CN112226845A - 一种可降解抗菌抗病毒pha口罩芯层材料 - Google Patents

一种可降解抗菌抗病毒pha口罩芯层材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料，其原料及重量份数包括：PHA56～83份，天然抗菌抗病毒剂5～15份，天然纤维7～15份，驻极母料2～5份，增塑剂1～5份，成核剂2～4份。所述一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料通过静电纺丝制备得到。本发明采用天然可降解原料PHA为口罩芯材，并且引入了天然抗菌抗病毒剂，绿色环保，可降解，极大减少了不可降解废弃口罩对环境的污染，制得的口罩芯材的降解性能和抗菌抗病毒性能优异，避免了废弃口罩带来的环境污染和病毒二次污染问题。

Description

一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料
技术领域
本发明涉及一种可降解的环保口罩，属于生活用品制造领域。更具体地，涉及一种可降解抗菌抗病毒口罩芯层材料。
背景技术
口罩是一种卫生用品，在日常生活中被广泛使用，佩戴口罩能阻挡有害的气体、飞沫、细菌、病毒等进入口鼻，起到很好的防护作用。2020年初，新冠疫情突如其来，医用外科口罩成为人们预防病毒的主要工具，全民口罩促使口罩的需求量日益增大。但是现有的口罩芯层材料基本都是不可降解的熔喷聚丙烯(PP)材料，因此，口罩垃圾也成了污染环境问题的大隐患。同时，废弃口罩中吸附的病毒容易造成二次污染。所以研究兼具降解和抗菌抗病毒口罩芯层材料具有重要的意义。对于医用口罩，带驻极母粒和驻极高压电处理的驻极熔喷布，这层是最核心的部分，只有驻极处理后熔喷布上有很多电荷才对也同样带电荷的0.3微米的非油性小颗粒物有高效的吸附效果。
专利(CN111286170A)公开了一种可降解抗病毒材料及制备方法以及在口罩上的应用。通过将纳米二氧化钛加入多元醇表面活性剂、可吸收高分子以及良性溶剂组成的混合溶液中，此后加热悬浊液以去除溶剂，保温反应一定时间后，得到可降解复合材料，并将可降解复合材料与抗菌剂复合制得一种可降解抗病毒材料。此方法中可降解复合材料以聚乳酸(PLA)为基材，PLA极易吸水，用作口罩制品时，容易吸收呼出的水蒸气而造成部分水解，影响口罩的使用效果。
专利(CN104814542A)公开了一种可降解的环保口罩，外层和内层各由至少一层聚丁二酸丁二醇酯(PBS)无纺布组成，过滤层由至少一层竹纤维组成。此方法的口罩材料中加入了一定量的三氯生抗菌剂等，会对人体造成一定的危害。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料，选用聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为口罩芯层材料，其是一种天然的生物高分子材料，生物相容性好，并且可生物降解，相比于同为可生物降解材料的PLA，PHA的其耐水解性能良好，通过静电纺丝将其制成纤维布，将其用于口罩材料具有较大的应用潜力，选用天然抗菌抗病毒剂与PHA复合，制得可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料。
为了达到上述目的，本发明提供的一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料，其成分按重量份数表示包括：
Figure BDA0002717104400000021
本发明提供的一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料是通过静电纺丝的方法制备的，该方法的具体工艺步骤和条件如下：
S1、PHA的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对PHA进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的PHA粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于真空干燥箱中干燥，除去溶剂即得到纯的PHA粉末；
S2、配置纺丝液：按照一定的份数将PHA、天然抗菌抗病毒剂、天然纤维、驻极母料、增塑剂、成核剂在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，加热状态下剧烈搅拌，使其完全溶解；
S3、静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定，设置直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗病毒PHA口罩芯层材料。
进一步地，本发明所述的天然抗菌抗病毒剂为香草醛、喹啉酮生物碱、延胡索酸、鱼腥草、白桦脂酸、槲皮素等其中的一种或几种。
进一步地，本发明所述的天然纤维包括棉、麻、竹纤维之中的一种或几种。
进一步地，本发明所述的增塑剂为不饱和聚酯树脂类，如302聚酯、304聚酯、305聚酯等中的一种或几种。
进一步地，本发明所述的成核剂为有机类：琥珀酸钠、己二酸、己二酸铝、苯甲酸钾、肉桂酸钠等中的一种或几种。
进一步地，所述步骤S1中，真空干燥的温度60～80℃，处理时间为24～36h。
进一步地，所述步骤S2中，加热温度为70℃～100℃，搅拌转速为125～200r/min，所述混合溶液为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液。
进一步地，所述步骤S3中收集板与喷丝口的距离固定10～20cm，直流高压电压为15～20KV。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用天然可降解原料PHA为口罩芯材，绿色环保，可降解，极大减少了不可降解废弃口罩对环境的污染。
2、本发明制得的可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层的具有优异的力学性能，满足口罩材料的使用需求。
3、本发明在可降解口罩中引入了天然抗菌抗病毒剂，抗菌抗病毒性能良好，使口罩在吸附病菌病毒之后能够进行有效杀灭，避免废弃口罩带来的二次污染问题。
4、本发明中引入驻极母料，提高了可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层的静电吸附能力，使其过滤效率大大提高。
附图说明
图1为实施例1中可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层纤维的SEM图。
图2为可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层自然土埋法下不同天数的失重率。
图3为实施例1中可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层纤维缺口冲击强度曲线。
图4为实施例1中可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层纤维应力应变曲线。
图5为实施例1中可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层纤维的弯曲强度曲线。
具体实施方式
下面将通过施例对本发明实施的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
Figure BDA0002717104400000041
(1)PHA的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对PHA进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的PHA粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于60℃真空干燥箱中干燥36h，除去溶剂即得到纯的PHA粉末；
(2)配置纺丝液：按照上述比例将PHA、鱼腥草、棉纤维、驻极母料、302聚酯、己二酸在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，于80℃，150r/min的磁力搅拌下搅拌5.8h后完全溶解；
(3)静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定15cm，设置18KV的直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料。
实施例2
Figure BDA0002717104400000042
(1)PHA的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对PHA进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的PHA粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于70℃真空干燥箱中干燥26h，除去溶剂即得到纯的PHA粉末；
(2)配置纺丝液：按照上述比例将PHA、香草醛、麻纤维、驻极母料、304聚酯、琥珀酸钠在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，于85℃，150r/min的磁力搅拌下搅拌5h后完全溶解；
(3)静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定16cm，设置18KV的直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料。
实施例3
Figure BDA0002717104400000051
(1)PHA的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对PHA进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的PHA粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于70℃真空干燥箱中干燥26h，除去溶剂即得到纯的PHA粉末；
(2)配置纺丝液：按照上述比例将PHA、槲皮素、竹纤维、驻极母料、304聚酯、苯甲酸钾在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，于90℃，180r/min的磁力搅拌下搅拌4.3h后完全溶解；
(3)静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定16cm，设置20KV的直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料。
实施例4
Figure BDA0002717104400000061
(1)PHA的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对PHA进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的PHA粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于75℃真空干燥箱中干燥30h，除去溶剂即得到纯的PHA粉末；
(2)配置纺丝液：按照上述比例将PHA、延胡索酸：白桦脂酸＝1:1(wt％)、棉纤维、驻极母料、305聚酯、肉桂酸钠在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，于100℃，150r/min的磁力搅拌下搅拌5.2h后完全溶解；
(3)静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定18cm，设置20KV的直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料。
实施例5
Figure BDA0002717104400000062
(1)PHA的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对PHA进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的PHA粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于80℃真空干燥箱中干燥24h，除去溶剂即得到纯的PHA粉末；
(2)配置纺丝液：按照上述比例将PHA、喹啉酮生物碱、竹纤维、驻极母料、302聚酯、己二酸铝在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，于95℃，200r/min的磁力搅拌下搅拌6.5h后完全溶解；
(3)静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定17cm，设置18KV的直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗菌抗病毒PHA口罩芯层材料。
按照GB/T24218.3-2010对实施例1-5以及聚丙烯熔喷布的断裂强力和断裂伸长率进行测试。所得结果表1所示。
表1实施例1-5以及聚丙烯熔喷布的断裂强力和断裂伸长率测试结果
断裂强力(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 41 46
实施例2 42 48
实施例3 41 45
实施例4 43 46
实施例5 40 47
聚丙烯熔喷布 38 40
按照FZ-T01021-1992标准用平板计数法测定实施例1-5中的口罩芯材对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率，测试结果如表2所示。
抗病毒测试：参照ISO18184：2014(E)纺织品抗病毒性能测试方法进行测试。
表2实施例1-5中罩芯材对抑菌率以及抗病毒活性率
Figure BDA0002717104400000071
Figure BDA0002717104400000081
采用本发明制备口罩具有很高的断裂强度和断裂伸长率，并且能有效的抗菌抗病毒，有效抑制疾病的传播，还兼具绿色环保可降解，具有较大的市场潜力。

Claims (8)

1.一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：其成分按重量份数表示包括：聚羟基脂肪酸酯56～83份，天然抗菌抗病毒剂5～15份，天然纤维7～15份，驻极母料2～5份，增塑剂1～5份，成核剂2～4份。
2.一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：其是通过静电纺丝的方法制备，其制备步骤如下：
S1、聚羟基脂肪酸酯的重结晶提纯处理：分别采用去离子水和无水乙醇对聚羟基脂肪酸酯进行多次清洗，离心干燥除去多余的溶液；将清洗干净的聚羟基脂肪酸酯粉末溶解于氯仿和次氯酸钠的混合溶液中，置于油浴锅中于的转速下磁力搅拌至完全溶解，然后将此溶液倒入甲醇溶液中，即生成白色沉淀采用布氏漏斗抽滤，将滤饼置于真空干燥箱中干燥，除去溶剂即得到纯的聚羟基脂肪酸酯粉末；
S2、配置纺丝液：按照一定的份数将聚羟基脂肪酸酯、天然抗菌抗病毒剂、天然纤维、驻极母料、增塑剂、成核剂在高速搅拌机中完全混合后溶于混合溶液中，加热状态下剧烈搅拌，使其完全溶解；
S3、静电纺丝：用储液管吸取混合液，将收集板与喷丝口的距离固定，设置直流高压之后，开始纺丝，待储液管中溶液消耗完毕，将纺丝得到的样品置于室温条件下冷却24h后取下，即可获得一种可降解抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料。
3.根据权利要求1所述的一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：所述的天然抗菌抗病毒剂为香草醛、喹啉酮生物碱、延胡索酸、鱼腥草、白桦脂酸、槲皮素等其中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：所述的天然纤维包括棉、麻、竹纤维之中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：所述的增塑剂为不饱和聚酯树脂类，如302聚酯、304聚酯、305聚酯等中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：所述的成核剂为琥珀酸钠、己二酸、己二酸铝、苯甲酸钾、肉桂酸钠等中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：
所述步骤S1中，真空干燥的温度60～80℃聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料；
所述步骤S2中，加热温度为70℃～100℃，搅拌转速为125～200r/min；所述混合溶液为N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液。
8.根据权利要求2所述的一种可降解抗菌抗病毒聚羟基脂肪酸酯口罩芯层材料，其特征在于：所述步骤S3中收集板与喷丝口的距离固定10～20cm，直流高压电压为15～20KV。
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