本發明涉及新材料領域，具體而言，涉及一種過濾層及口罩。
背景技術：
：隨著我國經濟的高速發展，環境問題日趨嚴峻，以霧霾尤為突出。據統計，我國每年肺癌新增患者數量高達70萬人，PM2.5造成人口的超額死亡率高達0.9‰，是交通事故的十倍。霧霾、PM2.5等受災人群高達8億人，促生的呼吸防護產品的市場容量高達百億元。人們通常采用佩戴口罩等方式緩解各類空氣污染對人體造成的不良影響。其中空氣過濾材料可防止顆粒和污染物進入人體，對減少吸入顆粒物對人體健康的損害和預防疾病的傳播具有重要的作用。影響其過濾性能的因素很多，如纖維線密度，以及纖網結構、厚度和密度等。作為防護口罩，不僅具有較高的過濾效率，也要盡可能地降低其呼吸阻力，這是一對矛盾體，也是消費者關注的焦點問題。然而現有的防霧霾口罩往往會阻礙呼吸、阻塞毛細血管，造成使用者皮膚紅腫、疼痛、呼吸困難等問題，且長時間佩戴容易滋生細菌，造成二次污染。發明人經過研究發現，現有材料大多通過將基材和過濾材料以層狀方式布置，形成具有疊層結構的口罩。但是，由于現有過濾材料以及現有口罩疊層結構的缺陷，使口罩的結構呼吸阻力較大，且過濾效果差。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種過濾層及口罩，其旨在改善現有口罩不能兼有過濾效率高及呼吸阻力小的問題。本發明提供一種技術方案：一種過濾層，其特征在于，包括載體和納米纖維，載體具有三維多孔結構，納米纖維的直徑小于500納米，納米纖維以穿插于三維多孔內部的方式附著于載體。過濾層主要通過分散步驟和干燥步驟將載體和納米纖維復合而成，分散步驟包括將含有納米纖維的納米纖維溶液分散于載體內以得到分散系，干燥步驟包括對分散系進行干燥。其中，納米纖維溶液是由納米纖維分散在分散液制作而成，分散液是納米纖維、載體的不良溶劑，并且在納米纖維溶液中納米纖維的質量濃度為0.05‰～8‰。一種口罩，其包括上述的過濾層。本發明實施例提供的過濾層及口罩的有益效果是：過濾層是采用具有納米級尺寸的納米纖維和具有三維多孔結構的載體復合而成。通過將載體浸入含有納米纖維的納米纖維溶液中，使納米纖維分散穿插在載體的三維孔隙內，再通過干燥得到過濾層。納米纖維屬于超細纖維，通過將其分散在載體內部的孔隙中，使得過濾層內形成密集而孔徑適中的細小孔洞，從而使載體具有較好的過濾效果的同時，還可以有效降低氣體通過阻力。采用上述過濾層制作口罩，可以使口罩獲得兼有舒適度佳、呼吸順暢、過濾性高的優點。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。圖1為本發明實施例提供的過濾層斷面結構示意圖；圖2為現有口罩的過濾體的斷面結構。圖標：101-納米纖維；102-載體；201-過濾材料；202-基材。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。下面對本發明實施例的過濾層及口罩進行具體說明。一種過濾層，包括載體和非織造納米纖維。其中，載體具有三維多孔結構；納米纖維的直徑小于500納米，并且納米纖維是以穿插于三維多孔內部的方式附著于載體。其中，納米纖維可以有多種選擇，例如納米纖維包括但不限于聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚苯乙烯、殼聚糖、甲殼素、竹纖維中一種或多種；分散液為水或者乙醇。較佳地，納米纖維選擇納米殼聚糖或竹纖維。殼聚糖、竹纖維具有天然、無害的優點，并且殼聚糖和竹纖維易降解，因此，不會在環境中造成有害物質殘留的問題，有利于在環保等級要求較高的領域使用。進一步地，殼聚糖和竹纖維具有抗菌功效，可以對常見微生物起到殺滅效果，從而提高過濾層的性能。其中，載體可根據需要選用。本發明實施例中，載體為無紡布、過濾海綿或納米海綿中的任一種或組合。由于口罩長時間佩戴，容易滋生細菌等微生物，為進一步提高附加值，可根據需要負載抗菌材料。抗菌材料可根據過濾層中的載體和納米纖維選擇，包含有機抗菌物質和無機抗菌物質。其中，無機抗菌物質包括選自銀、銅、鋅、鈦的納米金屬離子及其氧化物中的一種或多種，如納米銀離子。納米金屬氧化物包括納米二氧化鈦。其中，有機抗菌物質包括選自有機季胺鹽、山梨酸、黃姜根醇以及有機金屬中的一種或多種，有機金屬包括有機錫。本發明實施例提供的過濾層的制作方法如下：主要通過分散步驟和干燥步驟將載體和納米纖維復合而成。S101、分散步驟分散步驟包括將含有所述納米纖維的納米纖維溶液分散于載體內以得到分散系。干燥步驟包括對分散系進行干燥。其中，納米纖維溶液是由納米纖維分散在分散液制作而成，分散液是納米纖維、載體的不良溶劑，并且在納米纖維溶液中納米纖維的質量濃度為0.05‰～8‰。較佳地，在納米纖維溶液中，納米纖維的質量濃度為0.03‰～6‰，更佳地，納米纖維的質量濃度為0.01‰～3‰，進一步地，在納米纖維溶液中，納米纖維的質量濃度為3‰～5‰。更優選地，納米纖維的質量濃度為5‰。將納米纖維溶液分散于載體的方法包含浸入法。進一步地，在本發明的其他實施例中，將納米纖維溶液分散于載體的方法是將載體浸入納米纖維溶液得到分散系，然后對分散系進行超聲波振蕩。更進一步地，對分散系進行超聲波振蕩是在搖床中進行的。通過結合搖床和超聲波振蕩，使分散系受到充分的震動，產生劇烈的攪拌效果，從而提高納米纖維和載體的接觸程度，更有利于納米纖維被浸入載體內部，使內部的納米纖維與載體之間在橫向和縱向多維度相互穿插和交叉。納米纖維由于具有很高的比表面積和較高的表面能，使得納米粒子極易發生團聚。利用超聲波分散納米纖維，是利用超聲波空化時產生的局部高溫、高壓、強沖擊波和微射流等，打開團聚的納米纖維，使納米纖維均勻分散于載體三維多孔結構中。S102、干燥步驟在干燥步驟中，干燥分散系的方法包括：階段微波干燥以及循環微波干燥中的任一種，其中，循環微波干燥包括重復進行多個干燥程序，每個干燥程序包括微波干燥分散系、然后再浸入納米纖維溶液。階段微波干燥：將負載有納米纖維的載體于微波干燥5-10min后，冷卻至室溫，然后繼續微波干燥，重復以上步驟，直至干燥完成。循環微波干燥：將載體浸入在納米纖維液后，對其多次干燥，然后再將其浸入納米纖維液、多次干燥。重復上述干燥和浸入納米纖維液的步驟多次。微波干燥以特殊的加熱方式使負載有納米纖維的載體的溫度在短時間內快速升高，微波的體加熱方式使其干燥曲線是逆溫曲線，即溫度梯度同水分蒸發方向一致，這非常有利于干燥過程的快速平衡均勻進行。且微波干燥提高干燥推動力致使干燥時間非常短，有利于納米纖維保持原有的特性。此外，微波干燥以其高速的分子振蕩激發極性分子不停地改變取向而產生非熱效應，加速干燥過程，使最終得到的過濾層表里一致，水分分布均勻。本干燥步驟中，被干燥的分散系是通過分散步驟得到的分散系。例如，可以是將載體浸入納米纖維液制作而成，也可以是將載體浸入納米纖維液后通過超聲波振蕩或者在搖床中進行超聲波振蕩制作而成。本發明中，采用具有三維多孔結構的載體和納米纖維為主要原料，將兩者復合而成制得過濾層。其中，載體作為過濾層的主體，具有三維多孔結構。分布于載體的三維多孔作為超細纖維的承載主體，提供容納納米纖維的空間(如三維多孔)。在過濾層中，非織造納米纖維是容納于載體中的，更具體地，納米纖維是以穿插的形式分布在載體內的三維多孔內。納米纖維在載體內部縱橫交錯，彼此之間形成相互穿插、糾纏，從而牢固地附著在載體，并且使載體保持一定的孔隙率，從而使過濾層獲得較好的過濾效果，同時還能夠具有呼吸阻力小的優點。本發明實施例提供的一種典型過濾層的斷面結構可參見圖1，其中，納米纖維101分布于載體102內的三維多孔內。基于上述過濾層，本發明提供了一種含有上述過濾層的口罩。進一步地，口罩還可根據需要選擇設置駐極體纖維層，以提高口罩的過濾效果以及對有害物質的捕集率。其中，駐極體纖維層可以是一層也可以多層。在本發明的一些實施例中，構成口罩的駐極體纖維層與過濾層之間的設置方式可以為相互貼合連接。現有的口罩中的過濾體，一般采用基材與過濾材料以層狀方式布置而成，即過濾材料覆蓋在基材上。采用上述結構設計的口罩，其呼吸阻力較大，且過濾效果難以得到改善。現有口罩的過濾體的斷面結構請參加圖2，其具有層狀結構，其中，過濾材料201以層狀的布置在基材202表面。以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述：實施例1一種過濾層。制作過濾層的方法包括：將直徑小于500納米的納米纖維均勻分散于水中得到納米纖維質量濃度為0.1‰的納米纖維溶液，將上述納米纖維溶液均勻分散于過濾海綿中，通過階段微波干燥的干燥步驟得到過濾層。在本實施例中，上述納米纖維為竹纖維。實施例2至實施例11所提供的過濾層的制作方法如非特別說明，均與實施例1所給出的制作方法流程相同，且各個實施例中過濾層制作方法的反應參數和條件如表1所示。需要特別說明的是：實施例6中，載體是負載有納米銀的過濾海綿，并且將負載有納米銀的海綿浸入于納米纖維溶液后，微波干燥之前，還采用超聲波振蕩。實施例7中，載體是海綿與無紡布的復合材料，并且將負載有納米銀的海綿浸入納米纖維溶液后，微波干燥之前，還采用在搖床中進行超聲波振蕩。實施例10中，載體是負載有機季胺鹽的納米海綿。干燥步驟為循環微波干燥。具體地，循環微波干燥包括重復進行多個干燥程序，每個干燥程序包括微波干燥分散系、然后再浸入納米纖維溶液。即將負載有機季胺鹽的納米海綿微波干燥，再將其浸入所述納米纖維溶液，再進行微波干燥，循環進行上述步驟。實施例11中，納米纖維為聚苯乙烯，載體是納米海綿。納米聚苯乙烯纖維溶液分散于納米海綿的方法具體為，將納米海綿浸入聚苯乙烯溶液，于搖床中進行超聲波振蕩10min，微波干燥。再次浸入納米聚苯乙烯纖維溶液，于搖床中進行超聲波振蕩10min，再微波干燥10min。表1過濾層制備工藝參數和條件注，表1中，+表示含有，-表示不含有。試驗例一實驗目的：對本發明實施例1-11中提供的過濾層的過濾性能進行測試。實驗對象：由實施例1至11提供的過濾層。實驗方法：按照GB2626-2006所提供的方法進行測試。本試驗例中，測試溫度20℃，檢測流量85L/min，測試介質為NaCl顆粒(≥0.3μm)，測試面積為100cm2。測試結果如表2。表2過濾層過濾性能測試結果通過表2中過濾層測試結果可知，經過納米纖維層的加入，本發明實施例提供的過濾層對粒徑在0.3μm以下的NaCl的顆粒的過濾效率有很大程度的提高且保持較小的阻力。同等測試條件下，過濾海綿的過濾效率，僅達到35.1％，而采用在內部復合有納米纖維的過濾海綿制作的過濾層其過濾效果可達到63.8％，且呼吸阻力相比于原有過濾海綿的變化很小。試驗例二實驗目的：對口罩的過濾性能進行測試。實驗對象：取實施例6提供的過濾層與駐極纖維層復合采用本領域的常規方法制作而成的15個相同口罩。分別對實驗組口罩進行過濾效率、呼吸阻力的測試。測試方法參照GB2626-2006，測試完成后，計算15個實驗組結果的平均值，其結果如表3。表3含過濾層口罩對不同尺寸顆粒物的過濾性能測試結果檢測流量(L/min)858585858585NaCl粒徑(μm)≧0.3≧0.5≧1.0≧2.0≧5.0≧10.0阻力(Pa)21.021.021.021.021.021.0平均效率(％)96.2598.5399.5599.7899.99100通過表3測試結果可知，含本發明提供的由過濾層與駐極纖維層復合而成的口罩對不同尺寸顆粒物具有很好的過濾效率。對粒徑在0.3μm以下的NaCl的顆粒的過濾效率高達96.25％，此外，該口罩的阻力低至21.0Pa。本發明提供的口罩兼具過濾效率高、呼吸阻力小的優點。試驗例三實驗目的：對口罩的過濾性能進行測試。實驗對象：由過濾層與駐極纖維層復合，并采用本領域的常規方法制作而成的11組口罩。在市場上購買KN90類口罩和KN95類口罩。其中，11組口罩分別對應采用由上述實施例1至實施例11中所提供的過濾層，例如第一組口罩對應采用實施例1中提供的過濾層制作而成。實驗方法：測試方法參照GB2626-2006。其結果如表4所示。表4口罩過濾性能測試結果由表4中的數據可以看出，相比于現有市售的KN90和KN95口罩，本發明提供的1-11組口罩對粒徑大于0.3μm的顆粒的過濾效率高達90％以上，呼吸阻力也較低，且皆在20Pa左右，而KN90和KN95口罩的阻力均在100Pa以上。本發明實現了兼顧過濾效率高、呼吸阻力小的目的。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍。當前第1頁1 2 3