CN111778719A - 一种口罩布料制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种口罩布料制造工艺，属于口罩的领域，包括以下步骤：S1.将气相白炭黑、纳米氧化锌以及硅烷偶联剂进行球磨2~4h，得到改性白炭黑混合物；S2.将改性白炭黑混合物加入溶剂中进行分散，然后将无纺布浸泡入溶剂中，浸泡温度为40~50℃，取出，得到改性无纺布；S3.将改性无纺布烘干，然后放入水中浸泡15~30min，再次烘干，得到口罩阻水布料；其具有在阻水布料对外界水分进行阻隔的同时，起到有效的抗菌作用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及口罩的领域，更具体地说，它涉及一种口罩布料制造工艺。
背景技术
随着传染病的传播风险增高以及人们的卫生意识提高，口罩成为人们经常用到的卫生用品，口罩的产量得到大幅度的提高，同时口罩的质量也成为人们关注的重点；口罩一般包括三层，由外至内分别为阻水层、静电熔喷层和亲肤层，阻水层的作用是阻隔外界的飞沫进入静电熔喷层和亲肤层，静电熔喷层的作用是过滤空气中的微粒和病菌，亲肤层的作用是吸收使用者呼吸时产生的水气。
现有的口罩中，能够起到抗菌作用的一般只有静电熔喷层，而对于与外界接触面积最大的阻水布料，会截留较多的病菌，当使用者的手不小心触碰到阻水布料时，往往会将病菌带到手上，进而将病菌带动身体上，影响身体健康，降低了口罩的保护作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种口罩布料制造工艺，其具有在阻水布料对外界水分进行阻隔的同时，起到有效的抗菌作用的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种口罩布料制造工艺，包括以下步骤：
S1.将气相白炭黑、纳米氧化锌以及硅烷偶联剂进行球磨2～4h，得到改性白炭黑混合物；
S2.将所述改性白炭黑混合物加入溶剂中进行分散，然后将无纺布浸泡入所述溶剂中，浸泡温度为40～50℃，取出，得到改性无纺布；
S3.将所述改性无纺布烘干，然后放入水中浸泡15～30min，再次烘干，得到口罩阻水布料。
通过采用上述技术方案，纳米氧化锌本身具有杀菌作用，以气相白炭黑为载体，利用气相白炭黑的比表面积大、表面多介孔结构等性质，与纳米氧化锌结合，并且硅烷偶联剂对气相白炭黑表面进行活化改性，在气相白炭黑的表面接上疏水基团，提高气相白炭黑的疏水性，同时硅烷偶联剂作为共价键桥连接气相白炭黑与无纺布，从而得到既具有疏水性能又具有抗菌性能的口罩阻水布料，口罩阻水布料在对外界的水分进行阻隔的同时起到有效的抗菌作用。
进一步地，S1步骤中，所述气相白炭黑、所述纳米氧化锌以及所述硅烷偶联剂的重量比为1:(0.5～0.9):(3.2～4.8)。
通过采用上述技术方案，纳米氧化锌能够更好的填入气相白炭黑的表面介孔中，提高纳米氧化锌与气相白炭黑的结合强度，提高抗菌作用。
进一步地，S1步骤中，硅烷偶联剂选自十二烷基三甲氧基硅烷或者十六烷基三甲氧基硅烷中的一种。
通过采用上述技术方案，十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷的烃链较长，因此气相白炭黑表面未与无纺布连接的硅烷偶联剂的末端烃基会延伸至无纺布以外，通过长链对病菌起到包围作用，将病菌引导至气相白炭黑表面的纳米氧化锌，进一步提高抗菌作用，同时长链可以限制纳米氧化银离开气相白炭黑。
进一步地，S1步骤中，先加入所述气相白炭黑和所述纳米氧化锌第一次球磨，球磨时间为0.5～1h，再加入所述硅烷偶联剂一同进行第二次球磨，第二次球磨时间为1.5～3h。
通过采用上述技术方案，气相白炭黑和纳米氧化锌充分结合后再与硅烷偶联剂改性，提高纳米氧化锌与气相白炭黑的结合强度。
进一步地，S2步骤中，所述改性白炭黑混合物先通过超声振动来分散在所述溶剂中，超声时间为1h，然后将无纺布浸泡入所述溶剂中，继续超声振动6h，取出，得到改性无纺布。
通过采用上述技术方案，超声振动使改性白炭黑混合物充分分散，减少白炭黑因为团聚而堵塞无纺布的孔隙的情况，使无纺布具有良好的透气性。
进一步地，S2步骤中，所述改性白炭黑混合物加入所述溶剂前，还包括S2A步骤:所述溶剂加入脱氧胆酸钠，所述气相白炭黑与所述脱氧胆酸钠的重量比为1:0.04～0.12。
通过采用上述技术方案，脱氧胆酸钠可以进一步提高改性白炭黑混合物在溶剂中的分散性。
进一步地，S2步骤中，所述无纺布浸泡入所述溶剂前，还包括S2B步骤:所述无纺布浸泡入含有有机硅微球的溶液中，然后取出，所述气相白炭黑与所述有机硅微球的重量比为1:1～1.5。
通过采用上述技术方案，有机硅微球本身具有疏水性，能提高无纺布的疏水性能，并且在有机硅微球与无纺布结合时，可以占据在无纺布孔隙附近的位置，有机硅微球自身的粒径小，对无纺布的孔隙的影响不大，并且因为占据了一定空间而使改性白炭黑远离无纺布的空隙，从而减少改性白炭黑堵塞无纺布孔隙的情况。
进一步地，所述有机硅微球为聚硅氧烷交联球形微粉。
通过采用上述技术方案，聚硅氧烷交联球形微粉的粒径小，进一步减少堵塞无纺布孔隙的情况。
进一步地，S2步骤中，所述溶剂为丙酮。
通过采用上述技术方案，丙酮有助于气相白炭黑的分散。
进一步地，所述纳米氧化锌的平均粒径为50nm。
进一步地，S3步骤中，两次烘干的温度范围均为60～80℃，烘干时间范围均为40～60min。
通过采用上述技术方案，有助于提高气相白炭黑与无纺布结合的稳定性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.纳米氧化锌本身具有杀菌作用，以气相白炭黑为载体，利用气相白炭黑的比表面积大、表面多介孔结构等性质，与纳米氧化锌结合，并且硅烷偶联剂对气相白炭黑表面进行活化改性，在气相白炭黑的表面接上疏水基团，使气相白炭黑产生疏水性，同时硅烷偶联剂作为共价键桥连接气相白炭黑与无纺布，从而得到既具有疏水性能又具有抗菌性能的口罩阻水布料，口罩阻水布料在对外界的水分进行阻隔的同时起到有效的抗菌作用；
2.有机硅微球与无纺布结合，有机硅微球占据在无纺布孔隙附近的位置，因为自身粒径小，所以自身不堵塞无纺布的孔隙，并且因为占据了一定的空间，使得改性白炭黑与无纺布连接的位置可以远离无纺布孔隙，从而减少改性白炭黑堵塞无纺布孔隙的情况。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
气相白炭黑选购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，疏水型,比表面积为300m2/g；纳米氧化锌选购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，粒径50nm；
十二烷基三甲氧基硅烷选购自百灵威科技有限公司；
十六烷基三甲氧基硅烷选购自百灵威科技有限公司；
脱氧胆酸钠选购自百灵威科技有限公司，纯度98％；
聚硅氧烷交联球形微粉选购自杭州精彩化工有限公司，粒径2μm；
丙酮选购自东莞市凯裕化工有限公司，AR；
无纺布为丙纶制造而成的无纺布。
实施例
实施例1
S1.将1g气相白炭黑、0.5g纳米氧化锌加入行星球磨机中进行第一次球磨，球磨时间为0.5h，再加入3.2g十二烷基三甲氧基硅烷进行第二次球磨，球磨时间为3h，得到改性白炭黑混合物；
S2A.称取0.12g脱氧胆酸钠和200mL丙酮并置于第一反应容器中，将第一反应容器置于超声波清洗机超声振动5min。
S2B.将1g聚硅氧烷交联球形微粉和200mL丙酮加入第二反应容器中，将第二反应容器置于超声波清洗机超声振动5min，将无纺布裁剪成10cm×10cm×0.1cm的尺寸，并浸泡入第二反应容器的溶液中，室温下继续超声振动30min，取出无纺布。
S2.然后将S1得到的改性白炭黑混合物加入第一反应容器中，室温下超声振动分散1h，然后将S2B得到的无纺布放入第一反应容器的溶液中浸泡，浸泡温度为40℃，继续超声振动6h，取出，得到改性无纺布；
S3.将改性无纺布置于70℃的烘箱烘干，烘干时间为60min，然后取出无纺布，在室温下将无纺布放入水中浸泡15min，取出，将无纺布再次放入70℃的烘箱烘干，烘干时间为60min，得到口罩阻水布料。
实施例2～实施例5
实施例2至实施例5与实施例1的区别仅在于各组分配比不同、反应温度以及反应时间的不同，如表1所示。
表1
| 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 气相白炭黑(g) | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 纳米氧化锌(g) | 0.5 | 0.9 | 0.7 | 0.9 |
| 十二烷基三甲氧基硅烷(g) | 4.8 | 0 | 0 | 4 |
| 十六烷基三甲氧基硅烷(g) | 0 | 4 | 4.8 | 0 |
| 脱氧胆酸钠(g) | 0.04 | 0.08 | 0.12 | 0.08 |
| 丙酮(mL) | 200 | 200 | 200 | 200 |
| 聚硅氧烷交联球形微粉(g) | 1.5 | 1.25 | 1.25 | 1.5 |
| S2步骤中第一次球磨时间(h) | 1 | 1 | 0.5 | 1 |
| S2步骤中第二次球磨时间(h) | 3 | 1.5 | 1.5 | 3 |
| S2步骤中浸泡温度(℃) | 50 | 50 | 50 | 40 |
| S3步骤中烘干温度(℃) | 60 | 60 | 60 | 70 |
| S3步骤中烘干时间(min) | 40 | 40 | 60 | 50 |
| S3步骤中浸泡时间(min) | 30 | 30 | 15 | 30 |
实施例6
本实施例与实施例5的不同之处仅在于，本实施例在S1步骤中，气相白炭黑、纳米氧化锌以及十二烷基三甲氧基硅烷同时加入行星球磨机中，球磨4h。
实施例7
本实施例与实施例5的不同之处仅在于，不设置S2A步骤。
实施例8
本实施例与实施例5的不同之处仅在于，不设置S2B步骤。
实施例9
本实施例与实施例5的不同之处仅在于，本实施例在S1步骤中，丙基三甲氧基硅烷替代十二烷基三甲氧基硅烷并加入行星球磨机中。
实施例10
本实施例与实施例5的不同之处仅在于，不设置S2A步骤和S2B步骤。
对比例
对比例1
本对比例与实施例10的不同之处仅在于，本对比例在S1步骤中，气相白炭黑不加入行星球磨机中。
对比例2
本对比例与实施例10的不同之处仅在于，本对比例在S1步骤中，纳米氧化锌不加入行星球磨机中。
对比例3
本对比例与实施例10的不同之处仅在于，本对比例在S1步骤中，十二烷基三甲氧基硅烷以及十六烷基三甲氧基硅烷均不加入行星球磨机中。
对比例4
本对比例为不经处理的无纺布。
性能检测试验
通过GB/T20944.2—2007的测试标准对本发明的各个实施例以及对比例进行抗菌性能测试，菌种为大肠杆菌、肺炎克雷白氏菌和金黄色葡萄球菌，测试口罩阻水布料的抗菌性能，同时测试口罩阻水布料在水洗10次后的抗菌性能，水洗过程中每次洗涤5分钟，室温下自然晾干4h；通过GB/T5453-1997的测试标准对本发明的各个实施例以及对比例进行透气性能测试，测试口罩阻水布料的透气性能；通过接触角测试仪测量水滴在口罩阻水布料表面的接触角，测试口罩阻水布料的疏水性能，测试结果如表2所示。
表2
从表2可以看出，实施例1-5得到的口罩阻水布料所测试的抑菌率、透气率以及接触角均较高，说明本发明的口罩阻水布料具有良好的抗菌性能、透气性和疏水性。
将实施例5与实施例6进行比较可以看出，先球磨气相白炭黑和纳米氧化锌，再加入硅烷偶联剂球磨，可以减少硅烷偶联剂阻碍纳米氧化锌进入气相白炭黑的介孔的情况，从而提高口罩阻水布料的抗菌性能。
将实施例5与实施例7、8和10进行比较可以看出，加入脱氧胆酸钠，可以提高气相白炭黑在丙酮中的分散性，使气相白炭黑更好的与无纺布结合的同时，减少气相白炭黑团聚而堵塞无纺布孔隙的情况，从而提高口罩阻水布料抗菌性能和透气性；加入有机硅微球，可以提高口罩阻水布料的疏水性，并且使气相白炭黑远离无纺布孔隙，减少气相白炭黑堵塞无纺布孔隙的情况，提高口罩阻水布料的透气性。
将实施例5与实施例9进行比较可以看出，长链的硅烷偶联剂较短链的硅烷偶联剂可以更好的拦截病菌，提高抗菌性能。
将实施例10与对比例1-2进行比较可以看出，气相白炭黑自身的性质提高无纺布的疏水性，同时气相白炭黑作为纳米氧化锌的载体，使纳米氧化锌稳定的与无纺布结合，使口罩阻水布料具有抗菌性能。
将实施例10与对比例3进行比较可以看出，硅烷偶联剂将气相白炭黑与无纺布结合，实现口罩阻水布料的抗菌性能和疏水性。
将实施例10与对比例4进行比较可以看出，本发明的制造工艺使得无纺布具有较高的抗菌性能和疏水性；将实施例5与对比例4进行比较可以看出，本发明的制造工艺对无纺布的透气性影响较小。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种口罩布料制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将气相白炭黑、纳米氧化锌以及硅烷偶联剂进行球磨2~4h，得到改性白炭黑混合物；
S2.将所述改性白炭黑混合物加入溶剂中进行分散，然后将无纺布浸泡入所述溶剂中，浸泡温度为40~50℃，取出，得到改性无纺布；
S3.将所述改性无纺布烘干，然后放入水中浸泡15~30min，再次烘干，得到口罩阻水布料。
2.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S1步骤中，所述气相白炭黑、所述纳米氧化锌以及所述硅烷偶联剂的重量比为1:(0.5~0.9):(3.2~4.8)。
3.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S1步骤中，硅烷偶联剂选自十二烷基三甲氧基硅烷或者十六烷基三甲氧基硅烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S1步骤中，先加入所述气相白炭黑和所述纳米氧化锌第一次球磨，球磨时间为0.5~1h，再加入所述硅烷偶联剂一同进行第二次球磨，第二次球磨时间为1.5~3h。
5.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S2步骤中，所述改性白炭黑混合物先通过超声振动来分散在所述溶剂中，超声时间为1h，然后将无纺布浸泡入所述溶剂中，继续超声振动6h，取出，得到改性无纺布。
6.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S2步骤中，所述改性白炭黑混合物加入所述溶剂前，还包括S2A步骤：所述溶剂加入脱氧胆酸钠，所述气相白炭黑与所述脱氧胆酸钠的重量比为1:0.04~0.12。
7.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S2步骤中，所述无纺布浸泡入所述溶剂前，还包括S2B步骤：所述无纺布浸泡入含有有机硅微球的溶液中，然后取出，所述气相白炭黑与所述有机硅微球的重量比为1:1~1.5。
8.根据权利要求7所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，所述有机硅微球为聚硅氧烷交联球形微粉。
9.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S2步骤中，所述溶剂为丙酮。
10.根据权利要求1所述的一种口罩布料制造工艺，其特征在于，S3步骤中，两次烘干的温度范围均为60~80℃，烘干时间范围均为40~60min。
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