CN111411518B - 一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，其特征在于，制备方法包括采用化合物A和化合物B对经过固胶处理的蚕丝水刺无纺布进行接枝处理的步骤；所述化合物A为环氧丙基三甲基氯化铵，所述化合物B为四川亭江新材料股份有限公司生产的不浸酸无铬鞣剂TWS。本发明的基布具有吸湿性，能吸附人呼吸的水汽，从而不影响佩戴者的视力。在纤维表面形成蛋白涂膜，增强机械强度，增强过滤效果。通过化合物A和化合物B的接枝，赋予了该基布良好的抗菌和防病毒效果，是良好的口罩及医用防护服制作材料。

Description

一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布及其应用

技术领域

本发明涉及一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布及其应用，属于医用防护材料领域。

背景技术

口罩是一种卫生用品，一般指戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气，以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫进出佩戴者口鼻的用具，主要以化纤材料或棉织等材料为基布制成。口罩对经身体的呼吸***进入肺部的空气有一定的过滤作用，在呼吸道传染病流行时，在粉尘等污染的环境中作业时，戴口罩具有非常好的作用。一般口罩的主要用途有：修饰脸型、防嗮作用、牙齿医疗矫正、遮盖肤质、面部保暖、防空气(尘埃粉尘)污染、防经呼吸途径传染的病毒等，其中防空气(尘埃粉尘)污染以及防止呼吸传染疾病是口罩的主要用途。

目前常用口罩的类型与主要作用有：

普通纱布口罩：民用，属于纺织类。普通的纱布口罩就是棉纤维口罩，其阻流原理为机械阻挡作用，通过一层一层的机械阻挡，可以把大的颗粒阻挡住，但是直径小于5微米的颗粒物阻挡不住。

医用口罩：医用口罩多采用一层或者多层非织造布复合制作而成，主要生产工艺包括熔喷、纺粘、热风或者针刺等，具有抵抗液体、过滤颗粒物和细菌等效用，是一种医疗防护用纺织品。

日用防护型口罩：主要用于防雾霾。

防尘口罩、防油烟口罩(学名：自吸过滤式防颗粒物呼吸器)。

一般为职业防护用。用于防雾霾效果更好。

(a)防尘口罩，主要防粉尘、烟、雾、微生物等。分为KN100，KN95和KN90等级。其中KN100等级可以有效预防超微粉尘率99.97％以上。

(b)防油烟口罩，主要防油烟、油雾，同时可防粉尘、烟、雾、微生物等。分为KP100，KP95和KP90等级。其中KP100等级可以有效预防超微粉尘率99.97％以上。

其中医用口罩、防雾霾口罩以及KN95类型防尘以及微生物口罩的过滤层普遍采用聚丙烯纤维材料，是通过熔喷法纺丝无纺布生产工艺制成的多孔多层纤维基布。通过熔喷法得到的纤维直径一般在几微米到十几微米之间，无纺后超细纤维排列杂乱无序。这种无纺基布具有三维多微孔结构、比表面积大、孔径小、孔隙率高、高效低阻等特点，使这种材料在防护口罩制造得到广泛运用。由于这种超细纤维随机和隔层交叉排列缘故，在基布层形成狭细的多弯曲通道结构，这样颗粒物(如空气中雾霾、含新冠病毒飞沫以及气溶胶等)才会与纤维产生碰撞而被吸附滞留。

从图1与图2(无纺布纤维的微观形态结构如图1所示，传统的纱布微观形态结构如图2所示)材料的微观形态结构可以看出：传统的纱布基布由于采用原始的经纬编织成型，纤维间空隙很大，空隙通道大部分不具有多弯曲通道结构，因此阻留与过滤功效较差，只能用于普通纱布口罩生产；但是无纺纤维基布由于纤维空间形态具有无规交叉互穿网络结构，纤维间隙很小，这种三维立体多微孔结构使空隙通道大部分具有多弯曲通道形态，因此阻留与过滤功效高，对空气中多种常见的污染物有良好的阻留与过滤作用，很适合用于医用防护等口罩过滤层基布的生产。

但这类聚丙烯化纤由于高分子链段本身的化学结构所限制，纤维表面没有任何极性活性化学基团，不能通过常规化学反应的方法对其纤维进行化学改性，而无法赋予这类纤维表面多种功能性(阳电性、化学反应吸附、吸湿等)，因此这类材料纤维通过无纺的方式所制备的多层无纺基布对有害颗粒物(如空气中雾霾、含新冠病毒飞沫以及气溶胶等)只是通过单一的物理方式的阻碍与吸附，而达到有效过滤的功效，而且材料本身不亲水的缘故，在口罩使用中由于呼吸过程所产生的水汽不能甚间吸附吸收，而由面部与口罩接触缝隙溢出会影响佩戴人员的视力(戴眼镜尤为严重)，而且这类化纤材料与肌肤的物理化学的亲和性很差，也容易引起肌肤的不适之感觉。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，第二目的在于提供该种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，其特征在于，制备方法包括采用化合物A和化合物B对蚕丝水刺无纺布进行交联接枝处理的步骤；

所述化合物A为环氧丙基三甲基氯化铵，结构式为：

所述化合物B为四川亭江新材料股份有限公司生产的不浸酸无铬鞣剂TWS。

上述方案中，所述蚕丝水刺无纺布为经过固胶处理的蚕丝水刺无纺布。

上述方案中，所述蚕丝水刺无纺布在接枝前先经过蛋白粉溶液浸渍。基布在蛋白粉液中浸渍，以修复水刺产生的蚕丝无纺布微孔，提高过滤效果。

上述方案中，所述蛋白粉为丝蛋白粉或明胶。

具体按照如下步骤制备:

1)、将蚕丝蛋白纤维剪切成3～5厘米，

2)、固胶，

3)、采用水刺工艺制成蚕丝无纺布，

4)、干燥，

5)、将干燥后的蚕丝无纺布在蛋白粉溶液中浸渍，

6)、将浸渍后的蚕丝无纺布放入化合物A的质量浓度为0.5％～1.5％、化合物B的质量浓度为1％～2％的溶液中，然后用酸调节pH值6～7进行交联接枝处理，

7)、对接枝处理的蚕丝无纺布进行干燥。

采用上述方案，蚕丝蛋白是一种天然蛋白纤维材料，微观结构研究表明，这类蛋白单丝直径在14—17微米之间(见蚕丝纤维形态结构研究，王华杰、蒋耀新、陆聲等，纺织学报，4期，1987年)，与聚丙烯纤维熔喷得到的超细纤维在一个数量级，对蚕丝纤维实施梳理后进行水刺无纺得到的无纺布，与现有聚丙烯熔喷纺丝无纺的基布在纤维微观形态方面类似并接近，是一种新型的口罩基布材料。采用这种蛋白纤维基布所制作的口罩，与人肤质亲和性良好。

其中尤其是经过固胶处理的蚕丝纤维，还具有更优异的吸湿排湿功能。这样的基布材料做成的口罩，能吸附人呼吸产生的水汽，不影响佩戴人员的视力。

由于蛋白纤维表面具有众多的化学基团(氨基、羧基、羟基、肽键等)，从材料组成结构方面具有可化学修饰性。通过化合物A和化合物B对蚕丝纤维进行交联接枝处理，并且将蚕丝无纺布在蛋白粉溶液中浸渍，从而在蚕丝蛋白纤维表面形成复合涂膜，一方面增强了丝蛋白基布的机械强度，复合涂膜还增加了蚕丝纤维无纺布的过滤性。

另一方面赋予了蚕丝纤维表面多种数量可观的活性基团，结合化学功能基修饰，可以赋予这种蛋白纤维表面的阳电性、化学反应性和化学吸附性等功能。其中化合物A的季铵盐通过环氧基与蛋白质纤维分子链上氨基进行反应接枝；化合物B能与蛋白质纤维分子链上氨基进行反应实施蛋白质纤维分子链间的交联。最终在蛋白质纤维表面接枝上阳离子基团，使得纤维表面带有强烈的阳电性,可以抑制细菌的生长繁殖，达到抗菌效果。

化合物A和化合物B对纤维表面修饰后所带具有的化学基团对病毒微生物有强烈的化学反应修饰作用，可以与病毒基体产生不可逆的化学作用，使病毒蛋白基体产生变性失活而达到抑制病毒生长繁殖的作用。蚕丝纤维其它的极性功能基(羧基、羟基、肽键等)通过电价键、氢键以及多种分子之间的化学作用力，对空气中污染物以及微生物病毒等也会产生化学吸附作用。这些功能性作用再结合基布本身的三维立体多微孔结构的空隙多弯曲通道物理作用，由于多种物理以及化学方式等功效的叠加更加强化了这种基布阻留与过滤功效高，对空气中多种常见的污染物有良好的阻留与过滤作用。

上述方案中：固胶处理采用的固胶剂为四羟甲基磷盐或甲醛或改性戊二醛。当然还可以采用其它的固胶剂。

上述方案中：所述蛋白粉溶液质量浓度为8％～15％，pH值8～9，浸渍温度20～40℃，浸渍时间0.5～1小时。在蚕丝水刺无纺布表面形成蛋白膜，提高蚕丝水刺无纺布的过滤性。

步骤6)中交联接枝处理的浴比为1：6～10，处理时间3～6小时，处理温度20～40℃。

本发明的第二目的是这样实现的；一种所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布作为口罩过滤基布在口罩制作中的应用。

一种所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布在医用防护服制作中的应用。

有益效果：本发明通过对蚕丝纤维进行固胶处理，使得得到的基布具有吸湿性，能吸附人呼吸的水汽，从而不影响佩戴者的视力。在纤维表面形成蛋白涂膜，增强机械强度，增强过滤效果。通过化合物A和化合物B的接枝，赋予了该基布良好的抗菌和防病毒效果，是良好的口罩及医用防护服制作材料。

附图说明

图1为聚丙烯纤维无纺布纤维的微观形态结构示意图。

图2为传统的纱布微观形态结构示意图。

图3为蚕丝水刺无纺布微观形态结构示意图。

图4为本发明的接枝后得到的蚕丝水刺无纺布的微观结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例和附图，对本发明作进一步说明：

本发明中，化合物A为环氧丙基三甲基氯化铵，结构式为：

化合物B为四川亭江新材料股份有限公司生产的不浸酸无铬鞣剂TWS。

实施例1

一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，按照如下步骤制备:

1)、将蚕丝蛋白纤维剪切成3～5厘米。

2)、固胶，将蚕丝蛋白纤维在浓度为0.3％四羟甲基氯化磷和0.1％碳酸氢钠溶液中浸泡6小时，调节PH为6，浸泡后脱出表面水分，脱水可以采用脱水机脱出，也可以自然晾干或拧干。

3)、采用水刺工艺制成蚕丝无纺布。

4)、干燥。

5)、将干燥后的蚕丝无纺布在丝蛋白粉溶液中浸渍，可采用真空浸渍，蛋白粉溶液质量浓度为8％，pH值8～9，温度20℃，浸渍时间1小时。

6)、将浸渍后的蚕丝无纺布放入化合物A的质量浓度为0.5％、化合物B的质量浓度为2％的溶液中，然后用酸调节pH值6～7进行接枝处理，浴比为1：6，处理时间3小时，处理温度20℃。

7)、对接枝处理的蚕丝无纺布进行干燥得到基布。该基布可用于制作口罩或医用防护服。

实施例2

一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，按照如下步骤制备:

1)、将蚕丝蛋白纤维剪切成3～5厘米。

2)、固胶，将蚕丝蛋白纤维在浓度为0.5％四羟甲基硫酸磷和0.6％碳酸钠溶液中浸泡12小时。调节PH＝7，浸泡后脱出表面水分。脱水可以采用脱水机脱出，也可以自然晾干或拧干。

3)、采用水刺工艺制成蚕丝无纺布。

4)、干燥。

5)、将干燥后的蚕丝无纺布在丝蛋白粉溶液中浸渍，可采用真空浸渍，蛋白粉溶液质量浓度为10％，pH值8～9，温度40℃，浸渍时间0.5小时。

6)、将浸渍后的蚕丝无纺布放入化合物A的质量浓度为1.5％、化合物B的质量浓度为1％的溶液中，然后用酸调节pH值6～7进行接枝处理，浴比为1：10，处理时间6小时，温度40℃。

7)、对接枝处理的蚕丝无纺布进行干燥得到基布。该基布可用于制作口罩或医用防护服。

实施例3

一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，按照如下步骤制备:

1)、将蚕丝蛋白纤维剪切成3～5厘米。

2)、固胶，将蚕丝蛋白纤维在浓度为5％甲醛和0.1％碳酸氢钠溶液中浸泡0.5小时，过程中调节PH为6，浸泡后脱出表面水分，脱水可以采用脱水机脱出，也可以自然晾干或拧干。

3)、采用水刺工艺制成蚕丝无纺布。

4)、干燥。

5)、将干燥后的蚕丝无纺布在明胶溶液中浸渍，可采用真空浸渍，明胶溶液质量浓度为15％，pH值8～9，温度30℃，浸渍时间0.8小时。

6)、将浸渍后的蚕丝无纺布放入化合物A的质量浓度为1.0％、化合物B的质量浓度为1.5％的溶液中，然后用酸调节pH值6～7进行接枝处理，浴比为1：8，处理时间5小时，处理温度30℃。

7)、对接枝处理的蚕丝无纺布进行干燥得到基布。该基布可用于制作口罩或医用防护服。

实施例4

一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，按照如下步骤制备:

1)、将蚕丝蛋白纤维剪切成3～5厘米。

2)、固胶，：将蚕丝蛋白纤维在浓度为0.1％改性戊二醛和0.5％碳酸钠溶液中浸泡0.5小时。调节PH＝7，浸泡后脱出表面水分。脱水可以采用脱水机脱出，也可以自然晾干或拧干。

3)、采用水刺工艺制成蚕丝无纺布。

4)、干燥。

5)、将干燥后的蚕丝无纺布在明胶溶液中浸渍，可采用真空浸渍，明胶溶液质量浓度为12％，pH值8～9，温度30℃，浸渍时间0.8小时。

6)、将浸渍后的蚕丝无纺布放入化合物A的质量浓度为1.2％、化合物B的质量浓度为1.4％的溶液中，然后用酸调节pH值6～7进行接枝处理，浴比为1:7，处理时间5小时，处理温度30℃。

7)、对接枝处理的蚕丝无纺布进行干燥得到基布。该基布可用于制作口罩或医用防护服。

本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，其特征在于，制备方法包括采用化合物A和化合物B对蚕丝水刺无纺布进行交联接枝处理的步骤；

所述化合物A为环氧丙基三甲基氯化铵，结构式为：

所述化合物B为四川亭江新材料股份有限公司生产的不浸酸无铬鞣剂TWS；

具体按照如下步骤制备：

1)、将蚕丝蛋白纤维剪切成3～5厘米，

2)、固胶，

3)、采用水刺工艺制成蚕丝无纺布，

4)、干燥，

5)、将干燥后的蚕丝无纺布在蛋白粉溶液中浸渍，所述蛋白粉为丝蛋白粉或明胶，所述蛋白粉溶液的质量浓度为8％～15％，pH值8～9，浸渍温度20～40℃，浸渍时间0.5～1小时，

6)、将浸渍后的蚕丝无纺布放入化合物A的质量浓度为0.5％～1.5％、化合物B的质量浓度为1％～2％的溶液中，然后用酸调节pH值6～7进行交联接枝处理，

7)、对接枝处理的蚕丝无纺布进行干燥。

2.根据权利要求1所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，其特征在于：所 述蚕丝水刺无纺布为经过固胶处理的蚕丝水刺无纺布。

3.根据权利要求1所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，其特征在于：固胶处理采用的固胶剂为四羟甲基磷盐或甲醛或改性戊二醛。

4.根据权利要求1所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布，其特征在于：步骤6)中交联接枝处理的浴比为1：6～10，处理时间3～6小时，处理温度20～40℃。

5.一种权利要求1～4任一项所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布作为口罩过滤基布在口罩制作中的应用。

6.一种权利要求1～4任一项所述抗菌防病毒蚕丝纤维过滤基布在医用防护服制作中的应用。

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