CN102872654B - 一种口罩用过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种口罩用过滤材料及其制备方法。所述口罩用过滤材料包含聚合物纳米纤维和支撑体无纺布。其制备方法是通过溶液或熔融静电纺丝将均一的聚合物纳米纤维纺溶液或熔体纺在支撑体无纺布上。本发明的口罩用过滤材料具有优良的透气性，其对0.3um氯化钠气溶胶粒子的截留率可高达90％以上。本发明的这种口罩用过滤材料的制备方法简单，成本低廉，适合工业化生产。

Description

一种口罩用过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种口罩用过滤材料及其制备方法，尤其涉及一种口罩用聚合物纳米纤维过滤材料及其制备方法。

背景技术

当今世界经济发展迅速，人们生活水平显著提高。但是经济发展的同时，也带来了严峻的环境问题。工业生产、日常发电、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物对人的呼吸健康影响巨大。尤其是空气中直径小于2.5um的极细颗粒物(PM 2.5)，它们是造成大气阴霾和人类肺癌的最大元凶。2012年2月29日，国务院总理***主持召开国务院常务会议，同意发布新修订的《环境空气质量标准》，规定将PM 2.5纳入各省市强制检测范畴。

目前的口罩用过滤材料，主要是传统的非织布无纺布纤维或者橡塑等滤材，这些材料制备的口罩防尘效果差或者透气性能差。例如中国实用新型专利(ZL02232615.4)介绍了一种防尘口罩，其过滤材料采用滤纸，使得该口罩存在透气性差，不舒适的缺点。中国实用新型专利(ZL 03253526.0)介绍了一种新型的防尘口罩，但其口罩使用的过滤材料质量大，并且其防尘效果也不理想。

聚合物纳米纤维是直径在几十到几百纳米的超细纤维，通过静电纺丝技术制备。静电纺丝是使高分子溶液或熔体带电，并置于喷丝口与接收屏之间的高压电场中，通过静电吸引力克服高分子溶液或熔体的表面张力，从而使纺丝液成为一股带电的喷射流，并在电场中运动，最后集聚在金属网状接收屏上，成为无纺布状的纤维毡，高分子溶液或熔体因溶剂的蒸发或熔体冷却而固化，从而成为纳米纤维无纺织布。这种本身带静电的纳米纤维的无纺织布是一种非常好的过滤材料，对极细颗粒的过滤效率高且透气性优良。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种过滤效率高且透气性优良的口罩。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种既可有效过滤极细颗粒，又具有优良透气性的口罩用过滤材料。

为实现上述目的，本发明提供了一种口罩用聚合物纳米纤维过滤材料及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种口罩用聚合物纳米纤维过滤材料。

具体地，本发明的口罩用聚合物纳米纤维过滤材料包括聚合物纳米纤维和支撑体无纺布。其中，聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比为10-30∶100。

本发明的口罩用过滤材料是聚合物纳米纤维与支撑体无纺布的复合膜，其中，起过滤作用的聚合物纳米纤维膜的厚度可以很薄，并且其纤维直径大小也是可控的，从而在保证其对气溶胶粒子截留率的同时，也具有优良的透气性能。

在本发明的具体实施方式中，聚合物纳米纤维膜的厚度优选为1-30um，该膜层中的聚合物纳米纤维直径优选为300-1000nm，且纤维基本呈无规则排列。

在本发明的口罩用过滤材料中，所述聚合物纳米纤维优选为聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。

所述支撑体无纺布优选为熔喷、纺粘或针刺无纺布。

另一方面，本发明还提供了一种制备上述口罩用过滤材料的方法，包括如下步骤：

首先，将聚合物纳米纤维和溶剂共混溶解，得到稳定的均一溶液；或直接将聚合物纳米纤维熔融，得到均一熔体；

然后，将上述的均一溶液或均一熔体通过静电纺丝方法将聚合物纳米纤维纺在支撑体无纺布上，从而得到口罩用过滤材料。在制得的口罩用过滤材料中，聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比为10-30∶100。

在本发明的优选实施方式中，将聚合物纳米纤维和溶剂共混溶解时，聚合物纳米纤维和溶剂的重量比为10-32∶100。

在本发明中，所述溶剂优选为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、水、乙醇、二氯乙烷、三氯乙烷中的一种或多种。

在本发明中，所述静电纺丝方法为本领域制造纳米和超细纤维的常用方法，对此没有特别限制。例如通过溶液或者熔融静电纺丝方法将聚合物纳米纤维纺溶液或熔体纺在支撑体无纺布上。

本发明还涉及一种含有上述过滤材料的口罩。

由于过滤材料中所含聚合物纳米纤维的直径和纳米纤维的膜层厚度是可以调控的，因此，本发明的口罩用过滤材料既能有效地截留气溶胶粒子，又具备优良的透气性能。在此同时，还可通过控制聚合物纳米纤维的直径和纳米纤维的膜层厚度来调控该过滤材料的截留率和压力降的变化。

本发明的口罩用过滤材料的制备方法简单，成本低廉，适合工业化生产。经试验证明，由本发明所述的口罩用过滤材料制成的口罩，不仅具有优良的透气性，而且能高效截留氯化钠气溶胶粒子，经测试本发明的口罩用过滤材料对0.3um的氯化钠气溶胶粒子的截留率可高达90％以上。当压力降小于35mm水柱时，该口罩可达到中国GB2626-2006KN90的使用标准。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的实施例1制得的口罩用过滤材料的截面图。

具体实施方式

本发明的实施例中使用的原料除特别说明之外，均为市售产品。实施例中得到的过滤材料通过钠焰法进行测试对氯化钠气溶胶粒子的截留率，测试机器为TIS公司出品的8130AFT自动滤料测试仪；测试条件为采用0.3um氯化钠气溶胶粒子，流量为85L/min。

实施例1

将2.000g聚偏氟乙烯溶于2.677g的N，N-二甲基乙酰胺与10.708g丙酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝将该聚偏氟乙烯纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制备的口罩用过滤材料的截面图如图1所示。在制得的该口罩用过滤材料中，聚偏氟乙烯纳米纤维和支撑体熔喷无纺布的重量比为1∶10；并且，聚偏氟乙烯纳米纤维层的厚度为25um，聚偏氟乙烯纳米纤维的平均直径为355nm。该滤材经钠焰法测试，对氯化钠气溶胶粒子截留率为89.8％，压力降为35.2mm水柱。

实施例2

将1.000g聚乙烯醇溶于10.000g水中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝将该聚乙烯醇纳米纤维纺的水溶液在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，聚乙烯醇纳米纤维和支撑体熔喷无纺布的重量比为1∶5；并且，聚乙烯醇纳米纤维层的厚度为25um，聚乙烯醇纳米纤维的平均直径为330nm。经测试该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为90.5％，压力降为40.2mm水柱。

实施例3

将1.000g聚乳酸溶于9.000g的二氯甲烷与0.500g的乙醇的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝将该聚乳酸纳米纤维的溶液纺在2g支撑体纺粘无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，聚乳酸纳米纤维和支撑体纺粘无纺布的重量比为3∶10；并且，聚乳酸纳米纤维层的厚度为30um，聚乳酸纳米纤维的平均直径为1000nm。经测试该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为79.8％，压力降为38.8mm水柱。

实施例4

将1.000g聚对苯二甲酸乙二醇酯熔融后进行熔融静电纺丝，将该聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维纺在2g支撑体针刺无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维和支撑体针刺无纺布的重量比为1∶10；并且，聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维层的厚度为30um，聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维的平均直径为490nm。经测试该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为80.5％，压力降为40.8mm水柱。

实施例5

将2.000g聚酰胺熔融后进行熔融静电纺丝，将该聚酰胺纳米纤维纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，聚酰胺纳米纤维和支撑体熔喷无纺布的重量比为3∶10；并且，聚酰胺纳米纤维层的厚度为10um，其聚酰胺纳米纤维的平均直径为950nm。经测试该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为50.2％，压力降为25.5mm水柱。

实施例6

将2.000g聚醚砜溶于4.964g的N，N-甲基甲酰胺与2.217g的N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，溶液混合均一后，通过溶液静电纺丝将该聚醚砜纳米纤维的溶液纺在2g支撑体熔喷无纺布上。所制得的口罩用过滤材料中，聚醚砜纳米纤维和支撑体熔喷无纺布的重量比为1∶10；并且，聚醚砜纳米纤维层的厚度为10um，其聚醚砜纳米纤维的平均直径为335nm。经测试该滤材对氯化钠气溶胶粒子的截留率为91.3％，压力降为33.5mm水柱。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种口罩用过滤材料，包括聚合物纳米纤维和支撑体无纺布；其中，所述聚合物纳米纤维和支撑体无纺布的重量比为10-30:100，所述聚合物纳米纤维为聚偏氟乙烯，所述口罩用过滤材料是聚合物纳米纤维与支撑体无纺布的复合膜，所述复合膜中的聚合物纳米纤维呈无规则排列，所述支撑体无纺布为熔喷、纺粘或针刺无纺布。

2.如权利要求1所述的口罩用过滤材料，其特征在于，聚合物纳米纤维膜层的厚度为1-30um，所述膜层中的聚合物纳米纤维直径为300-1000nm。

3.一种制备如权利要求1-2任一所述口罩用过滤材料的方法，包括如下步骤：

将聚合物纳米纤维的溶液或熔体通过静电纺丝将所述聚合物纳米纤维纺在所述支撑体无纺布上，得到口罩用过滤材料。

4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述聚合物纳米纤维的溶液是指将所述聚合物纳米纤维与溶剂按重量比为10-32:100进行共混溶解，得到稳定的均一溶液。

5.如权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、水、乙醇、二氯乙烷、三氯乙烷中的一种或多种。

6.一种含有如权利要求1-2任一项所述过滤材料的口罩。