CN104814542B - 一种可降解的环保口罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，所述口罩本体由外至内包括外层、过滤层和内层；所述外层和内层各由至少一层PBS无纺布组成；所述过滤层由至少一层竹纤维组成；所述耳带由PBS无纺布组成。本发明所涉及的环保口罩，可完全生物降解。口罩的内外层以及耳带材料PBS无纺布和竹纤维过滤层均可实现降解，且无纺布的降解速率可通过淀粉含量来有效控制，还可降低成本。另外，本发明的环保口罩所使用的竹纤维以及PBS无纺布具有抗菌、抑螨、防臭的功效，可实现口罩的天然、环保、保健的目的。因此，本发明在绿色、环保的生活用品制造领域有着很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种可降解的环保口罩，属于生活用品制造领域。更具体地，涉及一种使用可完全降解的天然环保竹纤维和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)可降解材料制作的环保口罩。
背景技术
口罩在医疗工作及日常生活中被大量使用，尤其是一次性口罩，使用量更是惊人。普通的一次性口罩一般以无纺布为面料制作而成。无纺布是由类似于制造垃圾袋的塑料原料制造的。因而此类一次性的口罩使用丢弃后就像塑料垃圾袋一样，给环境造成了严重的污染。因此，可降解的环保口罩的制作使用是非常有必要的，可有效消除一次性口罩对环境的危害。
目前，聚乳酸多层纤维膜可用于可降解的一次性口罩中(杨凯,曹健,焦明立等.一种PM2.5防护口罩用聚乳酸多层纤维膜的制备方法.中国专利CN104029443 A.,2006.)，但是聚乳酸具有易水解的特性。人类呼出的气体中，水汽的体积分数约有5-7％，可在口罩材料表面附着液化，使得口罩潮湿，甚至在表面凝结成水膜。有报道显示，聚乳酸薄膜在去离子水中降解3天，失重率可达到5％，降解速率甚至超过了置于盐酸溶液中(马晓妍,石淑先,夏宇正等.聚乳酸及其共聚物的制备和降解性能.北京化工大学学报,2004,31(1):51-56.)。若将聚乳酸静电纺丝制成纤维，由于纤维的表面积增大，其在水中的降解速率较薄膜快得多。这对聚乳酸纤维用于口罩制作是不利的。
与聚乳酸相比，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)由于其优异的综合性能得到环保领域更多的关注。PBS塑料无嗅无味，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢，最终分解为二氧化碳和水，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，是一种可完全生物降解的聚合物材料。PBS耐热性能好，热变形温度和制品使用温度可以超过100℃。最重要的是，PBS只有在接触特定条件下才发生降解，在正常储存和使用过程中性能稳定，尤其是在水中的降解更少。有研究发现，PBS薄膜在水中降解100天，失重率仅为0.4％，降解速率远远低于酸碱溶液，亦远低于聚乳酸薄膜(张昌辉,寇莹,翟文举.聚丁二酸丁二酯(PBS)在不同pH条件下的降解.塑料,2010,39(1):45-47.)。但是，PBS塑料强度较高、韧性较小，其弯曲强度和拉伸强度介于聚乙烯和聚丙烯之间，而悬臂梁冲击强度仅仅约为4kJ/m2，材料感觉脆硬，亲肤性极差。因此，现有的PBS材料还无法满足作为一次性环保口罩布料的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可降解的口罩，以可降解的天然竹纤维和可生物降解PBS聚合物为材料，天然、绿色、环保，具有防尘、杀菌、抑螨、防臭等功效。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种可降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，所述口罩本体由外至内包括外层、过滤层和内层；所述外层和内层各由至少一层聚丁二酸丁二醇酯无纺布组成；所述过滤层由至少一层竹纤维组成；所述耳带由聚丁二酸丁二醇酯无纺布组成。
竹纤维是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维，继棉、麻、毛、丝后的第五大天然纤维。竹纤维制成的产品可在土壤中自然降解，分解后对环境无任何污染，是一种天然、绿色、环保型的纺织原料。目前，竹纤维主要用于服装、纺织品等领域，而在滤材领域的应用很少。竹纤维具有良好的吸湿透气性，并具有一定的抗菌、除螨和防臭功能。由于竹纤维产品天然的抗菌功能，因而不会引起皮肤过敏，并能显著提高机体免疫能力，还具有滋润皮肤和抗疲劳、抗衰老的生物功效(曹泰钧,刘刚毅.竹纤维纺织品开发及前景.湖南文理学院学报(自然科学版).2005,(17):58.)。因此，竹纤维是环保口罩的过滤材料的一个实用有效的选择。
优选地，所述聚丁二酸丁二醇酯无纺布包括如下重量份数的原料：
优选地，所述聚丁二酸丁二醇酯无纺布包括如下重量份数的原料：
与目前传统可降解材料聚乳酸相比，PBS由于其优异的综合性能得到环保领域更多的关注。PBS塑料无嗅无味，不仅可以完全生物降解，同时耐热性能好，热变形温度和制品使用温度可以超过100℃。最重要的是，PBS只有在接触特定条件下才发生降解，在正常储存和使用过程中性能稳定，尤其是在水中的降解更少。但是，传统的PBS塑料强度较高、韧性较小，其弯曲强度和拉伸强度介于聚乙烯和聚丙烯之间，而悬臂梁冲击强度仅仅约为4kJ/m2，材料感觉脆硬，亲肤性差，并不适用于制作口罩。
本发明为了解决PBS强度高、韧性小、不亲肤的缺陷，对传统的PBS材料进行了针对性地改进。通过添加0.5-6份成核剂和0-5份分散剂，显著提高了PBS的柔韧性；通过添加0-30份淀粉，不仅改善了PBS的强度和韧性，还显著提高了材料的降解速率，并且可以通过对淀粉含量的控制来调控降解速率；通过添加5-10份抗菌防螨剂，使得材料具有抗菌、抑螨、防臭的功效。同时将PBS熔融喷丝制成无纺布，利用纤维柔韧的特性，增加PBS的柔软度和舒适感。尤其当PBS无纺布的原料组成为55-80份聚丁二酸丁二醇酯，10-30份淀粉，7-10份抗菌防螨剂，1-2份成核剂，2-3分散剂时，其性能更佳。因此，本发明改性后的PBS无纺布完全可以用作一次性环保口罩的布料，具有柔软、质轻、透气、环保、亲肤等特点。
优选地，所述聚丁二酸丁二醇酯的拉伸强度≥30MPa，断裂伸长率≥350％，悬臂梁缺口冲击强度≥45J/m，重均分子量≥200000。
优选地，所述淀粉为绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉和玉米淀粉中的一种或多种。
优选地，所述抗菌防螨剂为银系抗菌剂、锌系抗菌剂、三氯生、山梨酸钾和壳聚糖中的一种或多种。
优选地，所述成核剂为二亚苄叉山梨醇(DBS)及其衍生物、二(对一甲基二苄叉)山梨醇(MDBS)、二(3，4一二甲基二苄叉)山梨醇(DMDBS)、2，2亚甲基一二(4，6一二正丁基苯酚)磷酸钠(NA-11)、亚甲基双(2，4一二叔丁基苯基)磷酸铝(NA-21)和1，3，5一三叔丁酰胺基苯中的一种或多种。
优选地，所述分散剂为乙撑基双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸单甘油酯(GMS)、三硬脂酸甘油酯(HTG)、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
优选地，所述聚丁二酸丁二醇酯无纺布的面密度为20-40g/m2。
优选地，所述竹纤维选用竹纤维针刺棉。
优选地，所述竹纤维的面密度为40-300g/m2。
本发明的有益效果如下：
本发明所涉及的环保口罩，可完全生物降解。口罩的内外层以及耳带材料PBS无纺布和竹纤维过滤层均可实现降解，且无纺布的降解速率可通过淀粉含量来有效控制，还可降低成本。另外，本发明的环保口罩所使用的竹纤维以及PBS无纺布具有抗菌、抑螨、防臭的功效，可实现口罩的天然、环保、保健的目的。因此，本发明在绿色、环保的生活用品制造领域有着很大的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1所制备的环保口罩的整体示意图。
图2示出本发明实施例1所制备的环保口罩本体的截面图。
图3示出本发明实施例1所制备的环保口罩进行受控堆肥试验的生物分解曲线。
图4示出本发明实施例1所制备的环保口罩进行受控堆肥试验的二氧化碳释放曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、淀粉、抗菌防螨剂、成核剂和分散剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为79份、玉米淀粉为10份、锌系抗菌剂7份、二(3，4一二甲基二苄叉)山梨醇2份、乙撑基双硬脂酰胺2份。所制PBS无纺布的面密度为25g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为160g/m2。所制得的环保口罩的整体示意图如附图1所示，环保口罩本体的截面图如附图2所示。附图1中，1为口罩本体，2为耳带；附图2中，3为外层PBS无纺布，4为竹纤维过滤层，5为内层PBS无纺布。
实施例2
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、淀粉、抗菌防螨剂、成核剂和分散剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为68份、马铃薯淀粉为20份、壳聚糖7份、2，2亚甲基一二(4，6一二正丁基苯酚)磷酸钠2份、焦磷酸钠3份，所制PBS无纺布的面密度为28g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为150g/m2。
实施例3
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、淀粉、抗菌防螨剂、成核剂和分散剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为56份、木薯淀粉为30份、山梨酸钾和银系抗菌剂的混合物9份、二亚苄叉山梨醇2份、硬脂酸单甘油酯3份，所制PBS无纺布的面密度为32g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为150g/m2。
实施例4
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、淀粉、抗菌防螨剂、成核剂和分散剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为68份、甘薯淀粉20份、三氯生8份、1，3，5一三叔丁酰胺基苯2份、六偏磷酸钠2份，所制PBS无纺布的面密度为30g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为160g/m2。
实施例5
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、淀粉、抗菌防螨剂、成核剂和分散剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为60份、藕淀粉为25份、锌系抗菌剂10份、亚甲基双(2，4一二叔丁基苯基)磷酸铝2份、甲基戊醇与古尔胶的混合物3份，所制PBS无纺布的面密度为31g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为150g/m2。
实施例6
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、抗菌防螨剂、成核剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为50份、三氯生5份、1，3，5一三叔丁酰胺基苯0.5份，所制PBS无纺布的面密度为20g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为40g/m2。
实施例7
本发明的一种可完全降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，口罩本体由外至内包括外层PBS无纺布、竹纤维过滤层、内层PBS无纺布。内、外层以及耳带所用的PBS无纺布以PBS、淀粉、抗菌防螨剂、成核剂和分散剂为原材料，各原料的重量份分别是PBS为95份、藕淀粉为30份、锌系抗菌剂10份、亚甲基双(2，4一二叔丁基苯基)磷酸铝6份、甲基戊醇与古尔胶的混合物5份，所制PBS无纺布的面密度为40g/m2。所用的竹纤维为竹纤维针刺棉，面密度为300g/m2。
本发明的产品降解性能：按照GB/T 19277-2003《受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解和崩解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法》检测。
将本发明实施例1制备的环保口罩进行降解性能测试。试验结果如图3和图4所示，图3为本发明实施例1所制备的环保口罩进行受控堆肥试验的生物分解曲线，图4为本发明实施例1所制备的环保口罩进行受控堆肥试验的二氧化碳释放曲线。在受控堆肥试验中，样品为本发明实施例1制备的环保口罩，参比为微晶纤维素，空白为堆肥。数据结果表明，堆肥条件下，本发明口罩在60天即可达到80％以上的降解率，CO2释放量达到130克左右，完全达到了降解材料的要求，显示出优异的可降解性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种可降解的环保口罩，包括口罩本体和设置于口罩本体两侧的耳带，其特征在于：所述口罩本体由外至内包括外层、过滤层和内层；所述外层和内层各由至少一层聚丁二酸丁二醇酯无纺布组成；所述过滤层由至少一层竹纤维组成；所述耳带由聚丁二酸丁二醇酯无纺布组成；
所述聚丁二酸丁二醇酯无纺布包括如下重量份数的原料：
所述聚丁二酸丁二醇酯的拉伸强度≥30MPa，断裂伸长率≥350％，悬臂梁缺口冲击强度≥45J/m，重均分子量≥200000；
所述抗菌防螨剂为银系抗菌剂、锌系抗菌剂、三氯生、山梨酸钾和壳聚糖中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种可降解的环保口罩，其特征在于：所述聚丁二酸丁二醇酯无纺布包括如下重量份数的原料：
3.根据权利要求1所述的一种可降解的环保口罩，其特征在于：所述淀粉为绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉和玉米淀粉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种可降解的环保口罩，其特征在于：所述成核剂为二亚苄叉山梨醇及其衍生物、二(对一甲基二苄叉)山梨醇、二(3，4一二甲基二苄叉)山梨醇、2，2亚甲基一二(4，6一二正丁基苯酚)磷酸钠、亚甲基双(2，4一二叔丁基苯基)磷酸铝和1，3，5一三叔丁酰胺基苯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种可降解的环保口罩，其特征在于：所述分散剂为乙撑基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种可降解的环保口罩，其特征在于：所述聚丁二酸丁二醇酯无纺布的面密度为20-40g/m2。
7.根据权利要求1所述的一种可降解的环保口罩，其特征在于：所述竹纤维选用竹纤维针刺棉，面密度为40-300g/m2。
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