一種口罩用立體型靜電紡絲過濾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用制品領(lǐng)域，具體涉及一種口罩用立體型靜電紡絲過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進(jìn)程日益加快，各種大氣污染物急劇增加。發(fā)達(dá)國家在上百年發(fā)展過程中不斷出現(xiàn)的大氣環(huán)境問題，現(xiàn)已在我國集中涌現(xiàn)，2013年的I月份已成為我國眾多城市包括北京上海武漢廣州等大城市在內(nèi)50年來霧霾天氣最多的月份。目前，影響我國城市空氣質(zhì)量的主要污染物是大氣中漂浮的粒徑< 2.5微米的微細(xì)顆粒物，嚴(yán)重威脅著人們的健康。
[0003]目前市面上的口罩大多由單層或多層棉布、紗布、無紡布或塑料布等材質(zhì)制成，這些口罩只能截留較大的顆粒物質(zhì)，如杜建等在“醫(yī)用防護(hù)口罩防護(hù)效率及佩戴時(shí)間的研究”中指出，12層紗布濾材對(duì)于0.3微米顆粒的過濾效率只有32.3%, 24層紗布則也僅為43.9%。通過熔噴無紡布作為濾材的口罩其過濾效率可以達(dá)到90、95甚至99以上，然而透氣性不佳，佩戴舒適性差，若作為日常霧霾天氣出行會(huì)使用不便，尤其是老年人、兒童或身體虛弱者更是不宜使用。
[0004]靜電紡絲是一種制造超細(xì)纖維的重要方法，特別是采用有機(jī)聚合物靜電紡絲制備的濾材，具有質(zhì)輕、過濾吸附作用強(qiáng)、透氣性好、對(duì)PM2.5等可吸入顆粒物截留率高等特點(diǎn)，因而這種方法已開始用在研究能截留PM2.5的口罩過濾材料領(lǐng)域。
[0005]專利CN102872654 A和專利CN 102920067 A公布了使用電紡絲技術(shù)制備能截留PM2.5的口罩，然而，由于其使用的高分子聚合物本身以及其制備靜電紡絲所采用的有機(jī)溶劑都具有一定的毒性，紡絲后沒有揮發(fā)而殘留在纖維中的溶劑將會(huì)在人們佩戴過程中逐漸釋放出來從而影響人們的健康；同時(shí)，由于靜電紡絲制備的高分子微納米纖維直徑小，由親水性高分子聚合物紡制得到的纖維會(huì)因人體佩戴過程中受到人體呼出的水蒸氣作用產(chǎn)生微溶解，導(dǎo)致起過濾作用的孔道變窄或堵塞，從而或增加呼吸阻力，或降低PM2.5的截留能力。
[0006]中國專利CN102872654A，中國專利CN102920067A以及CN2884939Y，公布了使用電紡絲技術(shù)制備口罩及口罩濾膜材料，但這些專利對(duì)于PM2.5等可吸入顆粒物的截留效果都不佳，而且均只涉及到平面膜的紡制。而從人體工學(xué)角度來講口罩應(yīng)為三維立體結(jié)構(gòu)，因此還需要進(jìn)一步加工制作才可以作成口罩形狀。但由于聚合物材質(zhì)強(qiáng)度通常比較差的特點(diǎn)，在加工成口罩過程中難免會(huì)造成部分孔道的阻塞或局部漏氣，從而造成口罩呼吸阻力增力口，或降低過濾效率等現(xiàn)象。還有研究顯示，濾材效率的高低并不能反映口罩佩帶時(shí)的實(shí)際防護(hù)效果，還與口罩形狀和人臉部密合程度有關(guān)。
[0007]中國專利CN103271466A公開一種立體口罩，由過濾體和包裹過濾體的外罩組成，過濾體由若干矩形狀豎板組成，豎板之間由支撐板相連接，過濾套則采用丙綸熔噴無紡布，另外還增加了兩個(gè)吸氣管過濾空氣。所述方法從結(jié)構(gòu)上改善了口罩的透氣性，但是該發(fā)明的制作方法和佩戴方法都很復(fù)雜，而且該專利只是提到了可以防護(hù)PM2.5的作用，并沒有具體的過濾效率以及透氣性的數(shù)據(jù)來支持。
[0008]為保護(hù)人民身體健康，減少因空氣污染造成的各種疾病，急需一種過濾效果優(yōu)良、透氣性好、安全可靠、適合各種人群使用，同時(shí)又制作簡單、佩戴容易的口罩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服以上缺陷，本發(fā)明提供了一種過濾效果優(yōu)良、透氣性好、安全可靠、立體形狀與人臉部密合程度高，同時(shí)又制作簡單的可以高效截留PM2.5及PMl.0等可吸入顆粒物的口罩。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種口罩用立體型靜電紡絲過濾材料，所述口罩用立體型靜電紡絲過濾材料是以無毒高分子聚合物PVB作為基質(zhì)，采用靜電紡絲技術(shù)，運(yùn)用立體模型作為接收裝置一次性織就而得到的靜電紡微納米纖維膜。
[0011]其中，所述靜電紡微納米纖維膜的纖維直徑在0.2^1.5微米之間。
[0012]其中，所述靜電紡絲微納米纖維膜的厚度在20微米?2000微米之間。
[0013]其中，所述靜電紡絲微納米纖維膜具有凹凸圖案結(jié)構(gòu)。
[0014]其中，所述作為接收裝置的立體模型是人體面部模型或三維立體口罩模型。
[0015]其中，所述口罩用立體型靜電紡絲過濾材料包括靜電紡微納米纖維膜與支撐層，所述支撐層是無毒無臭的透氣材料。
[0016]其中，所述口罩用立體型靜電紡絲過濾材料還可以包括覆蓋層，所述覆蓋層是無毒無臭的透氣材料。
[0017]本發(fā)明還公開了一種立體型微納米纖維口罩，所述立體型微納米纖維口罩由口罩用立體型靜電紡絲過濾材料制成。
[0018]本發(fā)明還公開了一種口罩用立體型靜電紡絲過濾材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:(I)將無毒PVB高分子材料溶解在乙醇中，配制成均勻的靜電紡絲液體；
(2)采用金屬絲編織而成的立體模板作為接收裝置，將均勻的靜電紡絲液體通過靜電紡絲方法，紡絲于接收裝置上，獲得單層的靜電紡微納米纖維膜材料；或者，在接收裝置上先覆蓋支撐層材料，然后通過靜電紡絲方法，直接紡絲于支撐層材料上，獲得支撐層和靜電紡微納米纖維膜組成的雙層口罩膜材料；或者，在接收裝置上貼附支撐層材料，然后將靜電紡絲液體通過靜電紡絲方法，靜電紡絲于支撐層材料上，最后加以覆蓋層，獲得支撐層、靜電紡微納米纖維膜和覆蓋層三明治式夾層口罩膜材料；
(3)將(2)中所得口罩膜材料干燥，制得所需形狀的口罩用立體型靜電紡絲過濾材料。
[0019]其中，所述靜電紡微納米纖維膜的纖維直徑在0.2^1.5微米之間。
[0020]其中，所述靜電紡絲微納米纖維膜的厚度在20微米?2000微米之間。
[0021]其中，所述靜電紡絲微納米纖維膜具有凹凸圖案結(jié)構(gòu)。
[0022]其中，步驟(2)中作為接收裝置的的立體模板是人體面部模型或三維立體口罩模型。
[0023]其中，支撐層和覆蓋層是無紡布或紗布。
[0024]本發(fā)明中所制備的靜電紡絲微納米纖維膜的厚度可控，厚度優(yōu)選為20微米?2000微米；其構(gòu)造單元微納米纖維直徑可控，纖維直徑優(yōu)選0.2?1.5微米。其纖維呈宏觀有序、微觀無序狀態(tài)。
[0025]本發(fā)明的接收裝置可以由不同材質(zhì)、立體形狀的金屬鏤空編織網(wǎng)或立體口罩模型構(gòu)成，由此得到的紡絲膜一方面具有立體接收模板的外觀，另一方面膜體本身具有不同的凹凸圖案結(jié)構(gòu)。立體模型的表面可根據(jù)接收裝置而編織成不同圖案，在原有平面紡織膜基礎(chǔ)上增加比表面積，從而在同一面積紡織膜上具有更高過濾效率。
[0026]本發(fā)明中所采用的原材料選用生物安全性好的醫(yī)用高分子材料聚乙烯醇縮丁醛(PVB)為原料，PVB本身無毒，在歐美國家被廣泛應(yīng)用于食品容器及塑料包裝的印刷油墨，聚乙烯醇縮丁醛(PVB)為疏水性高分子，其纖維膜不會(huì)被水溶解，因此在使用過程中，其呼吸阻力變化小，同時(shí)對(duì)PM 2.5等可吸入顆粒物有持續(xù)的截留能力；同時(shí)，采用乙醇為溶劑配制靜電紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，從而保證生產(chǎn)的靜電紡絲膜材料的安全無毒，保證生產(chǎn)過程的環(huán)保無毒，以保證所制備的靜電紡絲過濾材料與人體接觸時(shí)不會(huì)影響人們的健康，而且電紡絲后殘留的溶劑也不會(huì)產(chǎn)生有害作用。
[0027]本發(fā)明中，立體型微納米纖維口罩膜材料厚度可控，優(yōu)選20微米至2000微米，其構(gòu)造單元微納米纖維直徑可控，優(yōu)選直徑為0.2至1.5微米。因此，由該方法制備的微納米纖維膜口罩能可控的調(diào)節(jié)截留率和呼吸阻力。同時(shí)，本發(fā)明采用人體面部模型或三維立體口罩模型做接收裝置，直接紡絲制成立體微納米纖維口罩，簡化了制作工序，解決了普通生產(chǎn)方法制備口罩時(shí)所不能避免的局部堵塞或局部漏氣的瓶頸問題，而且，該方法制備的口罩可以與人臉很好地密合，有效解決了目前口罩鼻翼兩側(cè)漏氣的難題。
[0028]實(shí)驗(yàn)證明，與目前市面上的口罩相比，本發(fā)明的立體型微納米纖維口罩重量輕(2?20mg/m2)，該口罩不僅具有優(yōu)良的透氣性，而且能高效截留PM 2.5、PM 1.0等可吸入顆粒物，通過調(diào)節(jié)微納米纖維膜的厚度以及微納米纖維的直徑，采用本發(fā)明立體型微納米纖維口罩對(duì)PM2.5、PMl.0過濾效率達(dá)到100%，透氣率在200帕以下。
[0029]本發(fā)明中所制備的靜電紡絲微納米纖維膜的形狀具有立體接收模板的外觀，同時(shí)膜體本身也呈均勻凹凸的立體圖案狀形，因而所得膜體較一般平面膜具有更高的比表面積，從而進(jìn)一步提高了膜的過濾效能以及吸附性能。
[0030]本發(fā)明的有益效果是公開了一種過