CN113840552A - 抗病毒纤维产品的制造方法和使用其制成的抗病毒口罩 - Google Patents

抗病毒纤维产品的制造方法和使用其制成的抗病毒口罩 Download PDF

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Abstract

[需要解决的问题]目的在于提供一种即使经过多次清洗后仍具有抗病毒效果和持久活性的纤维产品及使用其的口罩。[问题的解决方案]抗病毒纤维产品的制造方法包括：浸渍步骤，在120℃至200℃的温度和0.0098MPa至0.59MPa的压力下，将病毒灭活剂浸渍到以纤维素作为主体的纤维中，所述病毒灭活剂通过将氧化锌纳米颗粒分散到有机酸水溶液而制成并包含有机酸锌；所述有机酸水溶液含有当溶于水时部分内酯化的有机酸40wt％至50wt％。

Description

抗病毒纤维产品的制造方法和使用其制成的抗病毒口罩
技术领域
本发明涉及一种抗病毒纤维产品的制造方法，更具体地说，涉及一种制造通过将病毒灭活剂浸渍到纤维素纤维中而获得的抗病毒纤维产品的方法。
背景技术
医院和护理设施中使用的纤维产品，例如日式床垫(被子)、床单、被罩、病号服和医生大衣，即使在每次清洗时都进行消毒处理，但在长期使用过程中仍会逐渐被细菌和病毒污染。
这些衣服需要每天清洗以确保其清洁和安全，但这样的清洗涉及患者转移和重新定位以及整理床铺的巨大成本。
同时，普通消费者佩戴的预防感染的许多口罩并没有抗病毒效果或病毒不透过效果；这些口罩可以允许一些病毒进入用户的口鼻。
缺乏防病毒能力的这些口罩往往通过喷洒抗病毒剂来弥补；但是，每次使用口罩时喷洒药剂既费时又费钱。
在这种情况下，预先将抗病毒剂浸渍到纤维中的技术正在受到关注。然而，在这种技术中，在清洗过程中很容易去除药剂，使得口罩无法重复使用。
本发明的发明人已经发现含有5000ppm至10000ppm浓度的有机酸锌盐的药剂能够灭活禽流感病毒，并提出将该药剂用作病毒灭活剂(专利文献1)。发明人还提出了制作已应用该灭活剂的衣服的技术(专利文献2)。
引文列表
专利文献
PTL 1：日本专利第4980337号
PTL 2：实用新型注册号3187328
发明内容
发明解决的技术问题
在2020年COVID-19全世界流行期间，口罩已售罄且难以获得。因此，对具有持久抗病毒效果的高度可重复使用的口罩的需求日益增长。此外，由于在临床环境中有很多工作人员感染的案例，因此希望将持久抗病毒特性不仅容易地应用到临床环境中的工作人员的防护服上而且容易地应用到衣服上。
本发明的发明人，进一步研究了上述有机酸锌盐的水溶液，已发现将这种水溶液浸渍到纤维中的方法，以这种方式使纤维具有高度的耐洗性且在多次清洗后仍保持活性。因此，发明人完成了本发明。
本发明的一个目的是提供一种制造即使在多次清洗后仍具有持久抗病毒效果的纤维产品的方法。
解决技术问题的方案
为解决上述问题，根据本发明的抗病毒纤维产品的制造方法，包括：浸渍步骤，在120℃至200℃的温度和0.0098MPa至0.59MPa的压力下，将病毒灭活剂浸渍到以纤维素作为主体的纤维中，所述病毒灭活剂通过将氧化锌纳米颗粒分散到有机酸水溶液而制成并包含有机酸锌；所述有机酸水溶液含有当溶于水时部分内酯化的有机酸40wt％至50wt％。
氧化锌纳米颗粒的另一个优点是易于分散在有机酸中。在金属离子中，据说汞(Hg)具有最高的杀菌效果，其次按顺序是Ag、Cu、Zn、Fe和TiO2，并且经常使用银基抗菌剂。然而，当形成超细颗粒时，氧化锌表现出与银一样高的灭菌和杀菌效果。氧化锌的超细颗粒被认为具有与银离子相同的杀菌机制。更具体地说，认为细菌细胞膜不是被金属的毒性和杀菌特性破坏的，而是被由这些颗粒将空气或水中的一些氧转化成的活性氧破坏的。当以纳米颗粒形式使用时，氧化锌具有更大的比表面积并与细菌的更大表面接触，从而抑制细菌的生长。粉末形式的金属离子不太可能洗脱，从而具有持久杀菌效果和安全性。当与细菌直接接触时，这些金属离子具有与银一样高的抗菌性能。请注意，细菌的直径为75nm。通过选择与细菌相似直径的超细颗粒形式的氧化锌，然后将氧化锌分散到有机酸水溶液中，可以灭活细菌。
此外，在本发明中，有机酸水溶液含有40wt％至50wt％的当溶解于水中时部分内酯化的有机酸。在下面的描述中，葡萄糖酸用作这种有机酸的一个例子，并解释它是如何工作的。
当葡萄糖酸溶于水时，部分葡萄糖酸转化为如化学式1所示的葡萄糖酸内酯。在这种情况下，称为葡萄糖酸和葡萄糖酸内酯处于平衡状态。葡萄糖酸内酯与葡萄糖酸的比率根据水溶液的温度、浓度或pH值而不同。当呈酸性时，溶液中含有大量酸，使葡萄糖酸内酯的百分比增加。同时，当溶液呈碱性时，葡萄糖酸转化为盐并稳定，从而使葡萄糖酸内酯的百分比降低。处于平衡状态的两个组分就好像通过管子相连的两个水箱；当水倒入左侧水箱时，部分水通过管子流入右侧水箱以达到平衡。
化学式1
Figure BDA0003356321830000031
现在将通过描述葡萄糖酸与为蛋白质的禽流感病毒接触的情况来解释通过同时使用氧化锌纳米颗粒和葡萄糖酸(当溶于水时部分内酯化的有机酸)产生的协同效应。如下化学式2所示，任何蛋白质都含有酸性和碱性氨基酸。具有-COOH的酸性氨基酸，当溶解在水中时，会转化为负离子(COO-)。同时，具有-NH2的碱性氨基酸转化为正离子(-NH3 +)。当蛋白质中的正离子数目超过负离子时，蛋白质就溶解在水中，反之亦然。然而，当正负离子数量相等(它们处于等电点)时，电中性且不带电荷的蛋白质在水中保持不溶解。在等电点处，病毒变得不溶于水，凝结并死亡。
化学式2
Figure BDA0003356321830000041
根据本发明，氧化锌纳米颗粒与葡萄糖酸(当溶于水时部分内酯化的有机酸)反应以转化为葡萄糖酸锌。这种葡萄糖酸锌被认为很好地调节等电点，从而破坏和灭活禽流感病毒细胞。
在这种情况下，可以将富马酸、苹果酸或柠檬酸添加到葡萄糖酸水溶液中以提高其抗菌性能。
根据本发明的构成，病毒灭活剂在高温高压浸渍到纤维素基纤维中。高温高压加速含有机酸锌盐的病毒灭活剂浸渍到纤维的微孔中。
同时，纤维素中含有大量的糖苷键键合的β-葡萄糖分子。如以下化学式3所示，纤维素每个单体具有三个OH基团(极性官能团)。锌离子(Zn2+)与纤维素OH基团的氧原子配位，从而被更牢固地捕获于这些氧原子中。另一方面，有机酸的羧基(COO-)的氧原子与OH基团的氢原子配位，从而被更牢固地捕获于这些氢原子中。高温高压加速了这一作用，使更多的有机酸锌盐被纤维素纤维捕获。如此配位并被纤维素纤维捕获的有机酸锌盐在正常清洗过程中不太可能被清除，从而即使在多次清洗后仍保持较高的抗病毒活性。
化学式3
Figure BDA0003356321830000042
过高的温度和压力可能会增加成本，而过低的温度和压力可能无法提供足够的效果。因此，温度为120℃至200℃，优选为130℃至180℃，更优选为140℃至170℃，而压力为0.0098MPa至0.59MPa，优选为0.15MPa至0.5MPa，更优选0.2MPa至0.4MPa。请注意，这些压力值适用于常压(约0.1MPa)。例如，当施加1.5atm压力时，本发明中所提及的压力量为0.5atm(约0.05MPa)。
可以同时或循序地施加高温和高压。更具体地说，一种方法是同时施加高温和高压。一种替代方法是先施加高温，然后在温度正在降低时或温度降低后施加高压。另一种替代方法是首先施加高压，然后在压力正在降低时或压力降低后施加高温。
例如，使用市售的高压釜能够同时应用高温和高压，从而能够对纤维产品进行灭菌。使用这种高压釜还能够将高温水溶液(病毒灭活剂)浸渍到纤维素中，同时保持液体形式的溶液。高压釜可以用市售的热压机代替。
浸渍时间(同时施加高温高压所花费的时间或循序地施加高温高压所花费的总时间)优选为1分钟至60分钟，更优选为5分钟至45分钟，进一步更优选为10分钟至30分钟。当温度和压力都比较高时，可以进一步缩短浸渍时间。
本发明所称的纤维产品包括纤维(线)本身；用编织纤维(平纹梭织、斜纹梭织、缎纹梭织)而成的诸如织物、毛巾的布料及无纺布；以及由这些布料制成的所有纤维产品—服装、纱布、床单、包、枕套、绳子、绳索和地毯。
采用本发明的浸渍工艺可能会堵塞纤维的孔，降低透气性；然而，降低的透气性导致抗病毒性和病毒不透过性的提高。
应用浸渍工艺的目标可以是任何上述纤维产品。换言之，浸渍工艺的目标可以在最终产品及其材料之间进行选择。
纤维产品的用途没有特别限制。该产品适用于医疗和护理应用。此外，该产品还适用于有婴儿、幼儿、孕妇、老人或准备考试的学生的家庭，因为这些人可以在流感流行季节期间免受病毒感染。
此外，纤维产品优选是耐洗的。例如，布或由布制成的纤维产品优选具有至少0.12mm、更优选至少0.15mm、进一步更优选至少0.18mm的厚度。
此类纤维产品包括由棉制成的布，如草坪布、宽幅布、细幅布、床单布、双层纱布以及通过加工这些布制成的其他布。
浸渍工艺后进行的干燥可以使用诸如风干、湿热干燥、干热干燥的公知的方法。当可以利用具有干燥功能的高温高压应用装置时，可使用干燥功能。
氧化锌纳米颗粒优选包含直径为50nm至70nm的氧化锌纳米颗粒。
有机酸锌盐优选含有葡萄糖酸锌。
病毒灭活剂可以进一步包含颜料或染料，从而可以同时进行染色和抗病毒性能的应用。
当葡萄糖酸锌在溶液中的含量为5000ppm至10000ppm时，其具有较高的抗病毒活性。就抗病毒活性而言，葡萄糖酸锌含量优选为6000ppm至9000ppm，更优选为6500ppm至8500ppm。因此，优选地，葡萄糖酸锌应被添加到纤维中以使其浓度可被设定在上述值范围内。此外，上述病毒灭活剂中所含的葡萄糖酸锌的浓度可以为5000ppm至10000ppm，优选为6000ppm至9000ppm，更优选为6500ppm至8500ppm。
所述病毒灭活剂还可以含有粘合剂。
在浸渍工艺之前，可以提供将粘合剂浸渍到纤维中的附加工艺。
使用粘合剂可使有机酸锌盐牢固地固定在纤维素纤维中，从而提高耐洗性。
这种粘合剂既可以在提高粘合剂与纤维素纤维之间的粘合力后与有机酸锌盐接触，或可以在提高粘合剂与有机酸锌盐之间的整体性后与纤维素纤维接触。
粘合剂的实例包括通用树脂如水基丙烯酸粘合剂、乙二醛树脂和丁二烯树脂乳胶。所述病毒灭活剂还可以含有软化剂、保湿剂或其他添加剂。
当首先浸渍粘合剂时，将粘合剂溶解在合适的溶剂(例如，水)中，并且可以将所得溶液涂覆或喷涂到目标上，或者，可以将目标浸泡在溶液中。浸渍可以在常温常压也可以在高温高压进行。
此外，可以向病毒灭活剂中添加1,3-二甲基-2-咪唑烷，以提高有机酸锌盐在水中的溶解度。请注意，1,3-二甲基-2-咪唑烷是无毒的。
当病毒灭活剂被浸渍到布中时，该试剂的含量优选为5g/m2至13g/m2，更优选7g/m2至13g/m2，进一步更优选8g/m2至12g/m2氧化锌纳米颗粒。
发明的有益效果
根据本发明的抗病毒纤维产品的制造方法能够使有机酸锌盐具有长期的抗病毒效果。例如，这允许在临床环境中重复使用口罩和亚麻布。
根据本发明的抗病毒纤维产品可以防止由于各种细菌的繁殖而产生恶臭，从而提供持久的除臭效果。
此外，氧化锌纳米颗粒具有反射阳光的作用，从而切断来自太阳的热量和紫外线。这种效果可以被应用于布、窗帘和其他织物产品。
附图说明
图1(a)和1(b)显示含有根据本发明的纤维产品的口罩。图1(a)是口罩的外观图，图1(a)是口罩的外观图。图1(b)是具有层叠结构的口罩主体的局部剖视图。
具体实施方式
根据本发明的制造纤维产品的方法使用病毒灭活剂，其中氧化锌纳米颗粒分散到有机酸水溶液中，以这样的方式使得该溶液含有5000ppm至10000ppm浓度的有机酸锌盐。有机酸水溶液含有40wt％至50wt％的当溶解在水中时部分内酯化的有机酸。
这种有机酸的实例包括葡萄糖酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸和乳酸。在这些酸中，优选的是葡萄糖酸。
例如可以按如下制造病毒灭活剂。直径为50nm至70nm的氧化锌纳米颗粒在室温下被分散并搅拌到含有40wt％至50wt％葡萄糖酸的葡萄糖酸水溶液中，使所得葡萄糖酸锌的浓度为5000ppm至10000ppm。在整个分散过程中，防止溶液温度超过室温。已经证实，当氧化锌纳米颗粒在葡萄糖酸水溶液中被分散和搅拌时，如果产生太多热量，该溶液会产生热量并发生凝胶化。
将由此获得的病毒灭活剂在120℃至200℃的温度和0.0098MPa至0.59MPa的压力下浸渍到纤维素基纤维中。
高温峰和高压峰可以彼此一致或彼此不一致。
纤维素基纤维不限于天然纤维素纤维(例如，棉、大麻、亚麻)和再生纤维(例如，人造丝)，还可以包含其他类型的纤维(例如，合成纤维)。例如，纤维素基纤维可以是由纤维素和其他材料的混合物制成的布或由不同类型的纤维制成的布。天然纤维素纤维或再生纤维与纤维素基纤维的质量比优选为至少30％，更优选为至少50％，进一步更优选为至少70％。
病毒灭活剂的制备
如下制备六种不同的病毒灭活剂样品，其含有不同浓度的葡萄糖酸锌：30,000ppm；10,000ppm；7,500ppm；5,000ppm；3,750ppm；和2,000ppm。直径为50nm至70nm的氧化锌纳米颗粒在室温下被分散并搅拌到水溶液中，同时防止溶液温度超过室温。该水溶液含有50％的当溶解在水中时部分内酯化的有机酸(在本实施例中葡萄糖酸)。
超细颗粒形式的氧化锌被认为均匀地分散和溶解在具有有机酸(葡萄糖酸)的水中。
将氧化锌纳米颗粒分散到有机酸水溶液中的过程优选在避免溶液温度升高的同时进行。
接下来，将0.5ml葡萄糖酸锌溶液的每个样品(用于比较的无菌蒸馏水)和0.5ml禽流感病毒(A/whistling swan/Shimane/499/83(H5N3)107.5EID50/0.1ml)在涡旋混合器中混合并在室温(20℃)下反应10分钟。每个样品和病毒的混合溶液用含有抗生素的无菌磷酸盐缓冲盐水(PBS)稀释十倍。然后，将0.1ml稀释的混合溶液接种到三个10日龄鸡胚的每个的绒毛膜尿囊腔中。将含胚卵在37℃下孵化两天后，进行红细胞凝集试验以检查病毒是否在绒毛膜尿囊腔中生长。然后，通过Reed和Munch方法计算传染性病毒滴度。结果示于下表1中。
表1
Figure BDA0003356321830000081
Figure BDA0003356321830000091
从表1中可以明显看出，当葡萄糖酸浓度为7,500ppm时，传染性病毒滴度最低(2.25)。最低值的原因未知。
浸渍入纤维
以与上述相同的方式制备含有7500ppm葡萄糖酸锌的病毒灭活剂。进行了将病毒灭活剂浸渍在纤维素纤维(20支纱)和纤维素布(11号帆布)中的实验，纤维素纤维(20支纱)和纤维素布(11号帆布)两者都是市售的。
实施例1
首先，将1kg纤维素纤维和1kg纤维素布放入从株式会社池田理化(IkedaScientific Co.,Ltd.)可买到的高压釜中。此后，添加2升病毒灭活剂。然后，在134℃和0.23MPa将病毒灭活剂在纤维素纤维中浸渍10分钟。
然后，在室温下进行吹干，从而获得实施例1的纤维素纤维和纤维素布。
实施例2
除了温度和压力分别设定为150℃和0.39MPa之外，以与实施例1相同的方式制备实施例2的纤维素纤维和纤维素布。
实施例3
除了温度和压力分别设定为120℃和0.10MPa以及浸渍时间设定为20分钟之外，以与实施例1相同的方式制备实施例3的纤维素纤维和纤维素布。
比较例1
除了温度和压力分别设定为110℃和0.044MPa以及浸渍时间设定为30分钟之外，以与实施例1相同的方式制备比较例1的纤维素纤维和纤维素布。
比较例2
制备比较例2的纤维素纤维和纤维素布，纤维素纤维和纤维素布两者都未进行任何处理。
清洗
将实施例1至3和比较例1、2的纤维素纤维和纤维素布分成两部分，每半在不加洗涤剂的情况下在市售的家用洗衣机中清洗350次。
制备未清洗和清洗的实施例1至3和比较例1和2的纤维素纤维和纤维素布。在将0.5g各纤维产品放入含有1.0ml禽流感病毒溶液的容器中之后，进行与上述相同的实验，计算传染性病毒滴度。下表2中，〇(良好)表示log EID50/0.1ml为3.5以下，×(差)表示logEID50/0.1ml为5以上，△(一般)表示两者之间的值。
[表2]
Figure BDA0003356321830000101
已经发现，比较例2的纤维素纤维和纤维素布没有经过病毒灭活剂的浸渍处理，没有抗病毒效果。还发现实施例1至3的纤维素纤维和纤维素布在它们被清洗前后均具有良好的抗病毒活性，表明即使清洗后的优异抗病毒性能。另一方面，比较例1的纤维素纤维和纤维素布在清洗前具有与实施例1至3相同的抗病毒特性，但在清洗后没有保持住该特性。
应用于口罩
图1(a)和1(b)表示含有根据本发明的纤维产品的抗病毒口罩。图1(a)是口罩的外观图，图1(a)是口罩的外观图。图1(b)是具有层叠结构的口罩主体的局部剖视图。如图1(b)所示，口罩主体由多层(在该图中三层)布层形成。
在图中，内层13是将接触用户嘴巴的布。因此，该层应优选由触感舒适的材料制成。中间层12将不与外部空气和用户的嘴直接接触。因此，将本发明应用于该层的布可以提供长期的抗病毒活性。外层11将暴露于外部空气。将本发明应用到该层的布上，可以防止使用者的手在接触口罩后被病毒污染。
此外，可以为这些层中的任何层提供阻挡花粉和细颗粒诸如PM 2.5的功能。
用于口罩的布优选耐洗350次以上。本发明的耐洗至少350次的纤维产品优选由适合产品特性的绳和织物制成。
此外，本发明适用于医疗和护理人员以及医院和护理设施用户使用的布，以防止医院获得性感染。
在上述实施例中，葡萄糖酸用作有机酸；然而，本发明不限于葡萄糖酸。
应当理解，上述实施例已被作为本发明的实施的示例来描述。本发明的范围不是由上述描述而是由权利要求的范围示出，包括所有修改和等同物。
工业适用性
根据本发明的抗病毒纤维产品即使在多次清洗后仍能保持杀菌和抗病毒效果，从而提供了高工业实用性。
附图中的附图标记
1 抗病毒口罩
11 外层
12 中间层
13 内层。

Claims (5)

1.一种抗病毒纤维产品的制造方法，包括：
浸渍步骤，在120℃至200℃的温度和0.0098MPa至0.59MPa的压力下，将病毒灭活剂浸渍到以纤维素作为主体的纤维中，所述病毒灭活剂通过将氧化锌纳米颗粒分散到有机酸水溶液而制成并包含有机酸锌；
所述有机酸水溶液含有当溶于水时部分内酯化的有机酸40wt％至50wt％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氧化锌纳米颗粒包括直径为50nm至70nm的氧化锌纳米颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机酸锌包括葡萄糖酸锌。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述病毒灭活剂包含5000ppm至10000ppm的葡萄糖酸锌。
5.一种抗病毒口罩，包含通过根据权利要求1至4中任一项所述的方法制造的纤维产品。
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