CN105615053A - 一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩 - Google Patents

一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，包括罩体和位于罩体两端的挂耳带，罩体由四层材料构成，由外到内依次为脱脂棉纱布层、高效静电滤棉层、微溶无纺布层、全棉华夫格布层，微溶无纺布层由羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和低熔点的ES纤维制备而成。本发明采用四层防护结构，改善传统口罩性能，孔隙率大，透气不闷，针对人呼出气体的环境，在温度25~27℃、PH为6.0~7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维不同程度溶解，产生微溶状态，具有更高的抗菌性能、吸附重金属微小颗粒性能。

Description

一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩
技术领域
本发明属于卫生用品技术领域，具体涉及一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩。
背景技术
近几年，全国出现不同程度的雾霾天气，引起了广泛的关注，空气中的二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首，尤其是PM2.5（空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物）被认为是造成雾霾天气的“元凶”，由于霾中2.5微米以下的细小飘浮颗粒物可直接通过呼吸系统进入支气管，甚至肺部，造成呼吸道疾病、脑血管疾病、鼻腔炎症等，同时，灰霾天气时，气压降低、空气中可吸入颗粒物骤增、空气流动性差，有害细菌和病毒向周围扩散的速度变慢，导致空气中病毒浓度增高，疾病传播的风险很高，因此，出门时，要佩戴口罩做好自我防护。
普通的口罩只具备一般的过滤功能，因为它们大都是基于无纺布，或者类似的大孔径纤维制成的，微小的细颗粒物仍能够穿过口罩进入鼻腔，基本起不到对细颗粒物的防护作用，而且不具备抗菌性，功能比较单一，在使用过程中呼吸作用使口罩罩体潮湿，反而利于细菌微生物的生长。
最初用于卫生用品的无纺布采用丙纶、涤纶等生产，生产时对温度要求比较苛刻，操作难度大，且整体硬度比较大，后来采用ES纤维生产无纺布，具有蓬松性、柔软性、高强度、吸油、吸水等特点，可以用于口罩、纸尿裤、卫生巾等一次性卫生用品，但功能有限，不具有抗菌性，不能吸附有毒有害物质。
壳聚糖是由甲壳素经过脱乙酰化反应制备而得到的产物，具有良好的生物相容性、抗菌性、生物可降解性和吸附重金属离子的能力，但是由于壳聚糖分子间的强氢键作用，分子间的有序结构使壳聚糖晶体结构致密稳定，因而只溶于酸性水溶液中，中性及碱性环境下，壳聚糖螯合重金属的能力明显下降，限制了壳聚糖的广泛运用。壳聚糖含有丰富的氨基和羟基，在一定条件下可以反应得到羧甲基化的壳聚糖，既保留了壳聚糖的优点，又极大地改善了水溶性、抗菌性、吸附性。
如何针对人呼出气体的环境，制备一种羧甲基壳聚糖纤维，并与其他纤维混合制备一种无纺布，用于抗雾霾口罩，使其具备高抗菌、高吸附重金属微小颗粒的功能，是本领域研发人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，改善传统口罩性能，针对人呼出气体的环境，能产生微溶状态，具有更高的抗菌性能、吸附重金属微小颗粒性能。
本发明的技术方案是：一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，包括罩体和位于罩体两端的挂耳带，罩体由四层材料构成，由外到内依次为脱脂棉纱布层、高效静电滤棉层、微溶无纺布层、全棉华夫格布层，脱脂棉纱布层厚度为0.3~0.5mm，单位面积重量为15~20g/m2，高效静电滤棉层厚度为0.5~1mm，单位面积重量为15~20g/m2，微溶无纺布层厚度为1~1.5mm，单位面积重量为18~22g/m2，全棉华夫格布层厚度为0.1~0.3mm，单位面积重量为13~18g/m2，四层材料的孔隙率均大于85%，所述微溶无纺布层由羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和低熔点的ES纤维制备而成，在温度25~27℃、PH为6.0~7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维不同程度溶解，能产生微溶状态。
进一步的，所述罩体内在微溶无纺布层与全棉华夫格布层中间设置一用于将口罩固定于鼻梁上的鼻梁条，对应鼻梁部位设置一用于减缓鼻梁条对鼻梁压力的棉垫。
进一步的，所述罩体根据人面部形状设置成一定的弧度。
进一步的，所述挂耳带上设置一可以通过滑动调整挂耳带长度的调节扣。
进一步的，所述羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维、ES纤维三种纤维的重量百分比分别为：羧甲基壳聚糖纤维1%-10%，壳聚糖纤维5%-20%，低熔点的ES纤维70%-94%。
进一步的，所述微溶无纺布的制备工艺，包括以下步骤：
一、羧甲基壳聚糖纤维的制备
（1）将分子量为1×104、脱乙酰度为92%的壳聚糖与异丙醇以1：5的质量比室温下混合均匀，溶胀1~1.5h，然后加入与壳聚糖质量比为1:6、浓度为20ml/L的氢氧化钠，调节PH=9，在45℃下强力搅拌1.5~2h碱化；
（2）然后逐滴加入与氢氧化钠质量比为1:1、浓度为5ml/L的氯乙酸，边滴加边搅拌，滴加过程水浴加热，保持反应体系温度55℃，在1.5h内滴加完毕，然后滴加盐酸，调节PH=7；
（3）离心分离，向上清液中加入3倍量的丙酮沉淀，过滤得到滤饼，粉碎后再用3倍量的无水乙醇冲洗，45℃温度下真空干燥，得到大分子量的羧甲基壳聚糖；
（4）将处理好的羧甲基壳聚糖采用湿法纺丝技术制得羧甲基壳聚糖纤维；
二、羧甲基壳聚糖纤维后处理
（1）将制得的羧甲基壳聚糖纤维在500W微波下处理3~5min，降解分子量，增加水溶性，提高羧甲基壳聚糖纤维抗菌性；
（2）在10℃下，用有机硅季铵盐表面抗菌剂处理上述步骤（1）中得到的羧甲基壳聚糖纤维，提高羧甲基壳聚糖纤维断裂强度和抗菌性能；
三、微溶无纺布的制备
先将羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维进行开松、梳理混纺成纤维网，将纤维网在140℃下通过热风粘合，低熔点的ES纤维在交叉点上熔融，使羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维之间产生粘着，非交叉点的羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维仍保持原来的状态，冷却后制得高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶无纺布。
进一步的，为保证在温度25~27℃、PH为6.0~7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维不同程度溶解，能产生微溶状态，所述羧甲基壳聚糖纤维的制备过程中用紫外线处理，受热均匀，水溶性好。
与现有技术相比，本发明优点在于：
（1）罩体根据人面部设计成一定弧度的立体结构，贴合面部，罩体采用四层防护结构，改善传统口罩性能，孔隙率大，透气不闷；
（2）外层为脱脂棉纱布层，能阻隔、截留空气中的灰尘、微大颗粒物；
（3）高效静电滤棉层的纤维上带电荷，使细小尘埃通过异性电荷相互吸引作用，粉尘被吸附到纤维上，容尘量大；
（4）用于本发明的微溶无纺布的羧甲基壳聚糖纤维在制备过程中采用紫外线处理，降解羧甲基壳聚糖的分子量，溶解性能更好；羧甲基壳聚糖纤维制备后采用微波及表面抗菌剂处理，增加水溶性，提高羧甲基壳聚糖纤维的强度和抗菌性，进而提高本发明的强度和抗菌性能；
（5）微溶无纺布层中含有的羧甲基壳聚糖和壳聚糖能与金属离子通过离子交换、吸附、螯合作用发生结合，针对人呼出气体的环境，能部分溶解，产生微溶状态，增加粘附性，能更有效的阻隔、过滤及粘附微小颗粒，具有更高的抗菌性能、吸附重金属微小颗粒性能。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的左视图；
图3是本发明的罩体内部结构示意图。
1.罩体；2.挂耳带；3.调节扣；4.棉垫；5.鼻梁条；6.脱脂棉纱布层；7.高效静电滤棉层；8.微溶无纺布层；9.全棉华夫格布层。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，包括罩体1和位于罩体1两端的挂耳带2，挂耳带2上分别设置调节扣3，可以根据需要滑动调节扣3，调整挂耳带2的长度，罩体1根据人面部形状设置成一定弧度的立体结构，贴合面部，罩体1由四层材料构成，由外到内依次为脱脂棉纱布层6、高效静电滤棉层7、微溶无纺布层8、全棉华夫格布层9，脱脂棉纱布层6厚度为0.3mm，单位面积重量为15g/m2，高效静电滤棉层7厚度为0.5mm，单位面积重量为15g/m2，微溶无纺布层8厚度为1mm，单位面积重量为18g/m2，全棉华夫格布层9厚度为0.1mm，单位面积重量为13g/m2，四层材料的孔隙率均为90%，在微溶无纺布层8与全棉华夫格布层9中间设置一用于将口罩固定于鼻梁上的鼻梁条5，对应鼻梁部位设置一用于减缓鼻梁条5对鼻梁压力的棉垫4。
微溶无纺布层8由羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和低熔点的ES纤维制备而成，羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维、ES纤维三种纤维的重量百分比分别为：羧甲基壳聚糖纤维1%，壳聚糖纤维5%，低熔点的ES纤维94%，在温度25℃、PH为6.0环境下羧甲基壳聚糖纤维溶解15%、壳聚糖纤维溶解5%，能产生微溶状态。
本实施例的微溶无纺布的制备工艺，包括以下步骤：
一、羧甲基壳聚糖纤维的制备
（1）将分子量为1×104、脱乙酰度为92%的壳聚糖与异丙醇以1：5的质量比室温下混合均匀，溶胀1h，然后加入与壳聚糖质量比为1:6、浓度为20ml/L的氢氧化钠，调节PH=9，在45℃下强力搅拌1.5h碱化；
（2）然后逐滴加入与氢氧化钠质量比为1:1、浓度为5ml/L的氯乙酸，边滴加边搅拌，滴加过程水浴加热，保持反应体系温度55℃，在1.5h内滴加完毕，然后滴加盐酸，调节PH=7；
（3）离心分离，向上清液中加入3倍量的丙酮沉淀，过滤得到滤饼，粉碎后再用3倍量的无水乙醇冲洗，45℃温度下真空干燥，得到O位上取代度为0.6、N位上取代度为0.5的大分子量的羧甲基壳聚糖；
（4）将处理好的羧甲基壳聚糖采用湿法纺丝技术制得羧甲基壳聚糖纤维；
二、羧甲基壳聚糖纤维后处理
（1）将制得的羧甲基壳聚糖纤维在500W微波下处理3min，降解分子量，增加水溶性，提高羧甲基壳聚糖纤维抗菌性；
（2）在10℃下，用有机硅季铵盐表面抗菌剂处理上述步骤（1）中得到的羧甲基壳聚糖纤维，提高羧甲基壳聚糖纤维断裂强度和抗菌性能；
三、微溶无纺布的制备
先将羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维进行开松、梳理混纺成纤维网，将纤维网在140℃下通过热风粘合，低熔点的ES纤维在交叉点上熔融，使羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维之间产生粘着，非交叉点的羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维仍保持原来的状态，冷却后制得高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶无纺布。
为保证在温度25℃、PH为6.0环境下羧甲基壳聚糖纤维溶解15%、壳聚糖纤维溶解5%，能产生微溶状态，所述羧甲基壳聚糖纤维的制备过程中用紫外线处理，受热均匀，水溶性好。
实施例2
一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，脱脂棉纱布层6厚度为0.4mm，单位面积重量为17g/m2，高效静电滤棉层7厚度为0.7mm，单位面积重量为17g/m2，微溶无纺布层8厚度为1.2mm，单位面积重量为20g/m2，全棉华夫格布层9厚度为0.2mm，单位面积重量为15g/m2，四层材料的孔隙率均为93%，羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维、ES纤维三种纤维的重量百分比分别为：羧甲基壳聚糖纤维5%，壳聚糖纤维10%，低熔点的ES纤维85%，在温度26℃、PH为6.5环境下羧甲基壳聚糖纤维溶解17%、壳聚糖纤维溶解2%，能产生微溶状态，其余结构与实施例1相同。
微溶无纺布的制备工艺，包括以下步骤：
一、羧甲基壳聚糖纤维的制备
（1）将分子量为1×104、脱乙酰度为92%的壳聚糖与异丙醇以1：5的质量比室温下混合均匀，溶胀1.2h，然后加入与壳聚糖质量比为1:6、浓度为20ml/L的氢氧化钠，调节PH=9，在45℃下强力搅拌1.7h碱化；
（2）然后逐滴加入与氢氧化钠质量比为1:1、浓度为5ml/L的氯乙酸，边滴加边搅拌，滴加过程水浴加热，保持反应体系温度55℃，在1.5h内滴加完毕，然后滴加盐酸，调节PH=7；
（3）离心分离，向上清液中加入3倍量的丙酮沉淀，过滤得到滤饼，粉碎后再用3倍量的无水乙醇冲洗，45℃温度下真空干燥，得到O位上取代度为0.7、N位上取代度为0.6的大分子量的羧甲基壳聚糖；
（4）将处理好的羧甲基壳聚糖采用湿法纺丝技术制得羧甲基壳聚糖纤维；
二、羧甲基壳聚糖纤维后处理
（1）将制得的羧甲基壳聚糖纤维在500W微波下处理4min，降解分子量，增加水溶性，提高羧甲基壳聚糖纤维抗菌性；
（2）在10℃下，用有机硅季铵盐表面抗菌剂处理上述步骤（1）中得到的羧甲基壳聚糖纤维，提高羧甲基壳聚糖纤维断裂强度和抗菌性能；
三、微溶无纺布的制备
先将羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维进行开松、梳理混纺成纤维网，将纤维网在140℃下通过热风粘合，低熔点的ES纤维在交叉点上熔融，使羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维之间产生粘着，非交叉点的羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维仍保持原来的状态，冷却后制得高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶无纺布。
为保证在温度26℃、PH为6.5环境下羧甲基壳聚糖纤维溶解17%、壳聚糖纤维溶解2%，能产生微溶状态，所述羧甲基壳聚糖纤维的制备过程中用紫外线处理，受热均匀，水溶性好。
实施例3
一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，脱脂棉纱布层6厚度为0.5mm，单位面积重量为20g/m2，高效静电滤棉层7厚度为1mm，单位面积重量为20g/m2，微溶无纺布层8厚度为1.5mm，单位面积重量为22g/m2，全棉华夫格布层9厚度为0.3mm，单位面积重量为18g/m2，四层材料的孔隙率均为95%，羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维、ES纤维三种纤维的重量百分比分别为：羧甲基壳聚糖纤维10%，壳聚糖纤维20%，低熔点的ES纤维70%，在温度27℃、PH为7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维溶解20%，能产生微溶状态，其余结构与实施例1相同。
微溶无纺布的制备工艺，包括以下步骤：
一、羧甲基壳聚糖纤维的制备
（1）将分子量为1×104、脱乙酰度为92%的壳聚糖与异丙醇以1：5的质量比室温下混合均匀，溶胀1.5h，然后加入与壳聚糖质量比为1:6、浓度为20ml/L的氢氧化钠，调节PH=9，在45℃下强力搅拌2h碱化；
（2）然后逐滴加入与氢氧化钠质量比为1:1、浓度为5ml/L的氯乙酸，边滴加边搅拌，滴加过程水浴加热，保持反应体系温度55℃，在1.5h内滴加完毕，然后滴加盐酸，调节PH=7；
（3）离心分离，向上清液中加入3倍量的丙酮沉淀，过滤得到滤饼，粉碎后再用3倍量的无水乙醇冲洗，45℃温度下真空干燥，得到O位上取代度为0.8、N位上取代度为0.65的大分子量的羧甲基壳聚糖；
（4）将处理好的羧甲基壳聚糖采用湿法纺丝技术制得羧甲基壳聚糖纤维；
二、羧甲基壳聚糖纤维后处理
（1）将制得的羧甲基壳聚糖纤维在500W微波下处理5min，降解分子量，增加水溶性，提高羧甲基壳聚糖纤维抗菌性；
（2）在10℃下，用有机硅季铵盐表面抗菌剂处理上述步骤（1）中得到的羧甲基壳聚糖纤维，提高羧甲基壳聚糖纤维断裂强度和抗菌性能；
三、微溶无纺布的制备
先将羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维进行开松、梳理混纺成纤维网，将纤维网在140℃下通过热风粘合，低熔点的ES纤维在交叉点上熔融，使羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维之间产生粘着，非交叉点的羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维仍保持原来的状态，冷却后制得高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶无纺布。
为保证让本发明在温度27℃、PH为7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维溶解20%，产生微溶状态，所述羧甲基壳聚糖纤维的制备过程中用紫外线处理，加热均匀，制备的羧甲基壳聚糖分子量较小，水溶性增加。
综上所述，本发明根据人面部设计成一定弧度的立体结构，贴合面部，罩体采用四层防护结构，改善传统口罩性能，孔隙率大，透气不闷；微溶无纺布层中含有的羧甲基壳聚糖和壳聚糖能与金属离子通过离子交换、吸附、螯合作用发生结合，针对人呼出气体的环境，能部分溶解，产生微溶状态，增加粘附性，能更有效的阻隔、过滤及粘附微小颗粒，具有更高的抗菌性能、吸附重金属微小颗粒性能。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，包括罩体和位于罩体两端的挂耳带，其特征在于：所述罩体由四层材料构成，由外到内依次为脱脂棉纱布层、高效静电滤棉层、微溶无纺布层、全棉华夫格布层，所述微溶无纺布层由羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和低熔点的ES纤维制备而成，在温度25~27℃、PH为6.0~7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维不同程度溶解，能产生微溶状态；
所述羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维、ES纤维三种纤维的重量百分比分别为：
羧甲基壳聚糖纤维1%-10%，
壳聚糖纤维5%-20%，
低熔点的ES纤维70%-94%；
所述微溶无纺布的制备工艺，包括以下步骤：
一、羧甲基壳聚糖纤维的制备
（1）将分子量为1×104、脱乙酰度为92%的壳聚糖与异丙醇以1：5的质量比室温下混合均匀，溶胀1~1.5h，然后加入与壳聚糖质量比为1:6、浓度为20ml/L的氢氧化钠，调节PH=9，在45℃下强力搅拌1.5~2h碱化；
（2）然后逐滴加入与氢氧化钠质量比为1:1、浓度为5ml/L的氯乙酸，边滴加边搅拌，滴加过程水浴加热，保持反应体系温度55℃，在1.5h内滴加完毕，然后滴加盐酸，调节PH=7；
（3）离心分离，向上清液中加入3倍量的丙酮沉淀，过滤得到滤饼，粉碎后再用3倍量的无水乙醇冲洗，45℃温度下真空干燥，得到大分子量的羧甲基壳聚糖；
（4）将处理好的羧甲基壳聚糖采用湿法纺丝技术制得羧甲基壳聚糖纤维；
二、羧甲基壳聚糖纤维后处理
（1）将制得的羧甲基壳聚糖纤维在500W微波下处理3~5min，降解分子量，增加水溶性，提高羧甲基壳聚糖纤维抗菌性；
（2）在10℃下，用有机硅季铵盐表面抗菌剂处理上述步骤（1）中得到的羧甲基壳聚糖纤维，提高羧甲基壳聚糖纤维断裂强度和抗菌性能；
三、微溶无纺布的制备
先将羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维进行开松、梳理混纺成纤维网，将纤维网在140℃下通过热风粘合，低熔点的ES纤维在交叉点上熔融，使羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维之间产生粘着，非交叉点的羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维和ES纤维仍保持原来的状态，冷却后制得高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶无纺布。
2.根据权利要求1所述的微溶无纺布的制备工艺，其特征在于：为保证在温度25~27℃、PH为6.0~7.0环境下羧甲基壳聚糖纤维、壳聚糖纤维不同程度溶解，能产生微溶状态，所述羧甲基壳聚糖纤维的制备过程中用紫外线处理。
3.根据权利要求1所述的一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，其特征在于：所述罩体内在微溶无纺布层与全棉华夫格布层中间设置一用于将口罩固定于鼻梁上的鼻梁条，对应鼻梁部位设置一用于减缓鼻梁条对鼻梁压力的棉垫。
4.根据权利要求1所述的一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，其特征在于：所述罩体根据人面部形状设置成一定的弧度。
5.根据权利要求1所述的一种高抗菌、吸附重金属微小颗粒的新型微溶抗雾霾保健功能口罩，其特征在于：所述挂耳带上设置一可以通过滑动调整挂耳带长度的调节扣。
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