CN110301699A - 一种电除尘口罩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电除尘口罩，包括：两层相对平行设置的纳米纤维薄膜、设置在两层纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层纳米纤维薄膜外侧的无纺布，其中，电除尘口罩还包括用于对电导丝网进行供电的电源组合。

Description

一种电除尘口罩
技术领域
本发明涉及呼吸防护用品领域，具体涉及一种电除尘口罩。
背景技术
环境空气中的空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物简称为PM 2.5，PM2.5和气溶胶污染是雾霾的根本成因。PM 2.5易于搭载各类有害病菌，对人体呼吸系统、心血管系统、生殖与神经系统均造成严重的损伤，甚至导致癌症的发生，富有毒性的极细微颗粒物可通过呼吸方式进入人体，并且无法通过代谢排出，会对人体健康造成不可逆转的损害。
呼吸防护用品特别是防粉尘口罩对于防止颗粒污染物进入人体、减少其对人体健康损害及预防疾病传播具有重要作用。国家标准中对防雾霾口罩提出了最低过滤效率要达到90％(KN90)的要求，故此类口罩的过滤材料需具备孔径小、孔数多、负载体积大、有一定吸附性和粘性等特点。防尘口罩的各层过滤材料一般都由非织造布组成，并且依靠纤维过滤的方式实现过滤功能。通常纤维过滤粉尘原理有五个方面：电吸附、重力沉积、惯性沉积、扩散沉积效应以及直接捕获。因此，市面上主流防粉尘口罩往往只能过滤较大的颗粒物如粉尘等，对空气动力学当量直径极微小的颗粒物则效果不佳。此外，市面上主流防粉尘口罩吸气、呼气阻力都比较大，舒适度较差，不适合使用者长时间佩戴。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种电除尘口罩。
本发明提供了一种电除尘口罩，具有这样的特征，包括：两层相对平行设置的纳米纤维薄膜、设置在两层纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层纳米纤维薄膜外侧的无纺布，其中，电除尘口罩还包括用于对电导丝网进行供电的电源组合。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，电源组合包括可充电锂电池、电阻元件、电源开关以及USB充电接口，可充电锂电池、电阻元件、电源开关以及USB充电接口均胶粘在无纺布外侧。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，无纺布的纤维直径为50μm～100μm。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，纳米纤维薄膜是先由纳米纤维层原料经电纺丝工艺制成高分子纳米纤维，然后再由高分子纳米纤维交错排布形成多孔结构的纳米纤维薄膜。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，纳米纤维薄膜的原料为合成高分子或天然高分子，合成高分子为聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚酰亚胺以及尼龙中的任意一种，天然高分子为丝素蛋白或葡萄糖。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，纳米纤维薄膜的纤维直径为20nm～300nm。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，电导丝网为网格状、三角格状或者蜂窝状结构，电导丝网的端部连接可充电锂电池。
在本发明提供的电除尘口罩中，还可以具有这样的特征：其中，电导丝网的材料为铜丝、银丝或者丝状碳纤维中的任意一种。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的电除尘口罩，因为包括两层相对平行设置的纳米纤维薄膜、设置在两层纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层纳米纤维薄膜外侧的无纺布。所以，本发明的电除尘口罩中，借助的电导丝网的捕集作用，在通电时，可以有效截留荷电及未荷电颗粒物，从而有效去除烟气中的颗粒物，整体除尘效果良好。并且其制备工艺简单，成本低廉，适合大批量生产使用。
附图说明
图1是本发明的实施例中电除尘口罩的结构示意图；
图2是本发明的实施例中各滤层的结构示意图；以及
图3是本发明的实施例中电导丝网的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的电除尘口罩作具体阐述。
<实施例一>
图1是本发明的实施例中的结构示意图。
图2是本发明的实施例中的各滤层结构示意图。
如图1、2所示，口罩100整体为长方形，包括两层相对平行设置的纳米纤维薄膜101、设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜101内侧的电导丝网102以及设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜101外侧的无纺布103。
纳米纤维薄膜101由纳米纤维层原料经电纺丝工艺制成高分子纳米纤维，然后再由高分子纳米纤维交错排布形成多孔结构的纳米纤维薄膜101。
纳米纤维层的原料为聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚酰亚胺、尼龙等合成高分子或丝素蛋白、葡萄糖等天然高分子，在本实施例中为聚四氟乙烯。
电纺丝工艺制备高分子纳米纤维薄膜101的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将聚四氟乙烯溶解到质量分数5％的N,N二甲基甲酰胺中，配制成前驱体溶液，前驱体溶液总体质量浓度为0.015～0.05％。
步骤2，前驱体溶液通过溶液推进系统加入到电纺丝装置中，纤维材料接受距离108nm～2×108nm，设置电压15-30KV，前躯体溶液的注入速率为0.5-2mL/h，并将防护层放置到电极接受系统的铝箔上进行高分子纳米纤维的接收，得到单层高分子纳米纤维基底。
步骤3，控制电纺丝过程的时间，在防护层上得到具有一定厚度的单层高分子纳米纤维基底，并将单层高分子纳米纤维基底交替叠放，得到多层高分子纳米纤维基底。
步骤4，将单层高分子纳米纤维基底交替叠放5-10次，在本实施例中为6次，高分子纳米纤维薄膜101的厚度为10μm-200μm，在本实施例中为100μm。
制成的纳米纤维薄膜101的纤维直径为20nm～300nm，在本实施例中为150nm。
电导丝网102使用平纹编织工艺或者斜纹编织工艺，在本实施例中为平纹编织工艺，在编织时电导丝分为经线丝和纬线丝，每根经丝交叉地在每根纬丝上下穿过，经线和纬线成90度角进行编织，编完一级再编下一级。编织完成的电导丝网102，在右端引出两根导线，以连接可充电锂电池104的阳极和阴极。
图3是本发明的实施例中的电导丝网102结构示意图。
如图3所示，电导丝网102为网格状、三角格状或者蜂窝状结构，在本实施例中为网格状，电导丝网102的端部连接可充电锂电池104。
电导丝网102的材料使用铜丝、银丝或者丝状碳纤维，在本实施例中为铜丝，铜丝直径为0.1～0.2mm，在本实施例中为0.1mm，编织网格状结构孔隙面积为1mm2～4mm2，在本实施例中为1mm2。
在本实施例中使用的无纺布103纤维直径为50μm。
口罩还包括电源组合，电源组合包括可充电锂电池104、电阻元件、导线、电源开关105以及USB充电接口106。
USB充电接口通过导线连接可充电锂电池104，可充电锂电池104通过导线连接电阻元件，电阻元件通过导线连接电源开关105，电源开关通过导线连接电导丝网102，从而通过控制电源开关105即可控制电导丝网102的通断电。
可充电锂电池104的电池容量为200mAh，放电电压2V，电阻元件的电阻1000Ω，控制电导丝网102流经电流为2mA。
口罩的两个短边上分别连接两段挂耳绳107。
远离使用者面部一侧的无纺布103的中上部设有鼻托108。鼻托108为一条长90mm、宽5mm以及厚度为0.2mm薄铁片，在口罩使用时，鼻翼处由鼻托108紧密贴合，鼻翼两边由口罩上缘与脸颊部分紧密贴合，消除缝隙。
电除尘口罩组装：将两层无纺布103、两层纳米纤维薄膜101以及电导丝网102按照最先无纺布103、纳米纤维薄膜101、电导丝网102、纳米纤维薄膜101以及无纺布103的顺序通过封装机构在边缘进行胶封装，其中电导丝网102引出两根导线穿出纳米纤维薄膜101和外层无纺布103。使用复合胶将带有电源开关的可充电锂电池104黏合在外层无纺布103上，将电导丝网102的导线与可充电锂电池104的阳极和阴极连接，在阳极导线上串联电阻元件。
将实施例一制备的样品和某品牌9001V型口罩统一进行测试，按照《日常防护型口罩技术规范》GB/T23610-2016进行口罩测试。测试设备为SX-L1053滤料测试机，测试条件控制环境温度20℃，相对湿度35％，气流速度85L/min。
测试结果如表1所示：
表1数据结果表
口罩 实施例一 9001V型口罩
总吸气阻力(Pa) 69 73
呼气阻力(Pa) 51 51
颗粒物过滤效率 99.1 93.5
微生物过滤效率 98.8 76
实施例一的作用与效果
根据本发明所涉及的电除尘口罩，因为两层相对平行设置的纳米纤维薄膜，设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜外侧的两层无纺布。
所以，本发明的电除尘口罩中，借助新添加的电导丝网的捕集作用，在通电时，可以有效截留荷电及未荷电颗粒物，有效去除烟气中的颗粒物，整体除尘效果良好。并且其制备工艺简单，成本低廉，适合大批量生产使用。
更进一步地，本发明的纳米纤维层使用电纺丝工艺制备的纳米纤维滤膜不仅直径小且比表面积高，增强过滤效率高，还能有效降低空气阻力。
更进一步地，本发明的电导丝网，在电场力、扩散沉积、惯性碰撞力、直接截留以及重力沉淀的作用下被金属网截留，有效去除大小颗粒物。
更进一步地，本发明的电导丝网及锂电池板，通过电流仅2mA，可以确保使用者安全。
更进一步地，本发明的纳米纤维过滤膜过滤效率高，制成的产品安全无毒，不会引起过敏反应，在环境中可自然降解，是一种环境友好的产品。
通过实验验证，本实施例一中所涉及的口罩与9001V型口罩相比，例一的总吸气阻力较小、呼气阻力一样、例一的颗粒物过滤效率较高以及例一的微生物过滤效率较高。从以上的总吸气阻力、呼气阻力、颗粒物过滤效率以及微生物过滤效率数据得出例一口罩的综合性能较优。
<实施例二>
在本实施例中除电导丝网的结构孔隙改变为4mm2以外，其他参数环境均与实施例一相同。
将实施例二制备的样品和某品牌9001V型口罩统一进行测试，按照《日常防护型口罩技术规范》GB/T23610-2016进行口罩测试。测试设备为SX-L1053滤料测试机，测试条件控制环境温度20℃，相对湿度35％，气流速度85L/min。
测试结果如表2所示：
表2数据结果表
口罩 实施例二 9001V型口罩
总吸气阻力(Pa) 56 73
呼气阻力(Pa) 43 51
颗粒物过滤效率 98.5 93.5
微生物过滤效率 97.3 76
实施例二的作用与效果
根据本发明所涉及的电除尘口罩，因为两层相对平行设置的纳米纤维薄膜，设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜外侧的两层无纺布。
所以，本发明的电除尘口罩中，借助新添加的电导丝网的捕集作用，在通电时，可以有效截留荷电及未荷电颗粒物，有效去除烟气中的颗粒物，整体除尘效果良好。并且其制备工艺简单，成本低廉，适合大批量生产使用。
更进一步地，本发明的纳米纤维层使用电纺丝工艺制备的纳米纤维滤膜不仅直径小且比表面积高，增强过滤效率高，还能有效降低空气阻力。
更进一步地，本发明的电导丝网，在电场力、扩散沉积、惯性碰撞力、直接截留以及重力沉淀的作用下被金属网截留，有效去除大小颗粒物。
更进一步地，本发明的电导丝网及锂电池板，通过电流仅2mA，可以确保使用者安全。
更进一步地，本发明的纳米纤维过滤膜过滤效率高，制成的产品安全无毒，不会引起过敏反应，在环境中可自然降解，是一种环境友好的产品。
通过实验验证，本实施例一中所涉及的口罩与9001V型口罩相比，例二的总吸气阻力较小、例二的呼气阻力较小、例二的颗粒物过滤效率较高以及例二的微生物过滤效率较高。从以上的总吸气阻力、呼气阻力、颗粒物过滤效率以及微生物过滤效率数据得出例二口罩的综合性能较优。
<实施例三>
在本实施例中除电导丝网的铜丝直径改变为0.2mm以外，其他参数环境均与实施例一相同。
将实施例一制备的样品和某品牌9001V型口罩统一进行测试，按照《日常防护型口罩技术规范》GB/T23610-2016进行口罩测试。测试设备为SX-L1053滤料测试机，测试条件控制环境温度20℃，相对湿度35％，气流速度85L/min。
测试结果如表3所示：
表3数据结果表
实施例三的作用与效果
根据本发明所涉及的电除尘口罩，因为两层相对平行设置的纳米纤维薄膜，设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜外侧的两层无纺布。
所以，本发明的电除尘口罩中，借助新添加的电导丝网的捕集作用，在通电时，可以有效截留荷电及未荷电颗粒物，有效去除烟气中的颗粒物，整体除尘效果良好。并且电导丝网拆卸清洗简便，可多次重复使用，其制备工艺简单，成本低廉，适合大批量生产使用。
更进一步地，本发明的纳米纤维层使用电纺丝工艺制备的纳米纤维滤膜不仅直径小且比表面积高，增强过滤效率高，还能有效降低空气阻力。
更进一步地，本发明的电导丝网，在电场力、扩散沉积、惯性碰撞力、直接截留以及重力沉淀的作用下被金属网截留，有效去除大小颗粒物。
更进一步地，本发明的电导丝网及锂电池板，通过电流仅2mA，可以确保使用者安全。
更进一步地，本发明的纳米纤维过滤膜过滤效率高，制成的产品安全无毒，不会引起过敏反应，在环境中可自然降解，是一种环境友好的产品。
通过实验验证，本实施例一中所涉及的口罩与9001V型口罩相比，例三的总吸气阻力较小、例三的呼气阻力较大、例三的颗粒物过滤效率较高以及例三的微生物过滤效率较高。从以上的总吸气阻力、呼气阻力、颗粒物过滤效率以及微生物过滤效率数据得出例三口罩的综合性能较优。
<实施例四>
在本实施例中除电导丝网的结构孔隙改变为2mm2以及铜丝直径改变为0.2mm以外，其他参数环境均与实施例一相同。
实施例1-4口罩过滤效率以及杀菌效率测试
将实施例1-4的制备样品以及某品牌9001V型口罩统一进行测试，按照《日常防护型口罩技术规范》GB/T23610-2016进行口罩测试。测试设备为SX-L1053滤料测试机，测试条件控制环境温度20℃，相对湿度35％，气流速度85L/min。
测试结果如表4所示：
表4数据结果表
实施例四的作用与效果
根据本发明所涉及的电除尘口罩，因为两层相对平行设置的纳米纤维薄膜，设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层相对平行设置的纳米纤维薄膜外侧的两层无纺布。
所以，本发明的电除尘口罩中，借助新添加的电导丝网的捕集作用，在通电时，可以有效截留荷电及未荷电颗粒物，有效去除烟气中的颗粒物，整体除尘效果良好。并且电导丝网拆卸清洗简便，可多次重复使用，其制备工艺简单，成本低廉，适合大批量生产使用。
更进一步地，本发明的纳米纤维层使用电纺丝工艺制备的纳米纤维滤膜不仅直径小且比表面积高，增强过滤效率高，还能有效降低空气阻力。
更进一步地，本发明的电导丝网，在电场力、扩散沉积、惯性碰撞力、直接截留以及重力沉淀的作用下被金属网截留，有效去除大小颗粒物。
更进一步地，本发明的电导丝网及锂电池板，通过电流仅2mA，可以确保使用者安全。
更进一步地，本发明的纳米纤维过滤膜过滤效率高，制成的产品安全无毒，不会引起过敏反应，在环境中可自然降解，是一种环境友好的产品。
通过实验验证，从例一、例二、例三、例四以及9001V型口罩的总吸气阻力、呼气阻力、颗粒物过滤效率以及微生物过滤效率的数据得出例二口罩的综合性能最好。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电除尘口罩，其特征在于，包括：
两层相对平行设置的纳米纤维薄膜、设置在两层所述纳米纤维薄膜内侧的电导丝网以及设置在两层所述纳米纤维薄膜外侧的无纺布，
其中，所述电除尘口罩还包括用于对所述电导丝网进行供电的电源组合。
2.根据权利要求1所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述电源组合包括可充电锂电池、电阻元件、电源开关以及USB充电接口，所述可充电锂电池、所述电阻元件、所述电源开关以及所述USB充电接口均胶粘在所述无纺布外侧。
3.根据权利要求1所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述无纺布的纤维直径为50μm～100μm。
4.根据权利要求1所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述纳米纤维薄膜是先由纳米纤维层原料经电纺丝工艺制成高分子纳米纤维，然后再由所述高分子纳米纤维交错排布形成多孔结构的纳米纤维薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述纳米纤维薄膜的原料为合成高分子或天然高分子，所述合成高分子为聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚酰亚胺以及尼龙中的任意一种，所述天然高分子为丝素蛋白或葡萄糖。
6.根据权利要求1所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述纳米纤维薄膜的纤维直径为20nm～300nm。
7.根据权利要求2所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述电导丝网为网格状、三角格状或者蜂窝状结构，电导丝网的端部连接所述可充电锂电池。
8.根据权利要求4所述的一种电除尘口罩，其特征在于：
其中，所述电导丝网的材料为铜丝、银丝或者丝状碳纤维中的任意一种。
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