CN111449329A - 一种可自然降解的纳米纤维环保口罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，由具有微纳梯度结构的核心过滤层以及口罩附属部件构成，其中微纳梯度结构的核心过滤层从内到外的结构依次为内层过滤层、中间过滤层、外层支撑层，口罩附属部件为耳带和鼻夹，其中内层过滤层的纤维平均直径为100‑500nm，克重为0.05‑5g/m2，中间过滤层的纤维平均直径为600‑900nm，克重为0.1‑25g/m2，外层支撑层的纤维直径为1‑10μm，克重为5‑30g/m2。本发明制作口罩的全部材料均为可降解的绿色环保材料，口罩采用多层复合结构，其核心过滤层由具有梯度结构的微纳米纤维膜组成，其支撑层采用数十微米的可降解纤维组成，本发明采用静电纺丝技术制备微纳米梯度结构的核心过滤层，可实现对聚合物分子的原位极化，并提高核心过滤层的静电保持能力。

Description

一种可自然降解的纳米纤维环保口罩
技术领域
本发明涉及一种在自然环境中可完全降解的环保口罩，属于空气过滤领域。
背景技术
口罩是呼吸传染病预防、雾霾防护、有毒气体防护以及工业粉尘防护的重要物资，消耗量大。现有口罩主要采用聚丙烯材料。口罩内层和外层是纺粘聚丙烯纤维膜，主要起支撑作用；中间层为驻极荷电处理的熔喷聚丙烯纤维膜，主要起阻隔作用。聚丙烯材料是石油化工冶炼而成，在80℃以下，具有很强的耐酸碱、耐细菌腐蚀等的能力，在大气环境中自然降解的时间很长。引起世界关注的“白色污染”其主要材料就有聚丙烯。另一方面，口罩属于个体防护产品，流动性和分散性大，集中回收焚烧处理不仅成本大而且也难以实施。因此，大量废弃的聚丙烯口罩势必会对环境造成严重的破坏。
针对传统废弃口罩容易造成环境污染的问题，本发明提出一种可自然降解的纳米纤维环保口罩。该口罩的核心过滤层采用具有微纳梯度结构的纳米纤维滤膜，保证高效过滤和低的呼吸阻力；采用数十微米可降解材料的支撑层保证口罩使用时的力学性能。该种口罩在自然环境条件下数个月内可以完全降解为水和二氧化碳，消除传统口罩对环境污染的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，由具有微纳梯度结构的核心过滤层以及口罩附属部件构成，其中微纳梯度结构的核心过滤层从内到外的结构依次为内层过滤层、中间过滤层、外层支撑层，口罩附属部件为耳带和鼻夹，其中内层过滤层的纤维平均直径为100～500nm，克重为0.05～5g/m2，中间过滤层的纤维平均直径为600～900nm，克重为0.1～25g/m2，外层支撑层的纤维直径为1～10μm，克重为5～30g/m2。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其微纳梯度结构的核心过滤层采用熔体微分静电纺丝法，并在纺丝过程中施加二级电场，提高口罩荷电性能的保持能力，实现微纳梯度结构过滤层的绿色制备。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其中制作口罩的全部材料均为可降解的绿色环保材料，如：聚乳酸，聚羟基脂肪酸酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚己内酯，聚氨酯，聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯中的一种或多种材料。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其微纳梯度结构各层可以采用无纺形式，也可以采用取向纤维形式。当采用取向纤维形式时，各层之间取向排列角度为30～60°。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，使用所述材料制备的纤维丝与乳胶丝通过经编衬纬的工艺方法制备耳带。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其梯度结构的粗纤维中加入了微米级无机颗粒，使粗纤维呈现串珠结构，增加纤维膜的蓬松度，并在纤维后方形成涡流区，提高对粉尘的捕获效率。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，可在制备微纳梯度纤维膜过程中加入杀菌等材料，制备杀菌的可降解微纳环保口罩。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，可在制备微纳梯度纤维膜过程中加入清新空气，去除材料异味，制备清新空气的可降解微纳环保口罩。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，可在制备微纳梯度纤维膜过程中加入保健中草药等材料，制备保健的可降解微纳环保口罩。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其口罩降解方式可为自然条件下，露天降解。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其口罩降解方式可为填埋在土壤里降解。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其口罩降解方式可与其他生活垃圾(如：厨余垃圾、人畜排泄物等)进行堆肥处理，从而降解。
本发明一种可自然降解的纳米纤维环保口罩：(1)制作口罩的全部材料均为可降解的绿色环保材料，如：聚乳酸，聚羟基脂肪酸酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚己内酯，聚氨酯，聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯；(2)口罩采用多层复合结构，其核心过滤层由具有梯度结构的微纳米纤维膜组成，其支撑层采用数十微米的可降解纤维组成。(3)采用静电纺丝技术制备微纳米梯度结构的核心过滤层，实现对聚合物分子的原位极化，提高核心过滤层的静电保持能力。
附图说明
图1是一种可自然降解的纳米纤维环保口罩示意图。
图2是一种可自然降解的纳米纤维环保口罩结构。
图3是该口罩的内层过滤层。
图4是该口罩的中间过滤层。
图5是该口罩的外层支撑层。
图中：1-内层过滤层；2-中间过滤层；3-外层支撑层；4-鼻夹；5-耳带。
具体实施方式
本发明提出一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，由具有微纳梯度结构的核心过滤层以及口罩附属部件组成，如图1-2所示，其中微纳梯度核心过滤层从内到外的结构依次为内层过滤层1、中间过滤层2、外层支撑层3，口罩附属部件为鼻夹4、耳带5。其中口罩的微纳梯度核心过滤层以及口罩附属部件均采用绿色环保的材料如：聚乳酸，聚羟基脂肪酸酯，聚丁二酸丁二醇酯，聚己内酯，聚氨酯，聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯等。利用熔体微分静电纺丝技术制备口罩的微纳梯度核心过滤层，其梯度为：内层过滤层1：纤维直径为100～500nm，克重为0.05～5g/m2的可降解纤维膜，如图3所示；中间过滤层2：纤维直径为600～900nm，克重为0.1～25g/m2的可降解纤维膜，如图4所示；外层支撑层3：纤维直径为1～10μm，克重为5～30g/m2的可降解纤维膜，如图5所示。当核心过滤层三层纤维膜采取取向纤维形式时，各层之间可采取30～60°的角度进行超声焊接。与此同时，使用所述材料制备的纤维丝与乳胶丝通过经编衬纬的工艺方法制备可降解的耳带5。最后通过口罩机将鼻夹4、耳带5连接到口罩主体结构上。
在制备过程中可以添加微纳米级无机颗粒，使得粗纤维成串珠结构；也可以在微纳梯度结构中加入各种抗菌杀毒微纳米颗粒，提高口罩的抗菌杀毒功能。特别是在纺丝过程中施加二级电场，提高口罩荷电性能的保持能力，从而提高口罩的使用性能。
口罩使用过后，在自然条件下，可采用露天降解、填埋在土壤里降解、或与其他生活垃圾(如：厨余垃圾、人畜排泄物等)进行堆肥降解的降解方式进行降解。
实施例1：
采用聚乳酸为口罩的主要材料，采用熔体微分静电纺丝技术，并以辊子收集的方式进行收集，制备平均直径为300nm，面密度为0.3g/m2的聚乳酸纳米纤维取向膜，用于制作微纳梯度结构的内层过滤层1。通过调节熔体微分静电纺丝的纺丝电压，改变电场的牵伸力，并以辊子收集的方式进行收集，制备平均直径为800nm，面密度为3g/m2的取向纳米纤维膜，用于制作微纳梯度结构的中间过滤层2。将聚乳酸材料与平均直径为10nm的二氧化硅粉体按2％的比例进行共混，然后进一步降低纺丝电压，制备平均直径为5～10μm，面密度为10g/m2的粗纤维，用于制作微纳梯度结构的外层支撑层3。将微纳梯度结构的内层过滤层1、中间过滤层2、外层支撑层3以60°的结构进行排列，然后采用超声焊接的方式对边缘进行焊接，形成核心过滤层。使用聚乳酸纤维丝与乳胶丝通过经编衬纬的工艺方法制备可降解的耳带5。
将核心过滤层两侧铺上直径为数十微米的聚乳酸纤维膜，再次采用超声焊接对复合膜边缘进行焊接得到复合膜。最后采用口罩机将鼻夹4、耳带5等附属结构连接到复合膜上，形成一种可自然降解的纳米纤维环保口罩。经过测试，测得该口罩对直径为0.1微米的NaCL气溶胶颗粒过滤效率可达99％，吸气阻力约100Pa。

Claims (10)

1.一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：由具有微纳梯度结构的核心过滤层以及口罩附属部件构成，其中微纳梯度结构的核心过滤层从内到外的结构依次为内层过滤层、中间过滤层、外层支撑层，口罩附属部件为耳带和鼻夹，其中内层过滤层的纤维平均直径为100～500nm，克重为0.05～5g/m2，中间过滤层的纤维平均直径为600～900nm，克重为0.1～25g/m2，外层支撑层的纤维直径为1～10μm，克重为5～30g/m2。
2.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：微纳梯度结构的核心过滤层采用熔体微分静电纺丝法，并在纺丝过程中施加二级电场。
3.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：制作口罩的全部材料均为可降解的绿色环保材料。
4.根据权利要求3所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：制作材料为聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚氨酯，聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯中的一种或多种材料。
5.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：微纳梯度结构各层采用无纺形式，或采用取向纤维形式。
6.根据权利要求5所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：采用取向纤维形式，各层之间取向排列角度为30～60°。
7.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：梯度结构的粗纤维中加入了微米级无机颗粒，使粗纤维呈现串珠结构，增加纤维膜的蓬松度。
8.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：制备微纳梯度纤维膜过程中加入杀菌等材料或在制备微纳梯度纤维膜过程中加入清新空气，或在制备微纳梯度纤维膜过程中加入保健中草药等材料。
9.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：口罩降解方式可为自然条件下，露天降解；或为填埋在土壤里降解；或与厨余垃圾、人畜排泄物进行堆肥处理，从而降解。
10.根据权利要求1所述的一种可自然降解的纳米纤维环保口罩，其特征在于：将核心过滤层两侧铺上直径为数十微米的聚乳酸纤维膜，采用超声焊接对复合膜边缘进行焊接，最后采用口罩机将鼻夹、耳带等附属结构连接到复合膜上得到最终的制品。
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