CN108252085B - 抗菌布及其制备方法、防雾霾口罩 - Google Patents

抗菌布及其制备方法、防雾霾口罩 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生活用品领域，提供一种抗菌布及其制备方法、防雾霾口罩。一种抗菌布的制备方法，包括布料浸润在质量分数为0.5‑10％的Ag+溶液中，然后提供紫外光进行照射，使Ag+还原为纳米Ag；照射还原后进行干燥即可得到所需的抗菌布。该抗菌布的制备方法工艺较为简单，成本较低。本发明还提供一种抗菌布及一种防雾霾口罩。

Description

抗菌布及其制备方法、防雾霾口罩
技术领域
本发明涉及生活用品领域，尤其涉及一种抗菌布及其制备方法、防雾霾口罩。
背景技术
近年来，我国经济高速发展，人民生活水平日益提高。但是与此同时，我国的空气污染问题也越来越严重。特别是2013年以来，我国多地频发雾霾天气，给生态环境以及人的正常生活带来影响。而可吸入颗粒物是造成雾霾的罪魁祸首，其中的细颗粒物(PM2.5)会直接进入人的肺泡甚至血液系统，造成心血管疾病。因此，越来越多的消费者会在出行时选择防雾霾口罩。
当前我国市场上的防雾霾口罩产品主要有N90口罩、N95口罩以及可以插入滤片的插片式口罩。但是调查和测试结果显示，市面上的现有产品很多与其宣传不符，防护效果并不好。另外，自2013年以来，我国关于防雾霾口罩的专利申请量逐年增长。研究人员从外观设计、结构以及材料等方面入手，发明了一系列具有防雾霾的口罩产品。但是，很多发明工艺较为复杂，成本较高，实现工业化的现象并不普遍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗菌布及其制备方法、防雾霾口罩，该抗菌布的制备方法工艺较为简单，成本较低，且制得的抗菌布的抗菌性能好，利用该抗菌布作为抗菌层的防雾霾口罩具有良好的抗菌功能。
为解决上述技术问题，发明采用如下所述的技术方案。一种抗菌布的制备方法，包括布料浸润在质量分数为0.5-10％的Ag+溶液中，然后提供紫外光进行照射，使Ag+还原为纳米Ag；照射还原后进行干燥即可得到所需的抗菌布。
优选地，所述紫外光的波长为200-400nm。
优选地，所述紫外光照射时长为5-60min。
优选地，所述干燥温度为100-300℃，干燥时长为1-4h。
优选地，所述布料为活性炭布。
一种抗菌布，采用上述的抗菌布的制备方法制备得到。
优选地，所述抗菌布上所负载的纳米银的平均粒径为60-80nm。
一种防雾霾口罩，包括口罩本体和设置在口罩本体内的抗菌层，所述抗菌层为上述的抗菌布。
优选地，所述口罩本体内侧还设置滤片，所述滤片包括棉布层、麻布层、PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层、活性炭布层中的一种或几种。
优选地，所述滤片包括叠加设置的PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层和活性炭布层。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种抗菌布的制备方法，利用紫外光照射将Ag+还原为纳米Ag，照射还原后进行干燥即可得到负载有纳米Ag的抗菌布，抗菌效果好，且工艺简单，适于大规模生产。
本发明还提供了一种抗菌布，具有抗菌效果好的优点。
本发明还提供了一种防雾霾口罩，包括口罩本体和设置在口罩本体内的抗菌层，抗菌层采用上述的抗菌布，抗菌效果好。
附图说明
图1是本发明所提供的防雾霾口罩的结构示意图。
图2是实验组1-1、1-2、1-3的XRD谱图；其中a为实验组1-1的XRD谱图，b为实验组1-2的XRD谱图，c为实验组1-3的XRD谱图。
图3是实验组1-1、1-2、1-3的扫描电子显微镜图像；其中a、b分别为实验组1-1不同放大倍数下的图像，c、d分别为实验组1-2不同放大倍数下的图像，e、f分别为实验组1-3不同放大倍数下的图像；f右上角为方框处的能谱分析结果。
图4是实验组1-3、1-4、1-5的XRD谱图；其中a为实验组1-4的XRD谱图，b为实验组1-5的XRD谱图，c为实验组1-3的XRD谱图。
图5是实验组1-3、1-4、1-5的扫描电子显微镜图像；其中a、b分别为实验组1-4不同放大倍数下的图像，c、d分别为实验组1-5不同放大倍数下的图像，e、f分别为实验组1-3不同放大倍数下的图像；b右上角为方框处的能谱分析结果。
图6是用于测试过滤性能的测试箱的结构示意图。
图7是实验组2-1的过滤效率的变化曲线图。
图8是实验组2-2的过滤效率的变化曲线图。
图9是实验组2-3的过滤效率的变化曲线图。
图10是实验组2-4的过滤效率的变化曲线图。
图11是实验组2-5的过滤效率的变化曲线图。
图12是实验组2-6的过滤效率的变化曲线图。
图13是实验组2-7的过滤效率的变化曲线图。
图14是实验组2-8的过滤效率的变化曲线图。
图15是实验组2-9及对比组的过滤效率的变化曲线图；其中a为对比组的过滤效率的变化曲线图，b为实验组2-9的过滤效率的变化曲线图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对发明做进一步的阐述。
实施例一
一种抗菌布的制备方法，包括将布料浸润在质量分数为0.5-10％的Ag+溶液中，然后提供紫外光进行照射，使Ag+还原为纳米Ag；照射还原后进行干燥即可得到所需的抗菌布。
首先，仅需提供Ag+溶液，原料成本低且不会引入杂质，更不会引入除银以外的化学试剂，既能保证载银的纯度，也能保证其能很好的将其用于口罩中，不会对人体造成影响；其次，通过紫外光照射即可使Ag+还原为纳米Ag，然后进行干燥即可，工艺简单，适合大规模生产；再有，通过确定Ag+溶液的质量分数，能确保载银量，并且避免浪费；最后，所得到的抗菌布抗菌效果好，能很好的作为抗菌层用于口罩中。
其中，布料可以是棉布、麻布、PP熔喷非织造布、针刺静电棉或活性炭布；优选的是，所述布料为活性炭布，其吸附性好，浸润时能很好的吸附Ag+，从而通过紫外光照射还原后能很好的形成纳米Ag，并且活性炭布的透气性好，当用于口罩中时，还能吸附部分有害气体，通过纳米Ag和活性炭材料的双重作用实现抗菌。
优选地，所述紫外光的波长为200-400nm，通过确定波长范围，保证还原效果。更好的是，所述紫外光的波长为300-400nm，在一些具体实施例中，所述紫外光的波长为365nm。紫外光照射时长较短时，还原不彻底；紫外光照射时长较长，造成能量的浪费，影响生产成本。优选地，所述紫外光照射时长为5-60min，保证足够的还原时间。
在一些优选的实施例中，所述Ag+溶液的质量分数为0.5-6％。当Ag+溶液的质量分数为0.5-1.5％时，所述紫外光照射时长优选为5-20min；当Ag+溶液的质量分数为1.5-3.5％时，所述紫外光照射时长优选为10-30min；当Ag+溶液的质量分数为3.5-6％时，所述紫外光照射时长优选为20-40min。
优选地，所述干燥温度为100-300℃，干燥时长为1-4h。通过确定干燥温度和时长，能较快较好的去除布料中的水分。在一些具体实施例中，所述干燥温度为150℃，干燥时长为2h。
实施例二
一种抗菌布，采用实施例一中所提供抗菌布的制备方法制备得到，由于其负载有纳米Ag，具有抗菌效果好的优点。并且由于通过物理还原的方式实现纳米Ag的负载，不引入除银源以外的化学试剂，尤其适用于如口罩等生活用品中。在一些优选的实施例中，所述抗菌布上所负载的纳米银的平均粒径为60-80nm。
实施例三
如图1所示，一种防雾霾口罩，包括口罩本体1和设置在口罩本体1内侧的抗菌层，所述抗菌层为实施例二中所提供的抗菌布。在口罩本体1两侧设置挂耳2，在一些实施例中，可以缝制在口罩本体1内侧；在一些优选的实施例中，可以设置夹层3，夹层3至少一边与口罩本体1之间至少不缝合，即夹层3与口罩本体1之间形成开口处，将所述抗菌层放置于口罩本体1与夹层3之间，并能从开口处取出，便于更换。该防雾霾口罩具有成本低，抗菌效果好的优点。
优选地，所述口罩本体1内侧还设置滤片，所述滤片包括棉布层、麻布层、PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层、活性炭布层中的一种或几种。该滤片位于口罩本体1与抗菌层之间，空气依次通过口罩本体1、滤片、抗菌层。
优选地，所述滤片包括叠加设置的PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层和活性炭布层，其过滤效果好。PP熔喷非织造布具有纤维超细、比表面积大、孔隙小、空隙率高等特点，在一般性过滤中能够发挥高效、低阻、节能的优势，达到良好的滤除粉尘和细菌等有害颗粒的目的；针刺静电棉具有高过滤效率、低过滤阻力、容尘量大等优点；活性炭布具有良好的吸附性能，厚度薄、透气性好，易于热合成形，可有效吸附各种工业废气，如苯、甲醛、氨气、二氧化硫等。
在一些优选的实施例中，所述滤片由外至内依次为PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层和活性炭布层，可以理解，空气是依次通过PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层和活性炭布层的，通过确定设置顺序，进一步提高过滤效果。在一些优选的实施例中，所述口罩本体1由棉布制成，具有良好的吸湿性和透气性，且舒适度好。
下面提供一些实验组及对比组
1、抗菌布
实验组1-1
(1)AgNO3溶液的制备
取1只烧杯，倒入20mL蒸馏水。随后用电子分析天平称取0.2020gAgNO3加入烧杯中，用玻璃棒充分搅拌至溶解，即得质量分数为1％的AgNO3溶液。
(2)取一块面积为20cm2的活性炭布，称重得该活性炭布的质量为0.3681g；将活性炭布投入烧杯中，保证其完全浸润在AgNO3溶液中。
(3)浸渍15min后，将活性炭布取出，在波长为365nm的紫外灯下照射10min后，置于烘箱中于150℃下干燥2h即得所需的抗菌布。
实验组1-2
该实验组与实验组1-1的区别在于：AgNO3溶液的制备中为，称取0.6185gAgNO3加入烧杯中，得到质量分数为3％的AgNO3溶液。
实验组1-3
该实验组与实验组1-1的区别在于：AgNO3溶液的制备中为，称取1.0526gAgNO3加入烧杯中，得到质量分数为5％的AgNO3溶液。
实验组1-4
该实验组与实验组1-3的区别在于：在步骤(3)中为，在波长为365nm的紫外灯下照射10min。
实验组1-5
该实验组与实验组1-3的区别在于：在步骤(3)中为，在波长为365nm的紫外灯下照射20min。
针对上述实验组进行表征的结果如图2-图5所示。
图2为实验组1-1、1-2、1-3的XRD谱图；其中a为实验组1-1的XRD谱图，b为实验组1-2的XRD谱图，c为实验组1-3的XRD谱图。
从图中可以看出，a、b、c的XRD图谱与标准卡片上的基本一致，说明均已载上了纳米银颗粒，且出现了四个很显著的峰值，说明所负载的纳米银的晶体有四个晶面，分别是Ag(111)、Ag(200)、Ag(220)和Ag(311)，这是因为被电子束辐射的ACC区域内存在大量的取向较为复杂的细小晶体颗粒，属于多晶结构。再有，由于活性炭的存在，在2θ＝22.78°处也出现了衍射峰。此外可以根据XRD图，使用谢乐公式对样品所载纳米银的平均粒径进行计算，得出实验组1-1上所负载纳米银平均粒径为66nm，实验组1-2上所负载纳米银平均粒径为67nm，实验组1-3上所负载纳米银平均粒径为66nm。
图3为实验组1-1、1-2、1-3的扫描电子显微镜图像；其中a、b分别为实验组1-1不同放大倍数下的图像，c、d分别为实验组1-2不同放大倍数下的图像，e、f分别为实验组1-3不同放大倍数下的图像；f右上角为方框处的能谱分析结果。
通过图3可知，实验组1-1、1-2、1-3表面均有金属光泽的白色颗粒，且实验组1-1的最少，实验组1-3的最多。通过f右上角的能谱分析结果可知，在0.3ekV，3～3.5ekV内都出现了元素Ag的峰，同时氮含量几乎为零，证明样品上的银元素是以纳米银的形式存在。
由图2、图3所得结果及分析可知，AgNO3溶液的质量分数为5％的载银效果最好。
图4为实验组1-3、1-4、1-5的XRD谱图；其中a为实验组1-4的XRD谱图，b为实验组1-5的XRD谱图，c为实验组1-3的XRD谱图。
从图中可以看出，a、b、c的XRD图谱与标准卡片上的基本一致，说明均已载上了纳米银颗粒，且出现了四个很显著的峰值，说明所负载的纳米银的晶体有四个晶面，分别是Ag(111)、Ag(200)、Ag(220)和Ag(311)，这是因为被电子束辐射的ACC区域内存在大量的取向较为复杂的细小晶体颗粒，属于多晶结构。再有，由于活性炭的存在，在2θ＝22.78°处也出现了衍射峰。此外可以根据XRD图，使用谢乐公式对样品所载纳米银的平均粒径进行计算，得出实验组1-4上所负载纳米银平均粒径为66nm，实验组1-5上所负载纳米银平均粒径为76nm，实验组1-3上所负载纳米银平均粒径为66nm。
图5为实验组1-3、1-4、1-5的扫描电子显微镜图像；其中a、b分别为实验组1-4不同放大倍数下的图像，c、d分别为实验组1-5不同放大倍数下的图像，e、f分别为实验组1-3不同放大倍数下的图像；b右上角为方框处的能谱分析结果。可以理解，在该图中实验组1-3的扫描电子显微镜图像与图3中的一致，在这里是为了更好的进行对比样品表面形貌。
通过图5可知，实验组1-3、1-4、1-5表面均有金属光泽的白色颗粒，且实验组1-4的最少，实验组1-3的最多。通过b右上角的能谱分析结果可知，样品中N、Ag的含量较高，说明样品表面还残留有较多的AgNO3，稳定性不足，因此，实验组1-3的载银效果较实验组1-4的好。
由图4、图5所得结果及分析可知，当AgNO3溶液的质量分数为5％时，紫外光照射时长为30min的载银效果最好。
2、滤片
针对不同滤片进行过滤性能的测试，该测试在自制的测试箱中进行。如图6所示，测试箱是一个80cm×40cm×40cm的长方体，由透明亚克力板制成。测试箱中央有一块中央带有圆孔8的抽拉式隔板6，隔板6左侧是实验箱4，右侧是进烟箱5。测试时，圆孔8处贴上待测过滤层，进烟箱5和实验箱4内放置两个完全相同的空气检测仪，在进烟箱5放入点燃的香烟，并开风扇鼓吹。通过观察记录两个空气检测仪的PM2.5指数来比较探讨各过滤层的过滤性能。
实验组2-1
(1)利用棉布制成滤片；
(2)将抽拉式箱门抽出，通风，使箱内PM2.5指数与室外保持一致；
(3)将滤片贴在隔板的圆孔上，插入测试箱将进烟箱和实验箱隔开；
(4)将香烟点燃后放入进烟箱，并打开风扇，将箱门插入保证密封环境；
(5)每隔30s记录一次空气检测仪显示的PM2.5指数。
实验组2-2
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用麻布制成滤片。
实验组2-3
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用PP熔喷非织造布制成滤片。
实验组2-4
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用针刺静电棉制成滤片。
实验组2-5
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用活性炭布制成滤片。
实验组2-6
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用PP熔喷非织造布及活性炭布制成滤片，且PP熔喷非织造布位于外侧，即远离实验箱一侧。
实验组2-7
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用针刺静电棉及活性炭布制成滤片，且针刺静电棉位于外侧，即远离实验箱一侧。
实验组2-8
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用PP熔喷非织造布及针刺静电棉制成滤片，且PP熔喷非织造布位于外侧，即远离实验箱一侧。
实验组2-9
该实验组与实验组2-1的区别在于：利用PP熔喷非织造布、针刺静电棉及活性炭布制成滤片，且由外至内依次为PP熔喷非织造布、针刺静电棉和活性炭布，也即从进烟箱进入实验箱的气体需要依次通过PP熔喷非织造布、针刺静电棉、活性炭布。
对比组
市售防雾霾口罩的滤片，品牌为徳贝诺。
通过记录实验箱的PM2.5指数变化情况，计算各实验组以及对比组的过滤效率，结果如图7-图15所示。
图7为实验组2-1的过滤效率的变化曲线图。从图7可以看出选用棉布为滤片在测试之初的过滤效率较高，但是随着时间增长，过滤效率不断降低，特别是时间过半后过滤效率急剧下降。在整个测试过程中，棉布的最高过滤效率为97.3％，最低过滤效率为12.21％，平均过滤效率为85.82％。
图8为实验组2-2的过滤效率的变化曲线图。从图8可以看出选用麻布为滤片在测试之初具有较好的过滤效率，但是这样的情况持续时间不到10min，过滤效率开始急剧下降，直到为零。在整个测试过程中，麻布的最高过滤效率为98.6％，平均过滤效率为56.63％。
图9为实验组2-3的过滤效率的变化曲线图。从图9可以看出选用PP熔喷非织造布为滤片在测试的前期一直具有较高的过滤效率，最高可达99.40％，这与PP熔喷非织造布的透气性较差具有一定的关系。在测试的最后，过滤效率在短时间内急剧下降，最终实验箱的PM2.5指数爆表，平均过滤效率为86.60％。可以得出，PP熔喷非织造布对PM2.5具有一定的阻隔作用，也证明了PP熔喷非织造布具有优良的过滤性能。所以，PP熔喷非织造布可以作为滤料使用，并且更为适合作为初效滤片发挥其过滤性能。
图10为实验组2-4的过滤效率的变化曲线图。从图10可以看出选用针刺静电棉为滤片在测试过程中一直保持着较高的过滤效率，最高达98.60％。但是在测试过程中的最后一小段时间内，过滤效率开始急剧下降，甚至出现了负过滤效率的现象，整个测试过程中的平均过滤效率为76.04％。
图11是实验组2-5的过滤效率的变化曲线图。从图11可以看出选用活性炭布为滤片除了测试初期对于PM2.5有一定的过滤作用外，在测试中后期，过滤效率急剧下降，平均过滤效率仅有50.02％。由此可以看出，活性炭布虽然具有良好的吸附作用，但是并不能长期吸附PM2.5，因此更适合利用其良好的吸附作用吸附异味，并作为负载纳米银抗菌的载体。
图12是实验组2-6的过滤效率的变化曲线图。从图12可以看出选用PP熔喷非织造布及活性炭布的组合为滤片时，对PM2.5的过滤效果并不乐观。除了在初期过滤效率较高外，测试的中后期过滤效率开始下降，最后为零。
图13是实验组2-7的过滤效率的变化曲线图，图14是实验组2-8的过滤效率的变化曲线图。从图13、14可以看出，针刺静电棉与其他材料组合作为滤片时，过滤效率明显增加。
图15是实验组2-9及对比组的过滤效率的变化曲线图；其中a为对比组的过滤效率的变化曲线图，b为实验组2-9的过滤效率的变化曲线图。从图中可以看出，市场上在售的滤片在测试的初始阶段具有较好的过滤效率，但是一段时间后，过滤效率开始急剧下降，直至为零，平均过滤效率只有49.61％，与普通的口罩并无差别。而实验组2-9中选用PP熔喷非织造布、针刺静电棉及活性炭布的组合作为滤片，在测试过程中一直保持较高的过滤效率，在测试的后期才开始有下降的趋势，且下降幅度不大，平均过滤效率达93.95％，具有较好的过滤效果。
由上述实验组以及对比组可知，所述滤片由棉布、麻布、PP熔喷非织造布、针刺静电棉、活性炭布中的一种或几种制成，也即所述滤片包括棉布层、麻布层、PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层、活性炭布层中的一种或几种。更好的是，所述滤片由PP熔喷非织造布与活性炭布制成，即所述滤片包括叠加设置的PP熔喷非织造布层和活性炭布；或者所述滤片由针刺静电棉与活性炭布制成，即所述滤片包括叠加设置的针刺静电棉层与活性炭布层；或者所述滤片由PP熔喷非织造布与针刺静电棉制成，即所述滤片包括叠加设置的PP熔喷非织造布层与针刺静电棉层；或者所述滤片由PP熔喷非织造布、针刺静电棉与活性炭布制成，即所述滤片包括叠加设置的PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层与活性炭布层。其中最优的是，所述滤片包括叠加设置的PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层与活性炭布层，且进一步的是，由外至内依次为PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层和活性炭布层。

Claims (4)

1.一种防雾霾口罩，其特征在于：包括口罩本体和设置在口罩本体内侧的抗菌布;
所述口罩本体内侧设置滤片，滤片由外至内依次包括叠加设置的PP熔喷非织造布层、针刺静电棉层和活性炭布层；
所述抗菌布的制备方法，包括将布料浸润在质量分数为1-10%的Ag+溶液中，然后提供紫外光进行照射，使Ag+还原为纳米Ag；照射还原后进行干燥即可得到所需的抗菌布；所述紫外光的波长为300-400nm；所述紫外光照射时长为10-60min；所述布料为活性炭布,其上所负载的纳米银的平均粒径为60-80nm。
2.如权利要求1所述的防雾霾口罩，其特征在于：所述抗菌布的制备方法中，干燥温度为100-300℃，干燥时长为1-4h。
3.如权利要求2所述的防雾霾口罩，其特征在于：所述抗菌布的制备方法中，Ag+溶液的质量分数为1-6%。
4.如权利要求1所述的防雾霾口罩，其特征在于：还设置夹层，夹层与口罩本体之间形成开口，所述抗菌层放置于口罩本体与夹层之间。
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