CN113633048A - 一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩及衍生涂层材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境功能材料领域和卫生保健技术领域，涉及一种基于弱光光催化抗菌杀毒口罩及衍生的涂层材料，所述杀毒口罩聚丙烯熔喷布层中金属氢氧化物粒子，金属氢氧化物粒子在弱光照射下而活化，可分解双氧水持续产生羟基自由基或氧负离子，破坏致病细菌的细胞膜、病毒的蛋白质外壳以及核酸结构，从而实现广谱杀菌抗毒。利用金属离子光催化作用实现对表面富集的病毒及致病菌的高效长效灭杀，降低感染病原体的风险。这是传统口罩所不具备的功能,衍生为新的消毒涂层材料，也是本领域表面材料技术发展的新方向。本发明利用弱光光催化杀毒，具有杀毒灭菌广谱性、无二次污染、费用低廉、作用时间长、可重复使用等优点，值得大力推广。
Description
技术领域
本发明同时属于环境功能材料领域和卫生保健技术领域，涉及一种光催化杀 毒材料和一种防护口罩，尤其涉及一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩及衍生涂 层材料，其具有高效广谱杀菌消毒功能且能反复使用。
背景技术
21世纪以来，各种病毒感染层出不穷，如禽流感、H1N1病毒、“非典”病毒、 猪瘟病毒、新型冠状病毒COVID-19病毒等。病毒是一种个体微小的非细胞型微 生物(一般为20-200nm)，结构简单，仅包含作为保护性外壳的一层蛋白质或 脂蛋白(磷脂双分子层)和内部的一种核酸(DNA或RNA)。目前常用的化学消 毒法包括含Cl消毒剂处理、H2O2溶液处理以及75％酒精处理等，具有广谱高 效的杀菌消毒优势。但该方法缺点也较明显，不能多次使用、且该方法不能实 现动态连续的消毒。
口罩被广泛应用防护领域中，用于防止细颗粒物、以及携带病毒或细菌的飞 沫等进入人体，特别是在在流感病毒、COVID-19等病毒的防护上，符合防护要 求的口罩至关重要。但是，口罩在病原体(细菌、病毒等)的防护中依然存 在在3个突出问题：(1)对小粒径病毒的拦截能力有限，只能拦截空气中载有 病毒的大液滴。目前广泛使用的口罩主要基于过滤层的多孔结构以及聚丙烯 熔喷无纺布层的静电吸附作用实现对病毒及致病菌的物理截滤。另外，但某 些小粒径病毒吸附在小的悬浮飞沫后可以穿过口罩的细孔进行传播。虽然N95/N99型口罩可以隔断这些小飞沫传播，但其透气性差且价格昂贵；(2) 缺乏自清洁能力。传统口罩只能拦截病毒或致病病菌，却不能够对其进行杀灭。 病原体(例如病毒、致病菌等)粘附在物体表面不会立即死亡，相反却可以 存活几个小时，某些病菌由于合适的湿度、温度条件和空气条件甚至可存活 一周，期间大量繁殖。当人们更换口罩时，病原体极有可能从使用过的口罩 转移到身体表面，造成感染。如果不严格按照规范方法处理废弃口罩，口罩上 粘附的大量病原体很容易成为传染源；(3)不论是N95型口罩或是一次性医用口罩都属于耗损性口罩，无法重复使用。随着使用时间的延长和截留微粒的增 多，口罩中聚丙烯超细静电纤维布的静电吸附性能会逐渐衰减，多孔物理结构 会出现堵塞，病原体截留效能的降低从而导致防护性能下降。随着全球疫情的 大流行，大量一次性口罩使用过后即被丢弃，不仅造成了环境污染和潜在的 感染风险，也导致相关资源的极大浪费。
本发明设定口罩仅作为一种载体。弱光催化剂负载其上发挥其功能，其本质 是一种涂层材料。新冠疫情、猪瘟、禽流感等病毒流行目前广泛使用含氯消毒剂。 由于大量使用会造成胎儿畸形和诱发癌症，急需开发一种具有高效广谱杀菌消毒 功能且能长期使用表面涂层材料，替代含氯消毒剂。
发明内容
本发明的目的旨在解决口罩杀毒的问题而提供一种具有高效广谱杀菌消毒 功能且能长期反复使用的防护口罩。
本发明通过以下技术方案来实现：一种基于弱光光催化抗菌杀毒口罩，包括 罩体，从外到内依次包括：聚丙烯熔喷无纺布层1、全棉吸水片2，过滤布层3、 全棉吸水片4、无纺布层5，其中，所述的表面聚丙烯熔喷布层1中含有具有光 催化功能金属氢氧化物粒子。
作为本发明的一种优选技术方案，所述金属氢氧化物选自氢氧化硅、氢氧化 锆、氢氧化钙、氢氧化锌、氢氧化钛等市售分析纯中的一种或者多种掺杂的粒子 光催化剂。
作为本发明的一种优选技术方案，所述金属氢氧化物在聚丙烯熔喷无纺布层 通过一下制备方法获得，包括：将一定量的金属氢氧化物和蒸馏水按照一定的质 量比(1:200-1:400)配制成超稀混合液，将聚丙烯无纺布层浸入上述混合液中 3min，捞出后展开自然风干，如此反复5次。
本发明通过所述的表面聚丙烯熔喷布层1中含有具有光催化功能金属氢氧 化物(氢氧化硅、氢氧化锆、氢氧化钙、氢氧化锌、氢氧化钛)粒子，利用金属 离子实现对表面富集的病毒及致病菌的高效长效灭杀。
具体地，所述的聚丙烯熔喷布层中含有的杀毒材料为金属Si,Zr,Ca Ti，Zn 等氢氧化物掺杂粒子光催化剂，在光照甚至是弱光照射下，杀毒组分可持续产生 羟基自由基或氧负离子，破坏致病细菌的细胞膜、病毒的蛋白质外壳以及核酸结 构，从而实现杀菌抗毒。
本发明进一步提供了一种衍生涂层材料，其中含有具有光催化功能金属氢氧 化物粒子是催化剂的活性组分，所述金属氢氧化物选自氢氧化硅、氢氧化锆、氢 氧化钙、氢氧化锌、氢氧化钛中的一种或者多种掺杂的光催化剂。
本发明提供了一种衍生涂层材料的应用，包括以下步骤：将一定量的金属氢 氧化物和蒸馏水按照一定的质量比配制成超稀混合液，使用时放喷雾器中，对墙 壁全面喷涂，自然风干后，如此反复。
所述材料可以与口罩载体分离，作为新型涂层材料，而保持其消毒杀菌功能， 其特征在于：可应用在生活中的诸多方面，包括医院、学校、酒店、火车、公交、 养殖业等，快速有效且持续长久的日常消杀猪瘟禽流感等类H1N1病毒等。
为了实现上述目标，本发明进一步提供了一种用于口罩的衍生涂层材料的制 备方法：
步骤(1)，将一定量的金属氢氧化物和蒸馏水按照一定的质量比 (1:200-1:400)配制成超稀混合液。
步骤(2)，将聚丙烯熔喷无纺布浸入上述混合液中，浸渍3min，捞出后展 开自然风干，如此反复5次。
步骤(3)，将步骤(2)中固化光催化剂的聚丙烯熔喷无纺布层采用H2O2溶液喷洒，喷洒的量范围为1.5-2ml。
优选地，步骤(3)使用的H2O2溶液为浓度为2％的医用双氧水，得到组成 杀毒口罩的聚丙烯熔喷布层1。
本发明获得的一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩，在4h的弱光0.1mw/cm2光照下也可取得99.99％的H1N1杀毒效率，光强5mW/cm2照射下2.5min即可实 现99.96％的H1N1杀毒效率。
通过上述设置，本发明利用成本低廉的金属氢氧化物作为杀毒材料，可以显 著杀灭吸附在口罩上的细菌及病毒，高效便捷，可长时间维持优良的杀毒抑菌效 果，且可以重复使用。
与其它杀毒材料及防护口罩相比，本发明所涉及的弱光光催化杀毒材料及基 于此制备的防护口罩具有以下优势：
(1)对于致病细菌，在可见光存在的条件下，弱光光催化作用可持续产生 羟基自由基或氧负离子，直接破坏细菌细胞膜结构，使细菌死亡。
(2)对于病毒，在可见光存在的条件下，弱光光催化可产生羟基自由基或 氧负离子，分解凝固病毒蛋白质、脂类包膜，抑制病毒活性，破坏病毒结构，从 而杀灭病毒。
(3)光谱抗菌杀毒，几乎可以杀灭所有的致病细菌及病毒，可作为一种新 型的表面涂层材料。
(4)弱光光催化剂本身不消耗，持续有效，可反复使用，不需要频繁更换 口罩，有效减少口罩的浪费，有效节约资源。
(5)没有刺激性气味，对人体皮肤无刺激，安全无毒。不含氯，没有含氯 消毒剂大量使用所导致胎儿畸形和癌症风险。
(6)在4h的弱光0.1mw/cm2光照下也可取得99.99％的H1N1杀毒效率， 光强5mW/cm2照射下2.5min即可实现99.96％的H1N1杀毒效率。
本发明所涉及的弱光光催化杀毒灭菌材料除了应用于口罩，将来还会迎来更 多的机会和更广阔的发展前景，可应用在生活中的诸多方面，包括养殖场、医院、 学校、酒店、车站、火车、公交等场所，快速有效且持续长久的日常消杀等。
附图说明
图1为杀毒口罩1作用前后的对比情况；
图2为杀毒口罩1聚丙烯熔喷布层负载弱光光催化剂后的扫描电镜；
图3为杀毒口罩1在光强5mW/cm2光催化作用下的杀毒效果测试数据(报 告截图)；
图4为杀毒口罩1弱光光催化作用下的杀毒效果测试数据(报告截图)。
具体实施方式
为了使本发明实现的创作特征、技术手段及达成功效易于了解，下面结合具 体实施例，进一步阐明本发明。
制备例1
一种用于口罩的衍生涂层材料，即表面负载的聚丙烯熔喷布及其制备：
(1)将一定量的金属氢氧化物(混合物，1g，分析纯市售商品)和蒸馏水 (350ml)按照一定的质量比配制成超稀混合液。
(2)然后将聚丙烯无纺布层浸入上述混合液中3min，捞出后展开自然风干， 如此反复5次。
(3)将本实施例中固化光催化剂的聚丙烯熔喷无纺布层1置于用浓度为2％ 的医用双氧水喷洒，喷洒的量范围为1.5-2ml。
聚丙烯熔喷布层负载弱光光催化剂后的扫描电镜图如图2所示。
制备例2
采用制备1获得的表面负载光催化剂聚丙烯熔喷布，用于制备口罩，从外到 内按照如下次序缝装口罩：聚丙烯熔喷无纺布层1、全棉吸水片2，过滤布层3、 全棉吸水片4、无纺布层5。得到口罩1。
制备例3
一种用于口罩的衍生涂层材料，即表面聚丙烯熔喷布及其制备：
(1)将一定量的金属氢氧化物(型号：Yzcts混合物，1g，分析纯市售商品) 和蒸馏水(350ml)按照一定的质量比配制成超稀混合液。
(2)然后将聚丙烯无纺布层浸入上述混合液中3min，捞出后展开自然风干， 如此反复5次。
(3)将本实施例中固化光催化剂的聚丙烯熔喷无纺布层1置于用浓度为2％ 的医用双氧水喷洒，喷洒的量范围为1.5-2ml。
聚丙烯熔喷布层负载弱光光催化剂后的扫描电镜图如图2所示。
制备例4
一种用于口罩的衍生涂层材料，即表面聚丙烯熔喷布及其制备：
(1)将一定量的金属氢氧化物(混合物，1g，分析纯市售商品)和蒸馏水 (350ml)按照一定的质量比配制成超稀混合液。
(2)然后将聚丙烯无纺布层浸入上述混合液中3min，捞出后展开自然风干， 如此反复5次。
(3)将本实施例中固化光催化剂的聚丙烯熔喷无纺布层1置于用浓度为2％ 的医用双氧水喷洒，喷洒的量范围为1.5-2ml。
聚丙烯熔喷布层负载弱光光催化剂后的扫描电镜图如图2所示。
制备例5弱光除菌杀病毒催化剂使用方法：
喷涂液的配制：催化剂1g(氢氧化硅1-10％，氢氧化锆5-20％，氢氧化钙 5-20％，氢氧化锌30-70％和氢氧化钛2-70％的混合物，各组份之和为100％，分 析纯，市售商品)加水1L，搅拌制成浆液。使用时放喷雾器中,对墙壁全面喷 涂,混合液使用量125±25m2/L自然风干后，再重复1次喷1g催化剂/每升，风 干，催化剂涂层可保持一个月的活性。
在喷上3％双氧水杀毒剂。每周1-2次喷入125±25m2/L 3％双氧水。
光源强度：照明灯源30w日灯光加有约0.2m左右距离的5W白色LED灯， 则灭活的时要照射4h。如果增加约为户外阴天光照强度，相当60WLED灯距离 0.02m左右，则灭活率100％仅需几分钟。推荐在有弱光以上照射的地方使用。
测试例1
口罩1采用5mW/cm2强光光催化杀毒：杀毒实验前先用浓度为2％的医用 双氧水均匀喷淋口罩1外层的聚丙烯熔喷层。光催化光源选用两个30W的白色 LED灯，两个光源处在同一水平高度，相互间的距离设定为4.2cm。固定光源与 口罩1之间的距离为2.2cm，口罩1表面的辐照强度范围为4.3-5.8mW/cm2，照 射时间在2.5min和15min分别测试口罩的光催化杀毒性能。委托专业检测机构 进行检测，检测方法根据ISO 18184 2014(E)实施。具体结果如图3所示。
测试例2
口罩1弱光光催化杀毒：杀毒实验前先用浓度为2％的医用双氧水均匀喷淋 口罩1外层的聚丙烯熔喷层。光催化光源选用两个1.7W的白色LED灯，两个 光源处在同一水平高度，相互间的距离设定为4.2cm。光源与口罩1的垂直距离 固定为20cm，口罩1表面的辐照强度范围为0.08-0.12mW/cm2。口罩1的辐照 杀毒时间210min和240min时分别采样测试口罩1的光催化杀毒性能。委托专 业检测机构进行检测，检测方法根据ISO 18184 2014(E)实施。具体结果如图 4所示。
其中，弱光光催化杀毒作用前后，口罩1的对比情况如图1所示。
从上述结果可见，本发明的口罩在3.5-4h的弱光0.1mw/cm2光照下也可取得99.9％以上的H1N1杀毒效率，光强5mW/cm2照射下2.5min即可实现99.96％的 H1N1杀毒效率。
前述实施例是本发明的优选实施例，并非全部。基于实施例，本领域其他 相关技术人员在不做任何创造性劳动的前提下所申请的其它实施例，都属于本发 明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩，包括罩体，其特征在于：从外到内依次包括：聚丙烯熔喷无纺布层1、全棉吸水片2，过滤布层3、全棉吸水片4、无纺布层5，其中，所述的表面聚丙烯熔喷布层1中含有具有光催化功能金属氢氧化物粒子。
2.根据权利要求1所述的一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩，其特征在于，所述金属氢氧化物选自氢氧化硅、氢氧化锆、氢氧化钙、氢氧化锌、氢氧化钛中的一种或者多种掺杂的光催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩，其特征在于，所述的表面聚丙烯熔喷布层1中含有具有光催化功能金属氢氧化物粒子通过以下方法获得，包括：将一定量的金属氢氧化物和蒸馏水按照一定的质量比配制成超稀混合液，将聚丙烯无纺布层浸入上述混合液中，捞出后展开自然风干，如此反复。
4.一种衍生涂层材料，其特征在于，含有具有光催化功能金属氢氧化物粒子是催化剂的活性组分，所述金属氢氧化物选自氢氧化硅、氢氧化锆、氢氧化钙、氢氧化锌、氢氧化钛中的一种或者多种掺杂的光催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种衍生涂层材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：将一定量的金属氢氧化物和蒸馏水按照一定的质量比配制成超稀混合液，使用时放喷雾器中，对墙壁全面喷涂，自然风干后，如此反复。
6.根据权利要求1-3任一项所述的防护杀毒口罩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将一定量的金属氢氧化物和蒸馏水按照一定的质量比配制成超稀混合液。然后将聚丙烯无纺布层浸入上述混合液中，浸渍3min，捞出后展开自然风干，如此反复5次；
(2)将固化光催化剂的聚丙烯熔喷无纺布层用浓度为2％的医用双氧水喷洒；
(3)从外到内按照如下次序缝装口罩：聚丙烯熔喷无纺布层1、全棉吸水布2、滤布层3、全棉吸水布层4、无纺布层5。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：H2O2溶液为浓度为2％的医用双氧水，喷洒的量范围为1.5-2ml。
8.根据权利要求1所述的一种基于弱光光催化抗菌杀毒的口罩，其特征在于：在4h的弱光0.1mw/cm2光照下也可取得99.99％的H1N1杀毒效率，光强5mW/cm2照射下2.5min即可实现99.96％的H1N1杀毒效率。
9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述材料作为新型涂层材料，而保持其消毒杀菌功能，其特征在于：可应用在生活中的诸多方面，包括医院、学校、酒店、火车、公交、养殖业等，快速有效且持续长久的日常消杀猪瘟禽流感等类H1N1病毒等。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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