專利名稱：一種口罩用抗菌過濾材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種口罩用抗菌過濾材料及其制備方法，尤其涉及一種口罩用抗菌聚合物納米纖維過濾材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們生活水平顯著提高。但是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境問題。工業(yè)生產(chǎn)、日常發(fā)電、汽車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物對(duì)人的呼吸健康影響巨大。尤其是空氣中直徑小于2. 5um的極細(xì)顆粒物(PM 2. 5)，它們是造成大氣陰霾和人類肺癌的最大元兇。2012年2月29日，國(guó)務(wù)院總理溫家寶主持召開國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，同意發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定將PM 2. 5納入各省市強(qiáng)制檢測(cè)范疇。空氣中除了粉塵顆粒外，還存在細(xì)菌病毒，它們通常依附在空氣中的懸浮顆粒上隨著空 氣流動(dòng)傳播。聚合物納米纖維是直徑在幾十到幾百納米的超細(xì)纖維，通過靜電紡絲技術(shù)制備。靜電紡絲是使高分子溶液或熔體帶電，并置于噴絲口與接收屏之間的高壓電場(chǎng)中，通過靜電吸引力克服高分子溶液或熔體的表面張力，從而使紡絲液成為一股帶電的噴射流，并在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，最后集聚在金屬網(wǎng)狀接收屏上，成為無(wú)紡布狀的纖維氈，高分子溶液或熔體因溶劑的蒸發(fā)或熔體冷卻而固化，從而成為納米纖維無(wú)紡織布。這種本身帶靜電的納米纖維無(wú)紡織布是一種非常好的過濾材料，對(duì)極細(xì)顆粒和細(xì)菌病毒的過濾效率高。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種對(duì)極細(xì)顆粒和細(xì)菌病毒具有高過濾效率的過濾材料。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種既能有效過濾極細(xì)顆粒，同時(shí)也對(duì)細(xì)菌病毒具有高過濾效率的口罩用過濾材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種口罩用抗菌聚合物納米纖維過濾材料及其制備方法。一方面，本發(fā)明提供了一種口罩用抗菌聚合物納米纖維過濾材料。具體地，本發(fā)明的口罩用抗菌過濾材料包括抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布。其中，抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布的重量比為1-20 10-30 100。本發(fā)明的口罩用抗菌過濾材料是含有抗菌劑的聚合物納米纖維與支撐體無(wú)紡布的復(fù)合膜，其中，起過濾以及殺菌作用的聚合物納米纖維膜的厚度很薄，并且其纖維直徑大小也是可控的，因此，該復(fù)合膜對(duì)超細(xì)的顆粒以及細(xì)菌病毒都具有很高的截留率，在此同時(shí)，攔截吸附的細(xì)菌可以通過抗菌劑將其殺死。在本發(fā)明的口罩用抗菌過濾材料中，含有抗菌劑的聚合物納米纖維膜層的厚度為l-30um,該膜層中的聚合物納米纖維直徑為300-1000nm，且纖維基本呈無(wú)規(guī)則排列。在本發(fā)明的口罩用抗菌過濾材料中，所述聚合物納米纖維優(yōu)選為聚醚砜(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)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。在本發(fā)明中，所述抗菌劑為有機(jī)抗菌劑或無(wú)機(jī)抗菌劑。在本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，支撐體無(wú)紡布優(yōu)選為熔噴、紡粘或針刺無(wú)紡布。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，有機(jī)抗菌劑優(yōu)選為亞甲基雙硫氰酸酯或芐基二甲基十二烷基溴化銨。無(wú)機(jī)抗菌劑優(yōu)選為銀、銅、鋅、氧化銀、氧化銅、氧化亞銅、氧化鋅、載銀磷酸鋯、硝酸銀、硝酸銅、硝酸亞銅、硝酸鋅、硫酸銀、硫酸亞銅和硫酸鋅中的一種或多種。另一方面，本發(fā)明還提供了一種制備上述口罩用抗菌過濾材料的方法，包括如下步驟首先，將抗菌劑、聚合物納米纖維和溶劑共混溶解，得到穩(wěn)定的均一溶液；或直接將抗菌劑和聚合物熔融，得到均一熔體； 然后，通過靜電紡絲將含有抗菌劑的聚合物納米纖維的上述均一溶液或均一熔體紡在支撐體無(wú)紡布上，從而得到口罩用抗菌過濾材料；在制得的口罩用抗菌過濾材料中，所述抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布的重量比為1-20 10-30 100。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，將抗菌劑、聚合物納米纖維和溶劑共混溶解時(shí)，抗菌劑、聚合物納米纖維和溶劑的重量比優(yōu)選為1-20 10-30 100-120。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，所述溶劑優(yōu)選為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、三氯乙烷中的一種或多種。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，將抗菌劑和聚合物納米纖維直接熔融時(shí)，抗菌劑和聚合物的重量比優(yōu)選為1-20 10-30。在本發(fā)明中，所述靜電紡絲方法為本領(lǐng)域制造納米和超細(xì)纖維的常用方法，對(duì)此沒有特別限制。例如通過溶液或者熔融靜電紡絲方法將含有抗菌劑的聚合物納米纖維紡的溶液或熔體紡在支撐體無(wú)紡布上。本發(fā)明還涉及一種含有上述抗菌過濾材料的口罩。本發(fā)明提供的口罩用抗菌過濾材料及其制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)由于本發(fā)明的抗菌過濾材料是含有抗菌劑的聚合物納米纖維與支撐體無(wú)紡布的復(fù)合膜，因此，含抗菌劑的聚合物納米纖維的直徑和納米纖維的膜層厚度是可以調(diào)控的。其中，起過濾以及殺菌作用的聚合物納米纖維膜的厚度很薄，因此，該復(fù)合膜對(duì)超細(xì)的顆粒以及細(xì)菌病毒都具有很高的截留率，在此同時(shí)，攔截吸附的細(xì)菌可以通過抗菌劑將其殺死。(2)本發(fā)明的口罩用抗菌過濾材料的制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。(3)由本發(fā)明所述的抗菌過濾材料制成的口罩，不僅具有優(yōu)良的透氣性，而且能高效截留氯化鈉氣溶膠粒子，經(jīng)測(cè)試本發(fā)明的口罩用抗菌過濾材料對(duì)O. 3um氯化鈉氣溶膠粒子的截留率可高達(dá)90%以上。當(dāng)壓力降小于35mm水柱時(shí)，該口罩可達(dá)到中國(guó)GB2626-2006KN90 的使用標(biāo)準(zhǔn)。以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施例I制得的口罩用抗菌過濾材料的截面圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例I制得的口罩用抗菌過濾材料的表面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。本發(fā)明的實(shí)施例中使用的原料除特別說明之外，均為市售產(chǎn)品。實(shí)施例中得到的過濾材料通過鈉焰法進(jìn)行測(cè)試對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率，測(cè)試機(jī)器為TIS公司出品的8130AFT自動(dòng)濾料測(cè)試儀；測(cè)試條件為采用O. 3um氯化鈉氣溶膠粒子，流量為85L/min。在實(shí)施例制得的口罩用抗菌過濾材料中，所述抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布的重量比保持在1-20 10-30 100。實(shí)施例I
將2. OOOg聚偏氟乙烯和1.5000g硝酸銀溶于2.677g的N，N-二甲基乙酰胺與10. 708g丙酮的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲將該含硝酸銀的聚偏氟乙烯納米纖維的溶液紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用抗菌過濾材料的截面圖如圖I所示，其表面圖如圖2所示。在該口罩用抗菌過濾材料中，含硝酸銀的聚偏氟乙烯納米纖維層的厚度為25um，其聚合物納米纖維的平均直徑為595nm。該濾材經(jīng)鈉焰法測(cè)試，對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為79. 8%，壓力降為26. 2mm水柱。實(shí)施例2將I. OOOg聚乙烯醇和I. OOOg硫酸銀溶于10. OOOg水中，溶液混合均一后,通過溶液靜電紡絲，將該含硫酸銀的聚乙烯醇納米纖維的水溶液紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硫酸銀的聚乙烯醇納米纖維層的厚度為25um，其聚合物納米纖維的平均直徑為330nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為92. 5%，壓力降為38. 2mm水柱。實(shí)施例3將I. OOOg聚乳酸和I. OOOg硝酸鋅溶于9. OOOg 二氯甲烷與O. 500g乙醇的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲，將該含硝酸鋅的聚乳酸納米纖維的溶液紡在2g支撐體紡粘無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硝酸鋅的聚乳酸納米纖維層的厚度為30um，其聚合物納米纖維的平均直徑為lOOOnm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為79.8%，壓力降為38. 8mm水柱。實(shí)施例4將2. OOOg聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和I. 500g硫酸亞銅熔融后進(jìn)行熔融靜電紡絲，將該含硫酸亞銅的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維紡在2g支撐體針刺無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硫酸亞銅的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯納米纖維層的厚度為30um，其聚合物納米纖維的平均直徑為990nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為60. 5%，壓力降為30. 8mm水柱。實(shí)施例5將2. OOOg聚酰胺與I. OOOg銀熔融均一后進(jìn)行熔融靜電紡絲，將該含銀的聚酰胺納米纖維紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含銀的聚酰胺納米纖維層的厚度為10um，其聚合物納米纖維的平均直徑為950nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為50. 2%，壓力降為25. 5_水柱。實(shí)施例6將2. OOOg聚醚砜和I. OOOg硝酸銅溶于4. 964g的N，N-二甲基甲酰胺與2. 217g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲，將該含硝酸銅的聚醚砜納米纖維的溶液紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硝酸銅的聚醚砜納米纖維層的厚度為10um，其聚合物納米纖維的平均直徑為350nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為90. 1%，壓力降為31. 3mm水柱。實(shí)施例7將2. OOOg聚醚砜和O. 800g亞甲基雙硫氰酸酯溶于4. 964g的N，N-二甲基甲酰胺與2. 217g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲，將該含亞甲基雙硫氰酸酯的聚醚砜納米纖維的溶液紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含亞甲基雙硫氰酸酯的聚醚砜納米纖維層的厚度為5um，其聚合物納米纖 維的平均直徑為353nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為78. 7%，壓力降為21. 2mm 水柱。實(shí)施例8將2. OOOg聚醚砜和I. 500g硝酸亞銅溶于4. 4748的1^甲基甲酰胺與I. 962g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲，將該含硝酸亞銅的聚醚砜納米纖維的溶液紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硝酸亞銅的聚醚砜納米纖維層的厚度為5um，其聚合物納米纖維的平均直徑為650nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為70. 1%，壓力降為18. 3mm水柱。實(shí)施例9將2. OOOg聚醚砜和L 200g硫酸銅溶于3. 985g的N，N-二甲基甲酰胺與L 708g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲，將該含硫酸銅的聚醚砜納米纖維的溶液紡在2g支撐體熔噴無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硫酸銅的聚醚砜納米纖維層的厚度為lOum，其聚合物納米纖維的平均直徑為990nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為61. 3%，壓力降為28. 6mm水柱。實(shí)施例10將2. OOOg聚醚砜和O. 500g納米氧化鋅溶于3. 985g的N，N- 二甲基甲酰胺與
I.708g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑中，溶液混合均一后，通過溶液靜電紡絲，將該含納米氧化鋅的聚醚砜納米纖維的溶液紡在2g支撐體紡粘無(wú)紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含納米氧化鋅的聚醚砜納米纖維層的厚度為25um，其聚合物納米纖維的平均直徑為998nm。經(jīng)測(cè)試，該濾材對(duì)氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為72. 1%，壓力降為35. 2_水柱。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種口罩用抗菌過濾材料，包括抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布；其中，所述抗菌劑為有機(jī)抗菌劑或無(wú)機(jī)抗菌劑； 所述抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布的重量比為1-20 10-30 100 ； 所述聚合物納米纖維為聚醚砜、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、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或聚丙烯。
2.如權(quán)利要求I所述的口罩用抗菌過濾材料，其特征在于，所述支撐體無(wú)紡布為熔噴、紡粘或針刺無(wú)紡布。
3.如權(quán)利要求I所述的口罩用抗菌過濾材料，其特征在于，所述有機(jī)抗菌劑為亞甲基雙硫氰酸酯或芐基二甲基十二烷基溴化銨。
4.如權(quán)利要求I所述的口罩用抗菌過濾材料，其特征在于，所述無(wú)機(jī)抗菌劑為銀、銅、鋅、氧化銀、氧化銅、氧化亞銅、氧化鋅、載銀磷酸鋯、硝酸銀、硝酸銅、硝酸亞銅、硝酸鋅、硫酸銀、硫酸亞銅和硫酸鋅中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的口罩用抗菌過濾材料，其特征在于，所述口罩用抗菌過濾材料是聚合物納米纖維與支撐體無(wú)紡布的復(fù)合膜，其中，所述含有抗菌劑的聚合物納米纖維膜層的厚度為l-30um，所述膜層中的聚合物納米纖維的直徑為300-1000nm。
6.一種制備如權(quán)利要求1-5任一所述口罩用抗菌過濾材料的方法，包括如下步驟 將聚合物納米纖維與抗菌劑的溶液或熔體通過靜電紡絲將含抗菌劑的聚合物納米纖維紡在所述支撐體無(wú)紡布上，得到口罩用抗菌過濾材料。
7.如權(quán)利要求6所述制備方法，其特征在于，所述聚合物納米纖維與抗菌劑的溶液是指將所述抗菌劑和聚合物納米纖維與溶劑按重量比為1-20 10-30 100-120進(jìn)行共混溶解，得到穩(wěn)定的均一溶液。
8.如權(quán)利要求7所述制備方法，其特征在于，所述溶劑為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、三氯乙烷中的一種或多種。
9.一種含有如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述抗菌過濾材料的口罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種口罩用抗菌過濾材料及其制備方法。所述口罩用過濾材料包含抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無(wú)紡布。其制備方法是通過溶液或熔融靜電紡絲將添加抗菌劑的聚合物納米纖維紡的溶液或熔體在支撐體無(wú)紡布上。本發(fā)明的這種口罩用過濾材料對(duì)超細(xì)的顆粒以及細(xì)菌病毒都具有較高的截留率，其制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。由本發(fā)明所述的口罩用抗菌過濾材料制成的口罩，不僅具有優(yōu)良的透氣性，而且對(duì)0.3um氯化鈉氣溶膠粒子的截留率可高達(dá)90％以上。
文檔編號(hào)D04H1/42GK102872653SQ201210376768
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者李磊, 馬吉全, 曹城英, 譚磊, 汪滿意 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)