罩用抗菌过滤材料中，所述抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比保持在1-20 10-30 100。实施例I
将2. OOOg聚偏氟乙烯和1.5000g硝酸银溶于2.677g的N，N-二甲基乙酰胺与10. 708g丙酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝将该含硝酸银的聚偏氟乙烯纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用抗菌过滤材料的截面图如图I所示，其表面图如图2所示。在该口罩用抗菌过滤材料中，含硝酸银的聚偏氟乙烯纳米纤维层的厚度为25um，其聚合物纳米纤维的平均直径为595nm。该滤材经钠焰法测试，对氯化钠气溶胶粒子的截留率为79. 8%，压力降为26. 2mm水柱。实施例2将I. OOOg聚乙烯醇和I. OOOg硫酸银溶于10. OOOg水中，溶液混合均一后,通过溶液静电纺丝，将该含硫酸银的聚乙烯醇纳米纤维的水溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含硫酸银的聚乙烯醇纳米纤维层的厚度为25um，其聚合物纳米纤维的平均直径为330nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为92. 5%，压力降为38. 2mm水柱。实施例3将I. OOOg聚乳酸和I. OOOg硝酸锌溶于9. OOOg 二氯甲烷与O. 500g乙醇的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝，将该含硝酸锌的聚乳酸纳米纤维的溶液纺在2g支撑体纺粘无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含硝酸锌的聚乳酸纳米纤维层的厚度为30um，其聚合物纳米纤维的平均直径为lOOOnm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为79.8%，压力降为38. 8mm水柱。实施例4将2. OOOg聚对苯二甲酸乙二醇酯和I. 500g硫酸亚铜熔融后进行熔融静电纺丝，将该含硫酸亚铜的聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维纺在2g支撑体针刺无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含硫酸亚铜的聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维层的厚度为30um，其聚合物纳米纤维的平均直径为990nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为60. 5%，压力降为30. 8mm水柱。实施例5将2. OOOg聚酰胺与I. OOOg银熔融均一后进行熔融静电纺丝，将该含银的聚酰胺纳米纤维纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含银的聚酰胺纳米纤维层的厚度为10um，其聚合物纳米纤维的平均直径为950nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为50. 2%，压力降为25. 5_水柱。实施例6将2. OOOg聚醚砜和I. OOOg硝酸铜溶于4. 964g的N，N-二甲基甲酰胺与2. 217g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝，将该含硝酸铜的聚醚砜纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含硝酸铜的聚醚砜纳米纤维层的厚度为10um，其聚合物纳米纤维的平均直径为350nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为90. 1%，压力降为31. 3mm水柱。实施例7将2. OOOg聚醚砜和O. 800g亚甲基双硫氰酸酯溶于4. 964g的N，N-二甲基甲酰胺与2. 217g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝，将该含亚甲基双硫氰酸酯的聚醚砜纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含亚甲基双硫氰酸酯的聚醚砜纳米纤维层的厚度为5um，其聚合物纳米纤 维的平均直径为353nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为78. 7%，压力降为21. 2mm 水柱。实施例8将2. OOOg聚醚砜和I. 500g硝酸亚铜溶于4. 4748的1^甲基甲酰胺与I. 962g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝，将该含硝酸亚铜的聚醚砜纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含硝酸亚铜的聚醚砜纳米纤维层的厚度为5um，其聚合物纳米纤维的平均直径为650nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为70. 1%，压力降为18. 3mm水柱。实施例9将2. OOOg聚醚砜和L 200g硫酸铜溶于3. 985g的N，N-二甲基甲酰胺与L 708g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝，将该含硫酸铜的聚醚砜纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含硫酸铜的聚醚砜纳米纤维层的厚度为lOum，其聚合物纳米纤维的平均直径为990nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为61. 3%，压力降为28. 6mm水柱。实施例10将2. OOOg聚醚砜和O. 500g纳米氧化锌溶于3. 985g的N，N- 二甲基甲酰胺与
I.708g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝，将该含纳米氧化锌的聚醚砜纳米纤维的溶液纺在2g支撑体纺粘无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，含纳米氧化锌的聚醚砜纳米纤维层的厚度为25um，其聚合物纳米纤维的平均直径为998nm。经测试，该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为72. 1%，压力降为35. 2_水柱。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种口罩用抗菌过滤材料，包括抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布；其中，所述抗菌剂为有机抗菌剂或无机抗菌剂； 所述抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比为1-20 10-30 100 ； 所述聚合物纳米纤维为聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或聚丙烯。
2.如权利要求I所述的口罩用抗菌过滤材料，其特征在于，所述支撑体无纺布为熔喷、纺粘或针刺无纺布。
3.如权利要求I所述的口罩用抗菌过滤材料，其特征在于，所述有机抗菌剂为亚甲基双硫氰酸酯或苄基二甲基十二烷基溴化铵。
4.如权利要求I所述的口罩用抗菌过滤材料，其特征在于，所述无机抗菌剂为银、铜、锌、氧化银、氧化铜、氧化亚铜、氧化锌、载银磷酸锆、硝酸银、硝酸铜、硝酸亚铜、硝酸锌、硫酸银、硫酸亚铜和硫酸锌中的一种或多种。
5.如权利要求1-4任一项所述的口罩用抗菌过滤材料，其特征在于，所述口罩用抗菌过滤材料是聚合物纳米纤维与支撑体无纺布的复合膜，其中，所述含有抗菌剂的聚合物纳米纤维膜层的厚度为l-30um，所述膜层中的聚合物纳米纤维的直径为300-1000nm。
6.一种制备如权利要求1-5任一所述口罩用抗菌过滤材料的方法，包括如下步骤 将聚合物纳米纤维与抗菌剂的溶液或熔体通过静电纺丝将含抗菌剂的聚合物纳米纤维纺在所述支撑体无纺布上，得到口罩用抗菌过滤材料。
7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述聚合物纳米纤维与抗菌剂的溶液是指将所述抗菌剂和聚合物纳米纤维与溶剂按重量比为1-20 10-30 100-120进行共混溶解，得到稳定的均一溶液。
8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、水、乙醇、二氯乙烷、三氯乙烷中的一种或多种。
9.一种含有如权利要求1-5任一项所述抗菌过滤材料的口罩。
全文摘要
本发明公开了一种口罩用抗菌过滤材料及其制备方法。所述口罩用过滤材料包含抗菌剂、聚合物纳米纤维和支撑体无纺布。其制备方法是通过溶液或熔融静电纺丝将添加抗菌剂的聚合物纳米纤维纺的溶液或熔体在支撑体无纺布上。本发明的这种口罩用过滤材料对超细的颗粒以及细菌病毒都具有较高的截留率，其制备方法简单，成本低廉，适合工业化生产。由本发明所述的口罩用抗菌过滤材料制成的口罩，不仅具有优良的透气性，而且对0.3um氯化钠气溶胶粒子的截留率可高达90％以上。
文档编号D04H1/42GK102872653SQ201210376768
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者李磊, 马吉全, 曹城英, 谭磊, 汪满意 申请人:上海交通大学