CN112191051B

CN112191051B - 一种无静电口罩过滤膜及其制备方法

Info

Publication number: CN112191051B
Application number: CN202011298917.6A
Authority: CN
Inventors: 崔国士; 赵红英; 高俊娜; 赵康; 崔攀; 崔永明; 苗超
Original assignee: Henan Kegaoxin Material Co ltd
Current assignee: Henan Kegaoxin Material Co ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: CN112191051A

Abstract

本发明涉及一种无静电口罩过滤膜及其制备方法，其将超细化学纤维开纤、疏解，然后与疏解后的双组分复合粘结纤维、以及微纳米纤维素纤维分散液一起投入盛有水的浆槽中，搅拌形成均匀分散的浆液，然后通过斜网或圆网成型器抄造成湿膜，再经真空脱水、烘干定型、阻燃整理和拒水整理制成。本发明所述口罩过滤膜具有均匀分布的微孔结构，可提供持久的过滤效果；无需静电驻极，提升穿戴舒适度；强度更高，为口罩类产品的可靠性提供了保障；可重复使用，且材料可生物降解，无环境污染问题。

Description

一种无静电口罩过滤膜及其制备方法

技术领域

本发明属于口罩用空气过滤材料技术领域，尤其是涉及医用口罩过滤膜材料，具体公开了一种无静电口罩过滤膜及其制备方法。

背景技术

常规防护用口罩主要采用聚丙烯熔喷布作为空气过滤材料，主要原因在于其纤维极细，约为2~5µm甚至更细，可以构造微孔，提供良好的微孔过滤效应。此外，聚丙烯属于非极性材料，易于驻极静电，提供良好的静电吸附过滤效应；但是其缺陷也十分明显，主要有以下几个方面：

（1）聚丙烯熔喷布作为空气过滤材料主要依赖驻极体的静电吸附，驻极体稳定性会受到原材料配方、制备工艺、贮存及使用时的环境温度和湿度等因素的影响，并进一步影响过滤效率，具有很大的不确定性，从而严重影响口罩类产品的质量可靠性。此外，静电对人体有一定的危害，容易造成佩戴不适，甚至引起皮肤过敏。

（2）聚丙烯熔喷布属于干法铺网，纤维分散均匀性相对较差，纤维间无粘结成分，强度较差，易破损，无法保障其下游口罩产品的质量可靠性。

（3）聚丙烯材料不具有生物降解功能，聚丙烯熔喷布制作的口罩大多为一次性口罩，大量使用后的废弃物必然带来严重的环境污染。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种无静电口罩过滤膜，以解决现有聚丙烯熔喷布作为口罩过滤材料存在的上述缺陷。

本发明还提供了上述无静电口罩过滤膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无静电口罩过滤膜，所述无静电口罩过滤膜主要由超细化学纤维、双组份复合粘结纤维和微纳米纤维素纤维制成。本发明所述口罩过滤膜具有均匀分布的微孔结构，可提供持久的过滤效果；无需静电驻极，提升穿戴舒适度；强度更高，为口罩类产品的可靠性提供了保障；可重复使用，且材料可生物降解，无环境污染问题。

上述无静电口罩过滤膜的制备方法，其以微纳米纤维素纤维、超细化学纤维、双组分复合粘结纤维为主要原料采用湿法非织布技术抄造成膜而得；具体为：

将超细化学纤维开纤、疏解，然后与疏解后的双组分复合粘结纤维、以及微纳米纤维素纤维分散液一起投入盛有水的浆槽中，搅拌形成均匀分散的浆液（0.01~0.08%），然后通过斜网或圆网成型器抄造成湿膜，再经真空箱脱水、烘干定型、阻燃整理和拒水整理即得。制备所得的口罩过滤膜，0.3μm非油性颗粒物过滤效率不低于30%（32L/min空气流量），气阻不超过49Pa，细菌过滤效率不低于95%。

具体的，三种纤维原料重量百分比之和为100%计，微纳米纤维素纤维、超细化学纤维和双组分复合粘结纤维的重量百分比分别为10~60%、10~70%和10~30%。

具体的，所采用的微纳米纤维素纤维分散液由天然植物纤维素纤维或再生纤维素纤维经原纤化制备而成；所述微纳米纤维素纤维的直径为2nm至2μm；所述的原纤化具体为：以木浆粕、竹浆粕、甘蔗渣浆粕等天然植物纤维素纤维或再生纤维素纤维为原料，经化学降解和/或机械化学降解制备成微纳米纤维素纤维的水分散液的过程；所述的化学降解包括酸降解、氧化降解或辐射降解等方法；所述的机械化学降解系指在水和适量酸或碱（氧化剂）存在下，通过磨浆机、球磨机、高压均质机、超声波等机械处理过程的压溃、揉搓、剪切、高频振动等作用使纤维素纤维发生分丝、切断效应，进而形成微纳米尺度的纤维素纤维的水分散液的过程。进一步的，本发明所述微纳米纤维素纤维分散液可经下述步骤制备获得：首先将原料纤维素浆粕通过电子加速器辐照，辐照剂量范围为30~100kGy，然后将辐照后的纤维素浆粕按照3~5%的料液比（w：w）加水进行搅拌，再加入浓度10%的NaOH 溶液调节PH值至11~12，然后用磨浆机进行磨浆处理，最后用均质机进行均质处理即得微纳米纤维素纤维分散液。

所述的再生纤维素纤维是以天然纤维素（棉、麻、竹子、树、灌木等）为原料，不改变它的化学结构，仅仅改变天然纤维素的物理结构，从而制造出来性能更好的再生纤维素纤维，其结构组成与棉相似，不同的是它的吸湿性与透气性比棉纤维好，可以说它是所有化学纤维中吸湿性与透气性最好的一种，被誉为"会呼吸的面料"。

进一步的，所采用的超细化学纤维包括但不限于常规超细纤维、海岛纤维或橘瓣纤维等，材质包括聚酯、聚酰胺、聚乳酸、聚乙烯等，超细化学纤维细度在0.02~0.3D。

进一步的，所采用的双组分复合粘结纤维为具有皮芯结构的复合纤维，其皮层材料的熔点要低于芯层材料，当其被加热至皮层熔点温度时，皮层会熔融使纤维之间产生粘结效应。这类复合纤维包括但不限于：PP/PE复合纤维（聚丙烯PP与聚乙烯PE复合纤维）、或PET/co-PET复合纤维（常规聚酯与低熔点共聚酯复合纤维）等，在烘干过程中其皮层可以熔融，起粘结增强作用。

进一步的，所述的真空脱水系指通过斜网或圆网成型器抄造成的湿膜，附着在网带上面通过真空脱水箱吸除湿膜中部分水分的过程。

进一步的，所述的烘干定型过程系指经过真空脱水后的湿膜继续通过烘干箱或热烘缸进一步烘除水分，并在高温下使双组分的粘结纤维的皮层熔化，将湿膜中所含纤维粘结在一起的过程。

进一步的，所述的阻燃整理系指经烘干定型后非织布膜进一步采用市售的磷系阻燃整理剂处理的过程。

进一步的，所述的拒水整理系指经阻燃整理后的非织布膜进一步采用市售的氟类拒水整理剂处理的过程。

与现有的常规聚丙烯无纺布类口罩过滤膜相比，本发明口罩过滤膜具有下列优势：

1）纤维更细，分散更均匀，微孔直径更小，可提供更好的微孔过滤效应；由于使用了与病毒尺寸相似的微纳米材料，可以有效拦截病毒、细菌、气溶胶等物质；

2）传统的聚丙烯熔喷布主要依靠熔喷无纺布的“静电吸附”作为主要过滤手段，接触水等物质后会逐步失去静电，导致过滤效果大幅下降。而本发明采用更细尺寸的微纳米纤维素纤维，主要依靠物理拦截，过滤稳定性更高，无静电引起的皮肤过敏问题，无静电损失导致的过滤效率下降问题，可更好地保障下游口罩产品的质量可靠性；

3）所采用的纤维强度更高，制备过程中可通过粘结纤维粘结，具有更高的机械强度，不易破损，可更好地保障下游口罩产品的质量可靠性；

4）本发明所采用的材质可生物降解，不存在环境污染问题。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

下述实施例中，海岛型聚酯纤维（涤纶海岛纤维，细度0.05D）、PE/PA橘瓣纤维（聚乙烯/聚酰胺型，细度0.15D）、双组份复合粘结纤维为具有皮芯结构的PET/co-PET复合纤维（0.15D），均为可直接购买的普通市售产品。

实施例中所用微纳米纤维素纤维分散液经下述步骤制备获得：

首先将原料纤维素浆粕（购买自山东道欣新材料有限公司，智利银星针叶木浆）通过电子加速器辐照，辐照剂量为50kGy，然后将辐照后的纤维素浆粕按照5%的料液比（w：w）加水并搅拌均匀，再用10%的NaOH 溶液调节浆液PH值至11~12，然后用磨浆机进行磨浆处理，最后用均质机均质处理即得浓度5%的微纳米纤维素纤维分散液。

实施例1

一种无静电口罩过滤膜的制备方法，其以微纳米纤维素纤维、超细化学纤维（海岛型聚酯纤维）、双组分复合粘结纤维为主要原料采用湿法非织布技术抄造成膜而得；具体步骤如下：

1）将海岛型聚酯纤维开纤、疏解；所述开纤过程为：根据纤维的干重配制出一定浓度的氢氧化钠碱液，然后在浴比1:5~8、碱液浓度1~1.5%的条件下将纤维加入高速搅拌釜中碱处理30~40分钟，碱液温度为90~100℃，反应结束后取出纤维,滤除碱液，水洗至中性，烘干即可；

2）将开纤、疏解后的海岛型聚酯纤维、与疏解后的双组份复合粘结纤维以及微纳米纤维素纤维分散液一起投入盛有水的浆槽中，搅拌形成均匀分散的浆液（浆液质量浓度0.04%），海岛型聚酯纤维、双组份复合粘结纤维以及微纳米纤维素纤维的质量比为70:20:10；

3）将上述浆液通过斜网或圆网成型器抄造成湿膜；

4）将上述湿膜进一步经真空脱水箱脱水、130~155℃烘干箱烘干定型、阻燃整理（选用市售的磷系阻燃整理剂采用本领域常规技术进行处理即可）和拒水整理（选用市售的氟类拒水整理剂采用本领域常规技术进行处理即可），制成口罩用过滤膜。

参照“YY 0469-2004《医用外科口罩技术要求》”对制备所得口罩用过滤膜进行相关检测，结果显示：

所得过滤膜的平均克重为25g/m²，气阻为38pa，抗张强度为12.7N/15mm，0.3μm非油性颗粒物过滤效率为63.2%（32L/min空气流量），细菌过滤效率为96.8%。

实施例2

操作过程同实例1，所不同的是海岛聚酯纤维、微纳米纤维素纤维、双组份复合粘结纤维三者的质量比例为：30:60:10。

所得过滤膜克重为27g/m²，气阻为37pa，抗张强度为10.3N/15mm，0.3μm非油性颗粒物过滤效率为71.3%（32L/min空气流量），细菌过滤效率为97.3%。

实施例3

操作过程同实例1，所不同的是采用的纤维是聚乙烯和聚酰胺构成的PE/PA橘瓣纤维、微纳米纤维素纤维、双组份复合粘结纤维，其中PE/PA橘瓣纤维开纤后的纤维细度为0.15D，三种纤维的质量比例为：35:35:30。

所得过滤膜克重为27g/m²，气阻为27pa，抗张强度为14N/15mm，0.3μm非油性颗粒物过滤效率为58.3%（32L/min空气流量），细菌过滤效率为98.5%。

Claims

1.一种无静电口罩过滤膜，其特征在于，所述无静电口罩过滤膜主要由超细化学纤维、双组份复合粘结纤维和微纳米纤维素纤维制成；

所采用的超细化学纤维为涤纶海岛纤维，细度在0.05D；

所采用的双组分复合粘结纤维为具有皮芯结构的PP/PE复合纤维或PET/co-PET复合纤维；

所述无静电口罩过滤膜的制备方法为：将超细化学纤维开纤、疏解，然后与疏解后的双组分复合粘结纤维、以及微纳米纤维素纤维分散液一起投入盛有水的浆槽中，搅拌形成均匀分散的浆液，然后通过斜网或圆网成型器抄造成湿膜，再经真空脱水、烘干定型、阻燃整理和拒水整理制成；

所述无静电口罩过滤膜具有均匀分布的微孔结构，无需静电驻极，可重复使用，且材料可生物降解，无环境污染问题；

制备所得的无静电口罩过滤膜，在32 L/min空气流量下，0.3μm非油性颗粒物过滤效率不低于30%，气阻不超过49Pa，细菌过滤效率不低于95%。

2.如权利要求1所述无静电口罩过滤膜，其特征在于，三种纤维原料重量百分比之和为100%计，微纳米纤维素纤维、超细化学纤维和双组分复合粘结纤维的重量百分比分别为10~60%、10~70%和10~30%。

3.如权利要求1所述无静电口罩过滤膜，其特征在于，所采用的微纳米纤维素纤维分散液由天然植物纤维素纤维或再生纤维素纤维经原纤化制备而成；所述微纳米纤维素纤维的直径为2nm至2μm；所述原纤化具体为：以天然植物纤维素纤维或再生纤维素纤维为原料，经化学降解和/或机械化学降解制备成微纳米纤维素纤维的水分散液的过程；所述化学降解包括酸降解、氧化降解或辐射降解；所述机械化学降解系指在水和适量酸或碱存在下，通过磨浆机、球磨机、均质机、超声波处理形成微纳米尺度的纤维素纤维的水分散液的过程。

4.如权利要求1所述无静电口罩过滤膜，其特征在于，所述真空脱水系指通过斜网或圆网成型器抄造成的湿膜，附着在网带上面通过真空脱水箱吸除湿膜中部分水分的过程。

5.如权利要求1所述无静电口罩过滤膜，其特征在于，所述烘干定型过程系指经过真空脱水后的湿膜继续通过烘干箱或热烘缸进一步烘除水分，并使双组分的粘结纤维的皮层熔化，将湿膜中所含纤维粘结在一起的过程。

6.如权利要求1所述无静电口罩过滤膜，其特征在于，所述阻燃整理系指经烘干定型后非织布膜进一步采用市售的磷系阻燃整理剂处理的过程。

7.如权利要求1所述无静电口罩过滤膜，其特征在于，所述拒水整理系指经阻燃整理后的非织布膜进一步采用市售的氟类拒水整理剂处理的过程。