CN107006920A - 一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩及其制备方法，旨在解决活性炭口罩因黑色背景难以在视觉上判断口罩的洁净程度，且活性炭颗粒脱落的活性碳粉容易吸入人体，活性炭的微孔结构较大，有些有害气体无法吸附的问题。其技术要点是：由内及外包括第一层无纺布、第二层无纺棉、第三层熔喷布、第四层熔喷布、第五层熔喷布、第六层无纺布6层结构，且在第三层熔喷布和第四层熔喷布之间添加有325目的白色纳米微孔吸附剂。具有更小微孔结构的多层结构设计高过滤效率吸附口罩，解决上述活性炭口罩存在的缺陷。

Description

一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩及其制备方法
技术领域
本发明属个人生活日用品技术领域，具体涉及一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的及其制备方法。
背景技术
当前，我国大气污染形势严峻，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定。随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，大气污染防治压力继续加大。PM2.5指的是空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物(可悬浮于空气中的固态和液态的微粒)在空气中转化成PM2.5的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物，其中二氧化氮为的主要有毒气体。在北方PM2.5指数达最高，为中国空气污染最严重的城市，近年频繁出现雾霾天气，其中危害人类健康的主要是PM2.5颗粒，可以通过呼吸进入到人体内。对于恶劣的空气环境，一个解决途径是减少大气的污染及改善现有的空气质量，另一方面针对个人进行呼吸防护。
PM2.5主要成分为细小的固体颗粒、尘埃、氮氧化物、硫化物等。目前，大部分现有的不含活性炭口罩可以阻挡细小的固体颗粒，有害气体仍可以透过口罩进入到人体，即起主要作用的是过滤，基本上没有吸附有害气体的效果。
目前活性炭口罩由于其功能性获得大众的信任，因此对于传染病的预防，或特殊工作场合的佩戴，都已是一种极为普遍的工具，公开号为CN101507533A的中国专利公开了一种新型活性炭口罩，包括罩体和位于其两端的口罩带，其特殊之处在于：罩体由四层结构构成，从外层至内层依次为高支棉、无纺布、活性炭层、泡泡纱。
上述方案过滤效率高，呼吸阻力小，使用者感觉舒适。但活性炭口罩因黑色背景难以在视觉上判断口罩的洁净程度，且活性炭的微孔结构较大，有些有害气体吸附效果不够理想。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，具有更小微孔结构的白色高效吸附剂新型口罩，解决上述活性炭口罩存在的缺陷。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，由远离口鼻到靠近口鼻的顺序包括第一层白色无纺布、第二层无纺棉、第三层熔喷布、第四层熔喷布、第五层熔喷布、第六层白色无纺布6层结构，且在第三层熔喷布和第四层熔喷布之间添加有具有吸附有害气体功能的325目的白色纳米微孔吸附剂。
通过采用上述技术方案，无纺布新一代环保材料，具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、价格低廉、可循环再用等特点，第一层白色无纺布和第六层白色无纺布作为粉尘过滤层能够有效的吸附空气中的固体颗粒或粉尘，第二层无纺棉不仅对空气中的固体颗粒或粉尘有一定的过滤吸附作用，而且增加了口罩的柔软舒适度，提高佩戴者的体验感，另一方面无纺布和无纺棉均为白色，便于佩戴者观察口罩的洁净度，提升口罩对人体的保护；
熔喷布以聚丙烯为主要原料，纤维直径可以达到0.5-10微米，这些具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性，从而使熔喷布具有很好空气过滤性，是较为良好的口罩材料；
白色纳米微孔吸附剂能够吸附有害气体，大大增强了防护口罩的防护功能，有益于身体健康；白色纳米微孔吸附剂为白色背景，容易从视觉上判断口罩的洁净程度，从而及时清洗或更换防护口罩，更有利于身体的防护；325目的白色纳米微孔吸附剂相对于一般用于口罩的活性炭粒径小，除了具有吸附有害气体外，对粉尘也有一定的阻挡作用，减少吸入粉尘或有害气体的量，进一步提升口罩的过滤效率，有益于身体健康。
将白色纳米微孔吸附剂添加在中间层的喷绒布上一方面减少白色纳米微孔吸附剂的掉落情况，另一方面空气先通过白色无纺布和喷绒布的初过滤过程再到达白色纳米微孔吸附剂，不容易阻塞白色纳米微孔吸附剂的微孔结构，更能充分发挥白色纳米微孔吸附剂吸附有害气体及微小颗粒的作用，也使口罩的透气性更好。
本发明进一步设置为，白色纳米微孔吸附剂为镁铝类水滑石结构在马弗炉中450～550℃灼烧得到的镁铝复合金属氧化物。
通过采用上述技术方案，在450～550℃之间，镁铝类水滑石结构脱羟完全，并最终生成Mg-Al-O混合金属氧化物，此时具有最大的比表面和孔体积；经实验发现镁铝类水滑石结构在马弗炉中灼烧得到的复合金属氧化物具有很好的二氧化氮吸附功能，有利于实现口罩过滤和吸附双重功能，更有利于保障人们的身体健康。
本发明进一步设置为，第六层白色无纺布重量大于第一层白色无纺布重量；第一层白色无纺布的克重为25-30g/m2，第六层白色无纺布克重为50-60g/m2。
通过采用上述技术方案，第六层白色无纺布铺设于口罩的最内层直接跟口鼻接触，且没有无纺棉作为柔软层，需要增加一定的厚度，来提升佩戴者的舒适感，也能够更好的阻挡白色纳米微孔吸附剂漏出进入口鼻；第六层白色无纺布克重设置为第一层白色无纺布克重的两倍，既保证了第六层白色无纺布的厚度，提升佩戴者的舒适感也不会使第六层白色无纺布过厚浪费成本，而且口罩戴起来也更加轻盈，提升佩戴者的体验感。
本发明进一步设置为，第三层熔喷布、第四层熔喷布和第五层熔喷布重量范围相同。
通过采用上述技术方案，三层喷绒布重量范围相同便于生产，第五层喷绒布进一步阻挡白色纳米微孔吸附剂漏出。
本发明进一步设置为，第三层熔喷布、第四层熔喷布和第五层熔喷布重量范围均为25-35g/m2。
通过采用上述技术方案，三层喷绒布的重量范围在25-35g/m2之间既便于生产，也不会使口罩过重，同时还能起到相应的过滤作用及阻挡白色纳米微孔吸附剂漏出的作用。
本发明进一步设置为，第二层无纺棉克重为40-50g/m2。
通过采用上述技术方案，第二层无纺棉为40-50g/m2既便于生产，也不会使口罩过厚影响美观。
本发明进一步设置为，6层结构的幅宽均为18cm。
通过采用上述技术方案，口罩的幅宽设置为18cm比较符合大众化的人脸及佩戴，大小合适，既起到了防护过滤效果，也不会太大，影响美观浪费材料。
本发明的目的二在于提供一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的制备方法，生产出具有更小微孔结构的白色高效吸附剂新型口罩，解决上述活性炭口罩存在的缺陷。
本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的制备方法，制备上述方案中所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，将六层构成口罩的原料卷轴按顺序放置在输送原料卷轴的输送装置上；由输送装置输送原料卷轴进入添加白色纳米微孔吸附剂的刷粉装置中，并在第四层熔喷布上粉刷白色纳米微孔吸附剂；粉刷完璧后，将六层原料卷轴输送到口罩成型装置进行成型，成型过程依次包括对六层原料卷轴靠近下眼睑处和下巴处以及下眼睑处和下巴处之间的位置进行热熔，在口罩靠近鼻梁处添加贴合鼻梁的鼻贴，对口罩边缘进行完全密封裁剪，热熔上佩戴口罩的口罩戴；最后对成型后的口罩进行包装。
通过采用上述技术方案，生产出了具有更小微孔结构的白色高效吸附剂新型口罩，提高了口罩的过滤效果，而且口罩成型方法简单，便于工业化生产，具有很好的经济价值。
本发明进一步设置为，在口罩成型后包装前对折口罩在以鼻梁为轴的中轴线上从口罩下眼睑处到下巴处热熔添加一条起支撑作用的成型条。
通过采用上述技术方案，成型条对口罩有一定的支撑作用，佩戴者在佩戴过程中口罩下眼睑处到下巴处不会完全贴紧人的口鼻，更有利于人的呼吸，佩戴者体验感更好；而且口罩看起来也更有立体感，更加美观。
本发明进一步设置为，在口罩成型后包装前对折口罩在口罩继续在以鼻梁为轴的中轴线上在下巴处以下位置继续热熔添加一条起支撑作用的成型条。
通过采用上述技术方案，下巴处以下位置的成型条对口罩有进一步支撑的作用，也便于口罩后期的传送包装。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、口罩为6层结构，由远离口鼻到靠近口鼻包括，第一层白色无纺布的克重为25-30g/m2，第二层无纺棉克重为40-50g/m2，第三层熔喷布克重为25-35g/m2，第四层熔喷布克重为25-35g/m2，第五层熔喷布克重为25-35g/m2，第六层白色无纺布克重为50-60g/m2，幅宽均为18cm，且在第三层熔喷布和第四层熔喷布之间添加有具有吸附有害气体功能的325目的白色纳米微孔吸附剂，口罩过滤效果及有害气体吸附效果都很优异，使呼吸防护工作做到最好，更有利于人体健康；而且口罩六层结构均为白色，便于观察口罩的清洁程度，从而及时清洗或更换防护口罩，更有利于身体的防护。
二、通过简单快捷的方式可以将多层结构设计高过滤效率吸附口罩制备出来，便于工业化生产，具有很好的经济价值。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，口罩为6层结构，由远离口鼻到靠近口鼻包括，第一层白色无纺布的克重为25-30g/m2，第二层无纺棉克重为40-50g/m2，第三层熔喷布克重为25-35g/m2，第四层熔喷布克重为25-35g/m2，第五层熔喷布克重为25-35g/m2，第六层白色无纺布克重为50-60g/m2，幅宽均为18cm，且在第三层熔喷布和第四层熔喷布之间添加有具有吸附有害气体功能的325目的白色纳米微孔吸附剂，其中白色纳米微孔吸附剂为镁铝类水滑石结构在马弗炉中450～550℃灼烧得到的镁铝复合金属氧化物，口罩为白色，解决了现有吸附型口罩（黑色活性炭口罩）表面清洁度辨认不清的问题，且能有效过滤比PM2.5更小的颗粒，具有过滤和吸附双重功能，保障了人们使用口罩的安全性。
在450～550℃之间，镁铝类水滑石结构脱羟完全，并最终生成Mg-Al-O混合金属氧化物，此时具有最大的比表面和孔体积。镁铝类水滑石结构由商业购买所得。
其具体性能测试如下，
1.将多层结构设计高过滤效率吸附口罩委托国家劳动保护用品质量监督检验中心（武汉）进行质量检验，外观检查、呼气阻力、吸气阻力和过滤效率等4项符合GB2626-2006标准规定（KN90）的要求。
2.此外，对多层结构设计高过滤效率吸附口罩还进行二氧化氮吸附性能及吸附量的测定。
对生产的口罩进行二氧化氮吸附性能的研究：用镁粉与浓硝酸反应得到二氧化氮气体，搭建试验装置，将二氧化氮气体通入放有多层结构设计高过滤效率吸附口罩的容器内，与空白的口罩进行对照，观察容器内颜色的变化情况，定性判断吸附二氧化氮性能。
试验结果发现：与空白口罩相比，放有多层结构设计高过滤效率吸附口罩的容器内二氧化氮气体的颜色更浅，说明多层结构设计高过滤效率吸附口罩吸附的二氧化氮气体更多。
3. 多层结构设计高过滤效率吸附口罩吸附二氧化氮效果的测定（可见光分光光度法）。
参照环境空气氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮）的测定盐酸萘乙二胺分光光度法HJ 479－2009标准进行测定。
测定的步骤：
1）试剂的配制
N-（1-萘基）乙二胺盐酸盐贮备液，ρ(C10H7NH(CH2)2NH2·2HCl)=1.00 g/L：称取0.50gN-（1-萘基）乙二胺盐酸盐于500 ml 容量瓶中，用水溶解稀释至刻度。此溶液贮于密闭的棕色瓶中，在冰箱中冷藏，可稳定保存三个月。
显色液：称取5.0g对氨基苯磺酸（NH2C6H4SO3H）溶解于约200ml 40-50℃热水中，将溶液冷却至室温，全部移入1000ml 容量瓶中，加入 50 ml N-（1-萘基）乙二胺盐酸盐贮备溶液和50ml冰乙酸，用水稀释至刻度。此溶液贮于密闭的棕色瓶中，在25℃以下暗处存放可稳定三个月。若溶液呈现淡红色，应弃之重配。
吸收液：使用时将显色液和水按4∶1（体积分数）比例混合，即为吸收液。吸收液的吸光度应小于等于0.005。
亚硝酸盐标准贮备液，ρ(NO2 -)=250µg/ml：准确称取0.3750g 亚硝酸钠（NaNO2，优级纯，使用前在105℃±5℃干燥恒重）溶于水，移入1000ml容量瓶中，用水稀释至标线。此溶液贮于密闭棕色瓶中于暗处存放，可稳定保存三个月。
亚硝酸盐标准工作液，ρ(NO2 -)=2.5 µg/ml：准确吸取亚硝酸盐标准储备液1.00ml于100ml容量瓶中，用水稀释至标线。临用现配。
2）标准曲线的绘制
NO2 -标准溶液系列
管号 0 1 2 3 4 5
标准工作液/ml 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00
水/ml 2.00 1.60 1.20 0.80 0.40 0.00
显色液/ml 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00
NO2 -质量浓度（ug/ml） 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
各管混匀，于暗处放置20min（室温低于20℃时放置40 min 以上），用10 mm 比色皿，在波长540 nm处，以水为参比测量吸光度，扣除0号管的吸光度以后，对应NO2 -的质量浓度（ug/ml），用最小二乘法计算标准曲线的回归方程。
3）吸附二氧化氮量的测定
安装好产生二氧化氮气体及吸附测定试验的装置，二氧化氮气体反应装置中加入2.0g镁粉，向其中缓慢加入30ml浓硝酸，可观察到产生红棕色的二氧化氮气体，气体透过吸附型口罩颜色变浅，5分钟后取下口罩，放置30分钟后，放置在烧杯中加入25ml吸收液，并稀释5倍，用紫外可见分光光度计在波长为540nm处进行测定，通过标准曲线法计算出溶液的溶度，并计算口罩吸附二氧化氮的量。
试验结果得多层结构设计高过滤效率吸附口罩吸附二氧化氮为21.2ug。
通过以上测试结果可以看出，多层结构设计高过滤效率吸附口罩对二氧化氮气体吸附性能优异，真正实现了口罩过滤和吸附双重功能，更有利于保障人们的身体健康。
一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的制备方法
制备上述方案中所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，将六层构成口罩的原料卷轴按顺序放置在输送原料卷轴的输送装置上，将325目的白色纳米微孔吸附剂放置在固定的刷粉装置中；调节好机器运行的参数，试运行使之能得到外形平整的口罩，开机进行口罩本体的制备。口罩生产车间需达到万级洁净程度，口罩产品最终应符合一次性使用卫生用品卫生标准B15979-2002。
由输送装置输送原料卷轴进入添加325目白色纳米微孔吸附剂的刷粉装置中，并在第四层熔喷布上粉刷白色纳米微孔吸附剂；粉刷完璧后，将六层原料卷轴输送到口罩成型装置进行成型，成型过程依次包括对六层原料卷轴靠近下眼睑处和下巴处以及下眼睑处和下巴处之间的位置进行热熔，在口罩靠近鼻梁处添加贴合鼻梁的鼻贴，对口罩边缘进行完全密封裁剪，热熔上佩戴口罩的口罩戴；对折口罩在以鼻梁为轴的中轴线上从口罩下眼睑处到下巴处热熔添加一条起支撑作用的成型条，继续在以鼻梁为轴的中轴线上在下巴处以下位置继续热熔添加一条起支撑作用的成型条，最后对成型后的口罩进行包装。
生产出了具有更小微孔结构的多层结构设计高过滤效率吸附口罩，提高了口罩的过滤效果，而且口罩成型方法简单，便于工业化生产，具有很好的经济价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，由远离口鼻到靠近口鼻的顺序包括第一层白色无纺布、第二层无纺棉、第三层熔喷布、第四层熔喷布、第五层熔喷布、第六层白色无纺布6层结构，且在第三层熔喷布和第四层熔喷布之间添加有具有吸附有害气体功能的325目的白色纳米微孔吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，白色纳米微孔吸附剂为镁铝类水滑石结构在马弗炉中450～550℃灼烧得到的镁铝复合金属氧化物。
3.根据权利要求1所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，第六层白色无纺布重量大于第一层白色无纺布重量；第一层白色无纺布的克重为25-30g/m2，第六层白色无纺布克重为50-60g/m2。
4.根据权利要求3所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，第三层熔喷布、第四层熔喷布和第五层熔喷布重量范围相同。
5.根据权利要求4所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，第三层熔喷布、第四层熔喷布和第五层熔喷布重量范围均为25-35g/m2。
6.根据权利要求5所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，第二层无纺棉克重为40-50g/m2。
7.根据权利要求1所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，其特征在于，6层结构的幅宽均为18cm。
8.一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的制备方法，其特征在于，制备上述权利要求1-7任意一项所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩，将六层构成口罩的原料卷轴按顺序放置在输送原料卷轴的输送装置上；由输送装置输送原料卷轴进入添加白色纳米微孔吸附剂的刷粉装置中，并在第四层熔喷布上粉刷白色纳米微孔吸附剂；粉刷完璧后，将六层原料卷轴输送到口罩成型装置进行成型，成型过程依次包括对六层原料卷轴靠近下眼睑处和下巴处以及下眼睑处和下巴处之间的位置进行热熔，在口罩靠近鼻梁处添加贴合鼻梁的鼻贴，对口罩边缘进行完全密封裁剪，热熔上佩戴口罩的口罩戴；最后对成型后的口罩进行包装。
9.根据权利要求8所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的制备方法，其特征在于，在口罩成型后包装前对折口罩在以鼻梁为轴的中轴线上从口罩下眼睑处到下巴处热熔添加一条起支撑作用的成型条。
10.根据权利要求9所述的一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩的制备方法，其特征在于，在口罩成型后包装前对折口罩在口罩继续在以鼻梁为轴的中轴线上在下巴处以下位置继续热熔添加一条起支撑作用的成型条。
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