CN102697209A

CN102697209A - 一种高效防尘口罩及其制作方法

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Publication number: CN102697209A
Application number: CN2012101539068A
Authority: CN
Inventors: 张强; 管映亭; 林纯勇
Original assignee: SUZHOU XINLUN SUPERCLEAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU XINLUN SUPERCLEAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: CN102697209B

Abstract

本发明提供一种高效防尘口罩及其制备方法，该口罩包括从外到里依次排列贴合的纺粘无纺布层、熔喷无纺布层、活性炭吸附过滤层、熔喷无纺布层、定型层；所述的熔喷无纺布层经醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液浸渍或涂覆改性处理；所述醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液是醋酸乙烯和丙烯酰胺共聚得到醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液后经氢氧化钠皂化得到。该口罩的制备方法包括以下步骤：(1)制备强极性的醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液；(2)采用涂覆液对熔喷无纺布进行涂覆改性或浸渍处理；(3)将处理过的熔喷无纺布与纺粘无纺布、活性炭吸附过滤层、定型层按照以下顺序贴合：纺粘无纺布层、熔喷无纺布层、活性炭吸附过滤层、熔喷无纺布层、定型层，并加工成各种形状的口罩，然后焊接上鼻夹和耳带，该口罩对粒径小的尘埃粒子过滤效率高。

Description

一种高效防尘口罩及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种口罩及其制作方法，具体来说是一种防尘口罩及其制作方法。

发明背景

PM2.5颗粒是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，其直径不到人的头发丝直径的1/20。PM2.5颗粒又小又轻，很难自然沉降到地面上，而是长期漂浮在空气中，并且PM2.5颗粒吸附有大量的有毒、有害物质，因而对大气环境和人体健康能造成极大的危害。人体的生理结构决定了人对PM2.5颗粒没有任何阻挡的能力，PM2.5颗粒被人体吸入后通过支气管和肺泡不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身，并迅速被吸收。长此以往可能导致肺部肿瘤。

防范PM2.5颗粒对健康的危害，需要从日常生活着手，在有雾天气或在汽车较多的公路上行走，佩戴可防PM2.5颗粒的防尘口罩是有效办法。市面上很多纱布口罩采用增加纱布层数的方法来提高其过滤效率，但是数层纱布层对PM2.5粒子的过滤效率仍然非常低且价格贵，近年来已逐渐被过滤效率高且价格相对便宜的无纺布防尘口罩代替。无纺布防尘口罩中对粒子起主要过滤作用的是熔喷无纺布层，无纺布层具有较大的比表面积和致密的结构，可有效过滤微粒。熔喷无纺布广泛使用聚丙烯为原料加工而成。聚丙烯是极性较弱的高分子，虽然熔喷布的结构很致密，但纤维间空隙还是能让大量2.5微米以下的微粒物透过，因而其对PM2.5颗粒的过滤效率十分有限。为了提高熔喷布的过滤性能，通常将熔喷布层做得又厚又密以减少纤维间的空隙率，这样虽然能稍微提高熔喷布过滤效率却是以牺牲透气性为代价。事实上对一个防尘口罩而言，在保证过滤效率的前提下，口罩的透气性能成为评判优劣的关键。如何在保证容喷无妨布透气性的前提下，如何提高熔喷布材料的过滤效率是研究的难点和热点。

发明内容

本发明针对现有口罩对尘埃粒子过滤效率低且呼气阻力大的问题，提供一种对尘埃粒子过滤效率高，尤其是对PM2.5颗粒过滤效率高但呼气阻力小的口罩。

为了解决上述技术问题，本发明防尘口罩技术方案为：一种高效防尘口罩，包括从外到里依次排列贴合的纺粘无纺布层、熔喷无纺布层、活性炭吸附过滤层、熔喷无纺布层、定型层；所述的熔喷无纺布层经醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液浸渍或涂覆改性处理；所述醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液是采用醋酸乙烯和丙烯酰胺共聚得到醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液后经氢氧化钠皂化得到。

所述醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液采用包含以下物质的原料制备：

分散剂1-2重量份、乳化剂0.5-10重量份、引发剂4-6重量份、醋酸乙烯45-80重量份、丙烯酰胺2-7重量份、去离子水130-170重量份。

所述乳化剂为十二烷基磺酸钠和/或辛基酚聚氧乙烯醚。

所述引发剂为过硫酸铵。

所述分散剂为聚乙烯醇。

所述氢氧化钠溶液为浓度为30％氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液为10-20重量份。

本发明还提供一种高效防尘口罩的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备强极性的涂覆液：将分散剂加入去离子水中，搅拌并加热至80-100℃，待分散剂完全溶解后降温至60-70℃，并依次加入乳化剂、引发剂、醋酸乙烯、丙烯酰胺进行共聚反应。然后再缓慢滴加醋酸乙烯，控制反应温度不变。滴加完后，在此温度下继续反应得到醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液，然后加入氢氧化钠溶液进行皂化反应，最后降温至20-30℃，得到所述涂覆液。

(2)用上述涂覆液对熔喷无纺布进行涂覆改性或浸渍处理：取上述涂覆液加去离子水稀释，将熔喷布在稀释后的涂覆乳液中浸渍，然后通过轧车轧去多余的液体，使带液率为180％～220％，然后在80～120℃下烘干。

(3)将上述处理过的熔喷无纺布与纺粘无纺布、活性炭过滤层、定型层，按照以下顺序从外到里依次排列贴合制成面罩：纺粘无纺布层、熔喷无纺布层、活性炭吸附过滤层、熔喷无纺布层、定型层；然后焊接上鼻夹、耳带。

步骤(1)中，所述分散剂1-2为重量份、乳化剂为0.5-10重量份、引发剂为4-6重量份、醋酸乙烯为45-80重量份、丙烯酰胺为2-7重量份、去离子水为130-170重量份。

步骤(1)中所述氢氧化钠溶液为浓度为30％的氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液为10-20重量份。

具体实施方式

本发明的防尘口罩包括从外到里依次排列贴合五层：第一层为纺粘无纺布层、第二层为熔喷无纺布层、第三层为活性炭吸附过滤层、第四层为熔喷无纺布层、第五层为定型层。

第一层的纺粘无纺布选择较薄的纺粘无纺布，比重轻，克重在17～25g/m²之间；透气性良好，透气率在2300mm/s以上，这一层主要起到对大直径颗粒的阻挡作用，并对第二层的熔喷布有防护作用。第二层和第四层是相同的纳米熔喷无纺布，熔喷无纺布是以聚丙烯颗粒为原材料，生产过程采用了纳米熔喷纤维的工艺技术，纺出的熔喷纤维直径大约为300nm，克重在20～30g/m²之间，透气率在120～160mm/s，纳米熔喷无纺布经过醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液处理。第三层是活性碳过滤层，可以选择以熔喷布或纺粘布为基材，上面黏附有大量活性碳颗粒，可以增强对有毒气体和小颗粒的吸附作用，透气率在500mm/s以上。第五层的定型层是一种定型棉，本身是一种针刺无纺布，经过热压定型后，不再变形，可以对整个口罩起支撑作用，透气率在500mm/s以上。

本发明的醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液以包含以下物质的原料在60-70℃时共聚得到共聚乳液，然后加入氢氧化钠溶液皂化得到涂覆液：

本发明防尘口罩的制作方法包括以下步骤：

(1)制备强极性的涂覆液：将分散剂加入去离子水中，搅拌并加热至80-100℃，待分散剂完全溶解后降温至60-70℃，并依次加入乳化剂、引发剂、醋酸乙烯、丙烯酰胺反应。然后再缓慢滴加醋酸乙烯，控制反应温度不变。滴加完后，在此温度下继续反应得到醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液，然后加入氢氧化钠溶液进行皂化反应，最后降温至20-30℃，得到涂覆液。

(2)用上述共聚乳液对熔喷无纺布进行涂覆改性处理：取上述共聚乳液加去离子水稀释，将熔喷布在稀释后的涂覆乳液中浸渍，然后通过轧车轧去多余的液体，使带液率为180％～220％，然后在80～120℃下烘干。

实施例1：

本实施例的醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液以包含以下物质的原料在70℃时共聚得到共聚乳液，然后加入氢氧化钠溶液皂化得到涂覆液：

聚乙烯醇1.5重量份、十二烷基磺酸钠1重量份、OP-10[即C₈H₁₇C₆H₄O(CH₂CH₂O)₁₀H]5重量份、过硫酸铵5重量份、醋酸乙烯60重量份、丙烯酰胺5重量份、去离子水150重量份。然后取15重量份氢氧化钠溶液皂化，加入到上述共聚乳液中同样温度下进行皂化反应，氢氧化钠水溶液浓度为30％。

本实施例的第一层选择克重为20g/m²，透气率2500mm/s的纺粘无纺布。第二层和第四层的熔喷无纺布的克重为20g/m²、透气率为160mm/s或者克重为30g/m²、透气率为120mm/s纳米熔喷无纺布，熔喷无纺布分别经过涂覆液处理。第三层选择以熔喷布为基材的活性碳无纺布布，克重为140g/m²，透气率800mm/s。第五层是定型棉，克重为200g/m²，透气率为600mm/s。

本实施例制备口罩的步骤如下：

步骤1：制备强极性的涂覆液

将1.5份的聚乙烯醇加入100份去离子水中，进行搅拌，升温到80℃至聚乙烯醇完全溶解，降温至70℃，依次加入1份十二烷基磺酸钠、5份OP-10、2.5份过硫酸铵和20份醋酸乙烯，5份丙烯酰胺，进行共聚反应30分钟。然后再加入2.5份过硫酸铵，并开始滴加40份醋酸乙烯，滴加速度控制在1滴/min。滴加时注意控制反应温度不变。滴加完后，仍在此温度继续反应30分钟得到醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液加入15份30％的氢阳化钠溶液进行皂化反应，搅拌20分钟，降温至20℃，加去离子水50份得到涂覆液。

步骤2：采用步骤1制备的涂覆液对纳米熔喷无纺布原料进行浸渍处理：取上述乳液1份加去离子水49份配制成强极性高分子水溶性涂覆液，将熔喷布在稀释后的涂覆乳液中浸渍，然后通过轧车轧去多余的液体，使带液率为180％，然后在80℃下烘干。

步骤3：按照常规的口罩加工工艺，将各层口罩材料加工成口罩，未经处理的纳米熔喷布按同样的工艺做成口罩，作为对比试样。未经过涂覆液处理的20g/m²克重的熔喷布做成的口罩为1-1#；以未经过涂覆液处理的30g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为1-2#；以经过涂覆液处理的20g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为1-3#；以经过涂覆液处理的30g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为1-4#，测试结果列于表1。

表1实施例1样品的性能

实施例2：

本实施例的醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液以包含以下物质的原料在60℃时共聚得到共聚乳液，并加入氢氧化钠溶液皂化得到涂覆液：

聚乙烯醇1重量份、十二烷基磺酸钠0.5重量份、OP-103重量份、过硫酸铵4重量份、醋酸乙烯45重量份、丙烯酰胺2重量份、去离子水130重量份。取10重量份氢氧化钠溶液皂化，加入到上述共聚乳液中进行皂化反应，氢氧化钠水溶液浓度为30％。

本实施例的第一层选择克重为17g/m²，透气率2700mm/s的纺粘无纺布。第二层和第四层是相同的熔喷无纺布，选择克重为20g/m²、透气率为160mm/s或克重为30g/m²、透气率为120mm/s纳米熔喷无纺布原料分别进行涂覆。第三层选择以熔喷布为基材的活性碳布，克重为140g/m²，透气率800mm/s。第五层定型棉，克重为200g/m²，透气率为600mm/s。

本实施例的口罩制备方法如下：

步骤1：制备强极性的涂覆液。

将1份的聚乙烯醇加入80份去离子水中，搅拌并升温到100℃，待聚乙烯醇完全溶解后降温至60℃，依次加入0.5份十二烷基磺酸钠，3份OP-10，2份过硫酸铵和15份醋酸乙烯，2份丙烯酰胺，进行共聚反应30分钟。然后再加入2份过硫酸铵，并开始滴加30份醋酸乙烯，滴加速度控制在1份/分钟。滴加时注意控制反应温度不变。滴加完后，仍在此温度继续反应30分钟，加入10份30％的氢阳化钠溶液进行皂化反应，搅拌20分钟，降温至20-30℃，加去离子水50份得到涂覆液。

步骤2：采用步骤1制备的涂覆液对纳米熔喷无纺布原料进行涂覆改性处理：取上述乳液1份加去离子水49份配制成强极性高分子水溶性涂覆乳液，将熔喷布在稀释后的涂覆乳液中浸渍，然后通过轧车轧去多余的液体，使带液率为220％，然后在120℃下烘干。

步骤3：按照常规的杯型口罩加工工艺，将各层口罩材料加工成杯型口罩，未经涂覆的纳米熔喷布按同样的工艺做成口罩，作为对比试样。以未经过涂覆的20g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为2-1#；以未经过涂覆的30g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为2-2#；以经过涂覆改性处理的20g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为2-3#；以经过涂覆改性处理的30g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为2-4#，测试结果列于表2。

表2实施例2样品的性能

实施例3

本实施例的醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液以包含以下物质的原料共聚在70℃时共聚得到共聚乳液：

聚乙烯醇1重量份、十二烷基磺酸钠2.0重量份、OP-108重量份、过硫酸铵6重量份、醋酸乙烯80重量份、丙烯酰胺7重量份、去离子水170重量份。

取20重量份氢氧化钠溶液皂化，加入到上述共聚乳液中同样温度进行皂化反应，所述氢氧化钠水溶液浓度为30％。

本实施例的第一层选择克重为20g/m²，100Pa压差下的透气率2500mm/s的纺粘结构无纺布。第二层和第四层是相同的熔喷无纺布，选择克重为20g/m²、透气率为或克重为30g/m²的纳米熔喷无纺布原料。第三层选择以熔喷布为基材的活性碳布，克重为140g/m²，透气率2500mm/s。第五层定型棉，克重为200g/m²。

本发明制备口罩的方法如下：

步骤1：制备强极性的共聚乳液。

将2份的聚乙烯醇加入120份去离子水中，搅拌并升温到95℃，待聚乙烯醇完全溶解后降温至70℃，依次加入2.0份十二烷基磺酸钠、8份OP-10、3份过硫酸铵和30份醋酸乙烯，7份丙烯酰胺，进行反应30分钟。然后再加入3份过硫酸铵，并开始滴加50份醋酸乙烯，滴加速度控制在1.2份/分。滴加时注意控制反应温度不变。滴加完后，仍在此温度继续反应30分钟，加入20份30％的氢阳化钠溶液进行皂化反应，搅拌20分钟，降温至30℃，加去离子水50份。

步骤2：采用步骤2制备的涂覆液对纳米熔喷无纺布原料进行涂覆改性处理，然后在110℃下烘干。

步骤3：按照常规的杯型口罩加工工艺，将各层口罩材料加工成杯型口罩，未经涂覆的纳米熔喷布按同样的工艺做成口罩，作为对比试样。以未经过涂覆液处理的20g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为3-1#；以未经过涂覆液处理的30g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为3-2#；以经过涂覆液处理的20g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为3-3#；以经过涂覆液处理的30g/m²克重的熔喷布做成的口罩称为3-4#。

表3实施例3样品的性能

无纺布片材透气率的测试方法参照GB/T5453-1997，条件选择压差100Pa；阻力和过滤效率的测试方法参照GB2626-2006，测试介质选择为氯化钠，几何直径为0.26μm，粒数直径0.067μm，口罩的有效透过面积是120cm²。

根据机械运动学知道，滤材对直径越大的粒子过滤效率越高；经过涂覆剂涂覆的纳米聚丙烯纤维，在聚丙烯纤维表面形成一层强极性的高分子吸附层，而大气中的微粒90％以上是极性物质或带有电荷性质的，极性越强的物质对这些微粒的色散力、色散力和诱导力越强，也就是这种强极性高分子比聚丙烯纤维对这些微粒有着更强的吸引力；并且绝大多数的有毒有机物质的氢原子都是排在外围，这种强极性高分子外围含有大量的氧和氮原子，更容易形成氢键力，增强吸附作用；另外这种强极性高分子每个支链都含有强极性的吸附端，能够像多只手臂一样将这些吸附的微粒子抱合，防止这些微粒再从纤维上再脱附。利用简单的工艺，制备出涂覆液涂覆在熔喷无纺布上以增强聚丙烯熔喷布的吸附作用，该涂覆液无毒，无公害。通过提高防尘口罩熔喷布层的吸附作用，提高防尘口罩的过滤效率，而对口罩的透气性能影响极小，对几何直径为0.26μm粒子的过滤效率最高可提高15％。与当前的防尘口罩相比，在保持同样的过滤效率性能的情况下，透气性更佳。

Claims

1.一种高效防尘口罩，包括从外到里依次排列贴合的纺粘无纺布层、熔喷无纺布层、活性炭吸附过滤层、熔喷无纺布层、定型层；所述的熔喷无纺布层经醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液浸渍或涂覆改性处理；所述醋酸乙烯-丙烯酰胺涂覆液是采用醋酸乙烯和丙烯酰胺共聚得到醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液后经氢氧化钠溶液皂化反应得到。

2.如权利要求1所述的高效防尘口罩，所述醋酸乙烯-丙烯酰胺共聚乳液采用包含以下物质的原料制备：

3.如权利要求2所述的高效防尘口罩，所述乳化剂为十二烷基磺酸钠和/或辛基酚聚氧乙烯醚。

4.如权利要求2所述的高效防尘口罩，所述引发剂为过硫酸铵。

5.如权利要求2所述的高效防尘口罩，所述分散剂为聚乙烯醇。

6.如权利要求1所述的高效防尘口罩，所述氢氧化钠溶液为浓度为30％的氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液为10-20重量份。

7.权利要求1所述的高效防尘口罩的制备方法，包括以下步骤：

(2)用上述涂覆液对熔喷无纺布进行涂覆或浸渍处理：取上述涂覆液加去离子水稀释，将熔喷布在稀释后的涂覆乳液中浸渍，然后通过轧车轧去多余的液体，使带液率为180％～220％，然后在80～120℃下烘干。

8.如权利要求7所述的高效防尘口罩的制备方法，所述步骤(1)中的分散剂1-2为重量份、乳化剂为0.5-10重量份、引发剂为4-6重量份、醋酸乙烯为45-80重量份、丙烯酰胺为2-7重量份、去离子水为130-170重量份。

9.如权利要求8所述的高效防尘口罩的制备方法，所述步骤(1)中的氢氧化钠溶液为浓度为30％的氢氧化钠水溶液，所述氢氧化钠水溶液为10-20重量份。