專利名稱：一種口罩用抗菌過濾材料及其制備方法
技術領域：
本發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：
當今世界經濟發展迅速，人們生活水平顯著提高。但是經濟發展的同時，也帶來了嚴峻的環境問題。工業生產、日常發電、汽車尾氣排放等過程中經過燃燒而排放的殘留物對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，國務院總理溫家寶主持召開國務院常務會議，同意發布新修訂的《環境空氣質量標準》，規定將PM 2. 5納入各省市強制檢測范疇。空氣中除了粉塵顆粒外，還存在細菌病毒，它們通常依附在空氣中的懸浮顆粒上隨著空 氣流動傳播。聚合物納米纖維是直徑在幾十到幾百納米的超細纖維，通過靜電紡絲技術制備。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，并在電場中運動，最后集聚在金屬網狀接收屏上，成為無紡布狀的纖維氈，高分子溶液或熔體因溶劑的蒸發或熔體冷卻而固化，從而成為納米纖維無紡織布。這種本身帶靜電的納米纖維無紡織布是一種非常好的過濾材料，對極細顆粒和細菌病毒的過濾效率高。因此，本領域的技術人員致力于開發一種對極細顆粒和細菌病毒具有高過濾效率的過濾材料。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種既能有效過濾極細顆粒，同時也對細菌病毒具有高過濾效率的口罩用過濾材料。為實現上述目的，本發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紡布。其中，抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無紡布的重量比為1-20 10-30 100。本發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紡布的復合膜，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，該復合膜對超細的顆粒以及細菌病毒都具有很高的截留率，在此同時，攔截吸附的細菌可以通過抗菌劑將其殺死。在本發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，且纖維基本呈無規則排列。在本發明的口罩用抗菌過濾材料中，所述聚合物納米纖維優選為聚醚砜(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)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。在本發明中，所述抗菌劑為有機抗菌劑或無機抗菌劑。在本發明具體實施時，支撐體無紡布優選為熔噴、紡粘或針刺無紡布。在本發明的具體實施方式
中，有機抗菌劑優選為亞甲基雙硫氰酸酯或芐基二甲基十二烷基溴化銨。無機抗菌劑優選為銀、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紡布的重量比為1-20 10-30 100。在本發明的優選實施方式中，將抗菌劑、聚合物納米纖維和溶劑共混溶解時，抗菌劑、聚合物納米纖維和溶劑的重量比優選為1-20 10-30 100-120。在本發明的具體實施方式
中，所述溶劑優選為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。在本發明的另一優選實施方式中，將抗菌劑和聚合物納米纖維直接熔融時，抗菌劑和聚合物的重量比優選為1-20 10-30。在本發明中，所述靜電紡絲方法為本領域制造納米和超細纖維的常用方法，對此沒有特別限制。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紡布上。本發明還涉及一種含有上述抗菌過濾材料的口罩。本發明提供的口罩用抗菌過濾材料及其制備方法具有如下優點(I)由于本發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紡布的復合膜，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，該復合膜對超細的顆粒以及細菌病毒都具有很高的截留率，在此同時，攔截吸附的細菌可以通過抗菌劑將其殺死。(2)本發明的口罩用抗菌過濾材料的制備方法簡單，成本低廉，適合工業化生產。(3)由本發明所述的抗菌過濾材料制成的口罩，不僅具有優良的透氣性，而且能高效截留氯化鈉氣溶膠粒子，經測試本發明的口罩用抗菌過濾材料對O. 3um氯化鈉氣溶膠粒子的截留率可高達90%以上。當壓力降小于35mm水柱時，該口罩可達到中國GB2626-2006KN90 的使用標準。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
圖I是本發明的實施例I制得的口罩用抗菌過濾材料的截面圖。
圖2是本發明的實施例I制得的口罩用抗菌過濾材料的表面圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。本發明的實施例中使用的原料除特別說明之外，均為市售產品。實施例中得到的過濾材料通過鈉焰法進行測試對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率，測試機器為TIS公司出品的8130AFT自動濾料測試儀；測試條件為采用O. 3um氯化鈉氣溶膠粒子，流量為85L/min。在實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紡布的重量比保持在1-20 10-30 100。實施例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。該濾材經鈉焰法測試，對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為79. 8%，壓力降為26. 2mm水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為92. 5%，壓力降為38. 2mm水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為79.8%，壓力降為38. 8mm水柱。實施例4將2. OOOg聚對苯二甲酸乙二醇酯和I. 500g硫酸亞銅熔融后進行熔融靜電紡絲，將該含硫酸亞銅的聚對苯二甲酸乙二醇酯納米纖維紡在2g支撐體針刺無紡布上。所制得的口罩用過濾材料中，含硫酸亞銅的聚對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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為60. 5%，壓力降為30. 8mm水柱。實施例5將2. OOOg聚酰胺與I. OOOg銀熔融均一后進行熔融靜電紡絲，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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為50. 2%，壓力降為25. 5_水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為90. 1%，壓力降為31. 3mm水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為78. 7%，壓力降為21. 2mm 水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為70. 1%，壓力降為18. 3mm水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為61. 3%，壓力降為28. 6mm水柱。實施例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。經測試，該濾材對氯化鈉氣溶膠粒子的截留率為72. 1%，壓力降為35. 2_水柱。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
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紡布；其中，所述抗菌劑為有機抗菌劑或無機抗菌劑； 所述抗菌劑、聚合物納米纖維和支撐體無紡布的重量比為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、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯或聚丙烯。
2.如權利要求I所述的口罩用抗菌過濾材料，其特征在于，所述支撐體無紡布為熔噴、紡粘或針刺無紡布。
3.如權利要求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.如權利要求I所述的口罩用抗菌過濾材料，其特征在于，所述無機抗菌劑為銀、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.如權利要求1-4任一項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紡布的復合膜，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紡布上，得到口罩用抗菌過濾材料。
7.如權利要求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進行共混溶解，得到穩定的均一溶液。
8.如權利要求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。
9.一種含有如權利要求1-5任一項所述抗菌過濾材料的口罩。
全文摘要
本發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紡布上。本發明的這種口罩用過濾材料對超細的顆粒以及細菌病毒都具有較高的截留率，其制備方法簡單，成本低廉，適合工業化生產。由本發明所述的口罩用抗菌過濾材料制成的口罩，不僅具有優良的透氣性，而且對0.3um氯化鈉氣溶膠粒子的截留率可高達90％以上。
文檔編號D04H1/42GK102872653SQ201210376768
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者李磊, 馬吉全, 曹城英, 譚磊, 汪滿意 申請人:上海交通大學