CN111493395A - 一种口罩及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种口罩，包括口罩本体，所述口罩本体包括由外向内依次设置的防护层、过滤层和亲肤层，所述过滤层包括微孔膜和织物基材，所述织物基材由合成纤维，Lyocell纤维，以及壳聚糖纤维和/或海藻纤维制成；所述合成纤维包括PP纤维、PET纤维和PA纤维中的一种或几种。本发明的口罩，过滤层为微孔膜与织物基材的复合材料，使得口罩的过滤机理由现有驻极处理技术的深层次过滤转变为微孔膜的物理表面过滤，且在呼吸的同时，由呼气过程完成对过滤层的反冲洗，过滤效果更好，可以达到重复使用的目的，通过对织物基材成分的设计，利用Lyocell纤维和壳聚糖纤维/海藻纤维的抑菌性能，实现了口罩的抑菌防臭效果。
Description
技术领域
本发明属于呼吸防护设备技术领域，具体地说，涉及一种口罩及其制备方法。
背景技术
有效的防护技术和防护材料的研发格外重要。口罩作为一种呼吸防护用品，可以对吸入 肺部的空气起到一定的过滤作用，因此是防疫的有力保障，也是有序复工复产的基本条件， 还是民众的心理安全屏障。在一次性非织造布口罩的产量和需求量严重失衡的情况下，可复 用型口罩的开发尤为重要。
现有一次性无纺布口罩通过对中间熔喷层进行驻极处理，使其能够长时间储存电荷，进 而可采用静电捕捉的原理对粉尘、飞沫等进行吸附，起到过滤空气的作用。该处理方式的缺 点为经过驻极处理的材料遇水失效，难以重复使用，同时长时间存储也会造成失效。另外， 一次性口罩的大量使用对于回收和环境安全也会产生一定的不利影响。
目前对于薄膜口罩的研究主要集中在应用PTFE纳米薄膜的方向。PTFE纳米薄膜纤维直 径在100～200纳米之间，可以把直径2500nm的PM2.5阻挡在外，具有阻隔性能好、气阻相 对小和使用寿命长等优点。但该技术并未解决口罩使用过程中出现的异味问题，口罩的重复 使用性仍然受到限制。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可复用的抑菌型口罩及其 制备方法，通过对口罩内织物的设计，可实现口罩抑菌防臭的效果，口罩表面具有抗静电效 果，可降低粉尘吸附效果，延长口罩使用时间，且抗静电效果沾水后不失效，口罩经高温湿 蒸、清水浸泡后不失效，从而可以重复多次使用。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种口罩，包括口罩本体，所述口罩本体包括由外向内依次设置的防护层、过滤层和亲 肤层，所述过滤层包括微孔膜和织物基材，所述织物基材由合成纤维，Lyocell纤维，以及壳 聚糖纤维和/或海藻纤维制成；所述合成纤维包括PP纤维、PET纤维和PA纤维中的一种或几 种。
在上述方案中，过滤层为微孔膜与织物基材复合而成，使得口罩的过滤机理由现有驻极 处理技术的深层次过滤转变为微孔膜的物理表面过滤。在呼吸的同时，由呼气过程完成对过 滤层的反冲洗，可延长口罩的使用时间。同时微孔膜的过滤效果沾水不失效，与采用驻极体 过滤材料的口罩相比，可以实现高温湿蒸、清水浸泡后不失效，从而可以重复多次使用。在 织物基材中加入Lyocell纤维以及壳聚糖纤维和/或海藻纤维，利用纤维本身的抑菌性抑制细 菌的生长，可以实现口罩在一定时间内的防臭效果。
进一步地，在所述织物基材中，合成纤维的质量百分比为15％～93％，Lyocell纤维的质 量百分比为5％～83％，壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量百分比为2％～80％；
优选地，合成纤维的质量百分比为20％～75％，Lyocell纤维的质量百分比为20％～75％， 壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量百分比为5％～60％；
更优选地，合成纤维的质量百分比为30％～65％，Lyocell纤维的质量百分比为25％～ 60％，壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量百分比为10％～45％。
上述方案中，利用壳聚糖纤维和/或海藻纤维的抑菌性能，可以实现口罩抑菌的效果。当 壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量占比过小时，口罩的抑菌效果不佳。但壳聚糖纤维与海藻纤 维本身的强度较低，若质量占比过大，会影响制备织物基材所用纤维材料的整体强度，进而 影响织物基材的力学性能。
进一步地，所述微孔膜包括PS微孔膜、PTFE微孔膜、PAN微孔膜、PSF微孔膜、PVDF微孔膜、PES/PVDF微孔膜中的一种或者几种。
进一步地，所述的微孔膜的孔径为10～500nm；
优选地，微孔膜的孔径为20～200nm；
更优选地，微孔膜的孔径为50～100nm。
进一步地，所述防护层占口罩本体的质量百分比为20％～70％，所述过滤层占口罩本体 的质量百分比为3％～60％，所述亲肤层占口罩本体的质量百分比为20％～70％；
优选地，所述防护层占口罩本体的质量百分比为20％～50％，所述过滤层占口罩本体的 质量百分比为5％～30％，所述亲肤层占口罩本体的质量百分比为20％～50％；
更优选地，所述防护层占口罩本体的质量百分比为25％～40％，所述过滤层占口罩本体 的质量百分比为8％～30％，所述亲肤层占口罩本体的质量百分比为25％～40％。
在上述方案中，过滤层由微孔膜和织物基材复合而成，过滤层在口罩本体中质量占比也 反应了织物基材在口罩本体中的含量。过滤层中的织物基材起到对微孔膜的支撑作用，当过 滤层的质量占比过少，也就是织物基材的含量较少时，会使过滤层的力学强度会受到影响， 从而影响口罩本体的力学性能；另一方面口罩抑菌防臭的效果主要来自织物基材，若其含量 过少，抑菌防臭效果不能达到理想效果。而当过滤层的质量百分比过大时，过滤层中织物基 材含量过多，会在一定程度上增大口罩的气阻，影响佩戴的舒适性。
进一步地，所述防护层由合成纤维和导电纤维制成，所述合成纤维包括PP纤维、PET 纤维和PA纤维中的一种或几种。
在上述方案中，在防护层的面料中掺入导电纤维，可以使防护层具有抗静电效果，从而 防止粉尘吸附，延长口罩的使用时间，同时导电纤维的抗静电效果具有永久性，高温湿蒸、 清水浸泡后不失效，确保了口罩洗涤后重复使用的效果。
进一步地，所述的导电纤维占防护层的质量百分比为3％～20％；
优选地，导电纤维占防护层的质量百分比为5％～15％；
更优选地，导电纤维占防护层的质量百分比为6％～10％。
上述方案中，导电纤维的加入可以使防护层具有抗静电效果，当导电纤维的质量占比过 小时，无法起到有效的抗静电效果。同时，由于导电纤维的韧性不好，断裂伸长率低，若其 质量占比过大，会增加制备防护层的难度。
进一步地，所述亲肤层由合成纤维制成，所述的合成纤维包括PP纤维、PET纤维和PA 纤维中的一种或几种。
在上述方案中，亲肤层在口罩佩戴时与面部贴合，采用吸湿速干面料，保证了口罩佩戴 的舒适性。
本发明的另一目的是提供一种上述所述口罩的制备方法，包括如下步骤：
1)采用合成纤维和导电纤维制备防护层；
2)采用合成纤维，Lyocell纤维，以及壳聚糖纤维和/或海藻纤维制备过滤层的织物基材；
3)将微孔膜与织物基材以层压方式结合得到过滤层；
4)采用合成纤维制备亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
进一步地，在所述的步骤2)中，过滤层的织物基材通过热风、纺粘、针刺、水刺、针织或机织方式中的一种制备；
优选地，过滤层的织物基材通过热风方式制备。
在上述方案中，采用热风方式制备织物基材得到的纤维层间的结构更为蓬松，对于表面 过滤来说增加了颗粒物的容存量，使口罩的过滤效率更为优异。
进一步地，所述的步骤1)包括：
1a)采用合成纤维制备防护层的面料；
1b)将导电纤维在经纬方向以一定的间隔分布织入面料中，得到防护层。
进一步地，在所述的步骤1b)中，导电纤维在经纬方向的间隔为0.2～5mm；
优选地，导电纤维在经纬方向的间隔为0.3～3mm；
更优选地，导电纤维在经纬方向的间隔为0.5～1.5mm。
在上述方案中，通过碳导电纤维在经纬方向以一定间隔的分布，可以形成导电纤维网， 起到很好的静电屏蔽作用。
进一步地，在所述的步骤1a)中，防护层的面料通过热风、纺粘、针刺、水刺、针织或机织方式中的一种制备。
进一步地，在所述的步骤5)中，防护层为一层或多层。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明的口罩由外到内采用防护层，过滤层和亲肤层形成口罩本体，过滤层为微孔膜与 织物基材的复合材料，使得口罩的过滤机理由现有驻极处理技术的深层次过滤转变为微孔膜 的物理表面过滤，且在呼吸的同时，由呼气过程完成对过滤层的反冲洗，过滤效果更好，同 时微孔膜的过滤效果沾水不失效，可以达到重复使用的目的。
本发明的口罩通过对过滤层织物基材成分的设计，在其中掺入Lyocell纤维和壳聚糖纤维 /海藻纤维，利用Lyocell纤维和壳聚糖纤维/海藻纤维的抑菌性能，可以使过滤层具有抑菌效 果，实现口罩的抑菌功能，通过抑制细菌的生长，还可以实现口罩在一定时间内的防臭效果。
本发明的口罩通过在防护层制备中掺入导电纤维，在防护层形成导线纤维网，使位于口 罩外表面的防护层具有永久的抗静电效果，可以降低粉尘在口罩外表面的吸附，从而延长口 罩的使用时间，且抗静电效果沾水不失效，使口罩经高温湿蒸、清水浸泡后不失效，从而可 以重复多次使用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例采用如下制备方法制备口罩：
1)PP纤维以纺粘方式制备PP无纺布面料，以机织方式将碳黑型导电纤维在经纬方向以 一定间隔织入面料中，得到防护层；
2)采用PP纤维配合Lyocell纤维和壳聚糖纤维，以针刺方式制备过滤层的织物基材；
3)取PTFE微孔膜拉伸，与织物基材以层压方式结合，得到过滤层；
4)PP纤维以纺粘方式制备PP无纺布面料，得到亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
在上述方案中，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例2
本实施例中口罩的制备方法同实施例1，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例3
本实施例中口罩的制备方法同实施例1，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例4
本实施例采用如下制备方法制备口罩：
1)PP纤维以熔喷方式制备PP无纺布面料，以机织方式将碳黑型导电纤维在经纬方向以 一定间隔织入面料中，得到防护层；
2)采用PP纤维配合Lyocell纤维和壳聚糖纤维，以针刺方式制备过滤层的织物基材；
3)取PTFE微孔膜拉伸，与织物基材以层压方式结合，得到过滤层；
4)PP纤维以水刺方式制备PP无纺布面料，得到亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
在上述方案中，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例5
本实施例采用如下制备方法制备口罩：
1)PET纤维以水刺方式制备PET无纺布面料，以机织方式将碳黑型导电纤维在经纬方 向以一定间隔织入面料中，得到防护层；
2)采用PP纤维配合Lyocell纤维和海藻纤维，以针刺方式制备过滤层的织物基材；
3)取PTFE微孔膜拉伸，与织物基材以层压方式结合，得到过滤层；
4)PP纤维以纺粘方式制备PP无纺布面料，得到亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
在上述方案中，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例6
本实施例中口罩的制备方法同实施例5，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例7
本实施例采用如下制备方法制备口罩：
1)PET纤维以水刺方式制备PET无纺布面料，以机织方式将碳黑型导电纤维在经纬方 向以一定间隔织入面料中，得到防护层；
2)采用PP纤维配合Lyocell纤维和壳聚糖纤维，以针刺方式制备过滤层的织物基材；
3)取PTFE微孔膜拉伸，与织物基材以层压方式结合，得到过滤层；
4)PP纤维以纺粘方式制备PP无纺布面料，得到亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
在上述方案中，各组成成分的质量占比如下表所示：
实施例8
本实施例采用如下制备方法制备口罩：
1)PET纤维以水刺方式制备PET无纺布面料，以机织方式将碳黑型导电纤维在经纬方 向以一定间隔织入面料中，得到防护层；
2)采用PP纤维配合Lyocell纤维和壳聚糖纤维，以针刺方式制备过滤层的织物基材；
3)取PTFE微孔膜拉伸，与织物基材以层压方式结合，得到过滤层；
4)PP纤维以水刺方式制备PP无纺布面料，得到亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
在上述方案中，各组成成分的质量占比如下表所示：
对比例1
采用聚丙烯SMS非织造布制造口罩本体，具体采用如下制备方法：
1)PP纤维采用纺粘方式制备外层与内层，其中，PP纤维直径在十几个微米，克重为20 ～25g/m2；
2)PP纤维采用熔喷方式制备中间层，其中PP纤维直径在微米级，克重为20～25g/m2；
3)中间层采用电晕驻极进行处理；
4)将步骤1)制备的外层、步骤2)和3)制备的中间层以及步骤1)制备的内层结合形成口罩本体。
试验例1
本试验例对比了本发明实施例1-8中制备的口罩和对比例1中制备的口罩在不同佩戴时 长以及经过不同次数高温湿蒸后性能的变化，具体考察了不同条件下口罩的过滤效率以及抗 静电效果，结果如表1和表2所示：
表1不同条件下口罩的过滤效率(％)
从以上试验数据可以看出，采用实施例1-8的方案制备的口罩在佩戴1至5天后过滤效 率的下降不大于0.1％，而对比例1制备的口罩过滤效率略低于实施例1-8中口罩的过滤效率， 且佩戴5天后过滤效率下降0.3％，略高于实施例1-8中的口罩，表明采用本发明方案制备的 口罩过滤效果更好，且长时间有效，口罩的使用时间长。同时，采用实施例1-8的方案制备 的口罩在经过1至3次高温湿蒸后过滤效率不下降或仅有小幅度下降，而对比例1制备的口 罩在经过3次高温湿蒸后过滤效率下降大于20％，明显失效，表明采用本发明方案制备的口 罩耐高温湿蒸，可以洗涤或高温杀菌后多次使用。
表2不同条件下口罩外表面的点对点电阻(Ω)
从以上试验结果可以看出，采用实施例1-8的方案制备的口罩外表面点对点电阻均小于 10×1010Ω，具有良好的抗静电效果。在佩戴1至5天后，外表面的点对点电阻仅有小幅度上 升，也即抗静电效果没有明显下降，同时，在经过1至3次高温湿蒸后，口罩外表面的点对 点电阻没有变化，也即抗静电效果没有变化，表明采用本发明方案制备的口罩具备长期有效 的抗静电效果，且耐高温，抗静电效果沾水不失效，可以洗涤或高温杀菌后多次使用。
试验例2
本试验例考察了过滤层织物基材中壳聚糖纤维的质量占比对过滤层性能的影响，按照实 施例1中步骤2)和3)所述的方法制备过滤层，改变壳聚糖纤维在织物基材中的质量占比， 并对织物基材的性能进行了评定，结果如表3所示：
表3不同壳聚糖纤维质量占比下织物基材的性能
| 壳聚糖纤维质量占比(％) | 抑菌效率(％) | 断裂拉伸力(N) |
| 0 | 10 | 13.0 |
| 2 | 15 | 12.5 |
| 5 | 40 | 11.9 |
| 10 | 50 | 11.1 |
| 25 | 99 | 10.3 |
| 45 | 99 | 8.0 |
| 60 | 99 | 6.5 |
| 80 | 99 | 3.5 |
| 90 | 99 | 3.0 |
从以上试验结果可以看出，织物基材中壳聚糖纤维的质量占比对抑菌效率和断裂拉伸率 都有较大影响，在壳聚糖纤维的质量占比大于等于5％时，织物基材的抑菌效率不低于40％， 在壳聚糖纤维的质量占比小于等于60％时，织物基材的断裂拉伸力不低于6.5N；当控制壳聚 糖纤维的质量占比在10％～45％时，可以得到抑菌效率不低于50％，断裂拉伸力不低于8N的 织物基材，可以制备得到抑菌效果良好且具有足够力学强度的口罩。
试验例3
本试验例考察了防护层中导电纤维的质量占比对防护层性能的影响，按照实施例1中步 骤1)所述的方法制备防护层，改变导电纤维在防护层中的质量占比，并对防护层的性能进 行了评定，结果如表4所示：
表4不同导电纤维质量占比下防护层的抗静电效果
| 导电纤维质量占比(％) | 点对点电阻(Ω) |
| 1 | 7.0×10<sup>14</sup> |
| 3 | 2.0×10<sup>12</sup> |
| 5 | 9.1×10<sup>11</sup> |
| 6 | 3.6×10<sup>10</sup> |
| 8 | 2.3×10<sup>9</sup> |
| 10 | 1.7×10<sup>9</sup> |
| 15 | 1.6×10<sup>9</sup> |
| 20 | 9.1×10<sup>8</sup> |
| 30 | 6.2×10<sup>8</sup> |
| 40 | 3.7×10<sup>8</sup> |
从以上试验结果可以看出，当导电纤维的质量占比达到3％时，防护层表面的点对点电阻 2.0×1012Ω，具有一定的抗静电效果；当导电纤维的质量占比达到5％时，防护层表面的点对 点电阻减小至9.1×1011Ω，抗静电效果有所提升；当导电纤维的质量大于等于6％时，防护层 表面的点对点电阻小于10×1010Ω，抗静电效果良好。但过多地增加导电纤维的质量占比会 带来制备难度与生产成本的提升，因而选择6％～10％为导电纤维在防护层中的最佳质量占 比。
试验例4
本试验例考察了不同方式制备的过滤层织物基材对口罩性能的影响，改变过滤层织物基 材的制备方式，其他制备条件同实施例1，对制得的口罩的性能进行测试，结果如表5所示：
表5不同制备方式制备过滤层织物基材得到的口罩的性能
从以上试验结果可以看出，采用热风方式制备过滤层织物基材得到的口罩在过滤效率上 高于采用其他方式制备过滤层织物基材得到的口罩，这是因为采用热风方式制备织物基材得 到的纤维层间的结构更为蓬松，增加了颗粒物在纤维层间的容存量，进而使口罩的过滤效率 更为优异。因而选择热风方式作为制备口罩过滤层织物基材的最佳方式。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发 明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱 离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的 等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种口罩，包括口罩本体，所述口罩本体包括由外向内依次设置的防护层、过滤层和亲肤层，其特征在于：所述过滤层包括微孔膜和织物基材，所述织物基材由合成纤维，Lyocell纤维，以及壳聚糖纤维和/或海藻纤维制成；所述合成纤维包括PP纤维、PET纤维和PA纤维中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于：在所述织物基材中，合成纤维的质量百分比为15％～93％，Lyocell纤维的质量百分比为5％～83％，壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量百分比为2％～80％；
优选地，合成纤维的质量百分比为20％～75％，Lyocell纤维的质量百分比为20％～75％，壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量百分比为5％～60％；
更优选地，合成纤维的质量百分比为30％～65％，Lyocell纤维的质量百分比为25％～60％，壳聚糖纤维和/或海藻纤维的质量百分比为10％～45％。
3.根据权利要求1或2所述的口罩，其特征在于：所述的微孔膜的孔径为10～500nm；
优选地，微孔膜的孔径为20～200nm；
更优选地，微孔膜的孔径为50～100nm。
4.根据权利要求1-3中任一所述的口罩，其特征在于：所述防护层占口罩本体的质量百分比为20％～70％，所述过滤层占口罩本体的质量百分比为3％～60％，所述亲肤层占口罩本体的质量百分比为20％～70％；
优选地，所述防护层占口罩本体的质量百分比为20％～50％，所述过滤层占口罩本体的质量百分比为5％～30％，所述亲肤层占口罩本体的质量百分比为20％～50％；
更优选地，所述防护层占口罩本体的质量百分比为25％～40％，所述过滤层占口罩本体的质量百分比为8％～30％，所述亲肤层占口罩本体的质量百分比为25％～40％。
5.根据权利要求1-4中任一所述的口罩，其特征在于：所述防护层由合成纤维和导电纤维制成，所述合成纤维包括PP纤维、PET纤维和PA纤维中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的口罩，其特征在于：所述的导电纤维占防护层的质量百分比为3％～20％；
优选地，导电纤维占防护层的质量百分比为5％～15％；
更优选地，导电纤维占防护层的质量百分比为6％～10％。
7.一种根据权利要求1-6中任一所述口罩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)采用合成纤维和导电纤维制备防护层；
2)采用合成纤维，Lyocell纤维，以及壳聚糖纤维和/或海藻纤维制备过滤层的织物基材；
3)将微孔膜与织物基材以层压方式结合得到过滤层；
4)采用合成纤维制备亲肤层；
5)将步骤1)制备的防护层，步骤2)和3)制备的过滤层，以及步骤4)制备的亲肤层通过层压方式结合在一起，得到口罩本体。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：在所述的步骤2)中，过滤层的织物基材通过热风、纺粘、针刺、水刺、针织或机织方式中的一种制备；
优选地，过滤层的织物基材通过热风方式制备。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤1)包括：
1a)采用合成纤维制备防护层的面料；
1b)将导电纤维在经纬方向以一定的间隔分布织入面料中，得到防护层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：在所述的步骤1b)中，导电纤维在经纬方向的间隔为0.2～5mm；
优选地，导电纤维在经纬方向的间隔为0.3～3mm；
更优选地，导电纤维在经纬方向的间隔为0.5～1.5mm。
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