CN111685414A - 一种环保的口罩及其回收再生的方法 - Google Patents

Abstract

一种环保的口罩，包括外层、过滤芯层、亲肤内层、鼻梁条和耳带，依次由所述的外层、过滤芯层和亲肤内层构成口罩主体，所述的鼻梁条固定于所述的口罩主体的中上部，所述的耳带固定于口罩主体的两端，构成所述的外层、过滤芯层和亲肤内层的纤维均包括可热塑性的高分子材料制成。本发明还公开了该口罩的回收再生的方法，废弃后的口罩进行干燥，再采用单/双螺杆挤出机制成可热性颗粒，可再次使用。本发明解决了废弃口罩不可回收再生的问题。

Description

一种环保的口罩及其回收再生的方法

技术领域

本发明涉及一种呼吸保护装置或呼吸装置的构件，尤其涉及一种环保的口罩及其回收再生的方法。

背景技术

随着疫情防控、空气污染、过敏源控制等对口罩的需求不断增加，口罩成为了人们日常生活中个体防护的必需品。口罩的主要作用是为佩戴者提供一个空气过滤的载体，且需要满足一定的过滤效率和过滤阻力。目前所使用的口罩基本上为一次性使用口罩，以聚丙烯热塑性聚合物制备成无纺布为原料制作而成。聚丙烯是一种受紫外光容易降解粉化的高分子材料，但是粉化后的高分子进一步降解为小分子或者为微生物消解的低分子则需要漫长的时间。一般而言，特殊环境中口罩使用后需要经过焚烧处理，但普通使用口罩却由于垃圾分类管理的不足而与其它垃圾混杂，形成环境污染源头。因此，具有生物降解性能和可循环使用的纤维受到人们的广泛关注。

生物可降解纤维是指受到自然界中的生物(如细菌、真菌、藻类等)侵蚀后可以完全降解的高聚物纤维。和传统的纤维相比,其有两方面显著优点：首先,不会对环境造成污染；其次,生物可降解纤维对人体一般都是无毒无害的。

再生纤维素纤维是以天然纤维素(棉、麻、竹子、树、灌木、)为原料，不改变它的化学结构，仅仅改变天然纤维素的物理结构，从而制造出来性能更好的再生纤维素纤维。再生纤维素纤维的发展总体上可以分为三个阶段,形成了三代产品。第一代是20世纪初为解决棉花短缺而面世的普通粘胶纤维。第二代是20世纪50年代开始实现工业化生产的高湿模量粘胶纤维,其主要产品包括日本研发的虎木棉(后命名为Polynosic)和美国研发的变化型高湿模量纤维HWM以及兰精公司80年代后期采用新工艺生产的Modal纤维。60年代后期开始,由于合成纤维生产技术的迅速发展,原料来源充足和成本低廉,合成纤维极大地冲击了再生纤维素纤维的市场地位。许多研究机构和企业更多地关注了新合成纤维的开发和应用。在此期间,世界再生纤维素纤维的发展趋于停滞。第三代产品是以20世纪90年代推出的短纤Tencel(天丝)、长丝Newcell为代表。受健康环保意识、崇尚自然等因素的影响,人们对再生纤维素纤维有了新的认识,新一代再生纤维素纤维的理化性能也有了充分的改进,因此再生纤维素纤维的应用重新出现了迅猛的增长。

另一类生物可降解纤维包括聚乳酸等，据报道这种纤维可以在自然界中堆肥条件下最终分解为二氧化碳和水，且具有全闭环产品流的特点。但是这类材料的降解性能因环境影响大，且在海水中的降解存在不确定的因素。

而可循环使用的材料是目前环保材料发展的重要方面，而对于纤维材料而言，最典型的代表是PET可乐瓶回收再制成纤维或者瓶的循环使用路线，近年来，聚酰胺类产品也逐渐开始了循环再利用的发展方向。但是采用PET制备无纺布制品手感较硬，而聚酰胺制备无纺布产品的占比极小，且没有无纺布产品的专用料。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种环保的口罩及其回收再生的方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种环保的口罩，包括外层、过滤芯层、亲肤内层、鼻梁条和耳带，依次由所述的外层、过滤芯层和亲肤内层构成口罩主体，所述的鼻梁条固定于所述的口罩主体的中上部，所述的耳带固定于口罩主体的两端，构成所述的外层、过滤芯层和亲肤内层的纤维均包括可热塑性的聚酯及其共聚物、聚酰胺及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚乙烯及其共聚物、聚乳酸及其共聚物、聚己内酯及其共聚物、聚羟基酯及其共聚物、聚对苯酰胺及其共聚物、聚偏氟乙烯及其共聚物、热塑性聚氨酯及其共聚物、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、热塑性聚乙烯醇中的至少一种。

更优的选择，构成所述的鼻梁条的纤维包括可热塑性的聚乙烯及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚氨酯及其共聚物、聚酰胺及其共聚物、聚乳酸及其共聚物、降冰片烯、聚丁二烯、聚己内酯及其共聚物、聚对苯酰胺及其共聚物中的至少一种。

更优的选择，构成所述的耳带的纤维包括可塑性的聚乙烯及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚氨酯及其共聚物、聚酰胺及其共聚物、聚酯及其共聚物中的至少一种。

更优的选择，所述的外层含有抗菌组分，所述抗菌组分包括纳米氧化锌、石墨烯、氧化石墨烯、金属纳米银、金属纳米铜、金属纳米镁、季铵盐类化合物、天然植物提取物、过氧化物微胶囊、胍类化合物和氯类化合物中的至少一种。

更优的选择，所述的过滤芯层中纤维直径为0.04-20μm，孔径大小为0.04-5μm。

更优的选择，所述耳带的纤维直径为0.04-25μm。

一种再生上述环保的口罩的方法，所述的口罩回收再生的步骤包括：

(1)对所述的口罩进行干燥处理，干燥温度为50-180℃，口罩的含水率为0.01-0.5％；

(2)将干燥后的口罩先破碎后放入单螺杆挤出机或双螺杆挤出机内加热熔融，在单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中添加抗氧剂0.01-0.1％、A相容剂0.5-10％和B相容剂0.1-5％，再采用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出，得到热塑性颗粒。

更优的选择，所述步骤(2)中的抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂和含硫抗氧剂中的中的至少一种。

更优的选择，所述步骤(2)中的A相容剂包括聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯-丙烯酸酯共聚物和聚酯-聚酰胺共聚物中的至少一种。

更优的选择，所述步骤(2)中的B相容剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸盐偶联剂、聚氨酯及其改性聚氨酯共聚物和离子液体中的至少一种。

本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过使用可热塑性的材料制备环保口罩的外层、过滤芯层、亲肤内层、鼻梁条和耳带，实现口罩整体的回收重复利用；口罩使用废弃后可整体进行回收再加工，避免了因口罩丢弃而造成的环境污染，实现资源可重复利用。

(2)本发明提供了改进相容性的助剂体系，解决了不同口罩原材料进行再生利用产生的相容性问题，保证了再生产品的质量，实现了材料的高效利用和绿色环保。

附图说明

图1是本发明的新型环保口罩(口套主体设有开口处)的示意图。

附图中各部件的标记：外层1、过滤芯层2、亲肤内层3、鼻梁条4、耳带5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1所示，本发明的一种环保口罩包括外层1、过滤芯层2、亲肤内层3、鼻梁条4和耳带5；外层1、过滤芯层2和亲肤内层3为各自分隔独立结构，外层1和亲肤内层3通过热粘合构成口罩主体，口罩主体的一侧设有开口处，用于过滤芯层2的放入或者取出，鼻梁条4通过热熔胶固定于口罩主体的中上部，耳带5通过超声粘合于口罩主体的两侧。

外层1为聚酯制成的机织物，磷酸盐载银抗菌剂和石墨烯组分添加到纤维表面，磷酸盐载银抗菌剂添加量为0.1％，石墨烯添加量为1％，纤维直径0.5-25μm，截面为圆形。

过滤芯层2为聚丙烯纤维制成的驻极熔喷非织造织物，纤维直径1-5μm，孔径大小0.4-1μm，纤维截面为圆形。

亲肤内层3为聚酰胺纤维制成的针织物，纤维直径为10-20μm，纤维截面为圆形。

鼻梁条4由聚乙烯材料制成，截面为椭圆形，其中长边：短边为20:1，鼻梁条4的长度为8cm，具有室温可弯曲变形，并维持形状的特点。

耳带5为聚酰胺6材料制成的绳带，纤维直径为15-25μm，纤维截面为圆形。

上述环保的口罩采用按照GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能评价和ISO18184:2014纺织品抗病毒活性的测定标准，分别检测口罩的抗菌、抗病毒性能，对革兰氏阳性菌和阴性菌的抑菌率达到99％，抗病毒活性率达到92％。

上述环保的口罩采用YY 0469-2013标准测试口罩的过滤性能，过滤效率BFE达到99％，气体阻力<30Pa，PFE达到95％，气体阻力<60Pa(气体流速30L/min)。

上述环保的口罩采用GB 2626-2006标准测试口罩的过滤性能，过滤效率BFE达到98％，气体阻力<40Pa，PFE达到90％，气体阻力<90Pa(气体流速85L/min)。

实施例二

一种环保口罩包括外层1、过滤芯层2、亲肤内层3、鼻梁条4和耳带；依次将外层1、过滤芯层2和亲肤内层3通过热熔粘合制成口罩主体，口罩主体的左右边界存在采用热熔粘合形成的孔道，孔道的宽度为1mm；鼻梁条4直接封装于口罩主体的中上部；耳带5直接穿过口罩主体的左右边界中形成的孔道。

外层1为聚丙烯制成的针织物，纳米氧化锌抗菌剂和氧化石墨烯抗菌剂添加到纤维内部，纳米氧化锌抗菌剂添加量为2.5％，氧化石墨烯抗菌剂添加量为0.1％，纤维直径10-50μm，截面为非圆形。

过滤芯层2为PVDF纳米纤维与聚丙烯制成的驻极熔喷无纺布，纤维直径10-15μm，孔径大小2μm，纤维截面为非圆形。

亲肤内层3为聚乳酸纤维制成的机织物，纤维直径为1-5μm，纤维截面为非圆形。

鼻梁条4由聚氨酯材料制成，截面为矩形，其中长边：短边为20:1，鼻梁条4的长度为10cm，具有室温可弯曲变形，并维持形状的特点。

耳带5为聚丙烯弹丝材料制成的条带弹性非织造布，纤维直径为10-20μm，纤维截面为非圆形。

上述环保的口罩采用GB/T 20944.3-2008纺织品抗菌性能评价标准，检测口罩的抗菌性能，对革兰氏阳性菌和阴性菌的抑菌率达到95％。

上述环保的口罩采用YY 0469-2013标准测试口罩的过滤性能，过滤效率BFE达到96％，气体阻力<45Pa，PFE达到92％，气体阻力<80Pa(气体流速30L/min)。

上述环保的口罩采用GB 2626-2006标准测试口罩的过滤性能，过滤效率BFE达到95％，气体阻力<100Pa，PFE达到90％，气体阻力<150Pa(气体流速85L/min)。

实施例三

一种环保口罩包括外层1、过滤芯层2、亲肤内层3、鼻梁条4和耳带；依次将外层1、过滤芯层2和亲肤内层3通过热熔粘合制成口罩主体，口罩主体左右边界存在采用热熔粘合形成的孔道，孔道的宽度为10mm；鼻梁条4直接封装于口罩主体的中上部；耳带5直接穿过口罩主体左右边界中形成的孔道。

外层1为聚酰胺制成的机织物，金属纳米铜抗菌剂和金属纳米镁抗菌剂添加到纤维内部，金属纳米铜抗菌剂添加量为2.5％，金属纳米镁抗菌剂添加量为5％，纤维直径0.5-25μm，截面为圆形。

过滤芯层2为聚酯纤维制成的驻极熔喷机织物，纤维直径0.04-1μm，孔径大小为1-3μm，纤维截面为圆形。

亲肤内层3为聚酯纤维制成的非织造织物，纤维直径为0.04-5μm，纤维截面为非圆形。

鼻梁条4由聚丙烯材料制成，截面为矩形，其中长边：短边为20:1，鼻梁条4的长度为7cm，具有室温可弯曲变形，并维持形状的特点。

耳带5为聚氨酯材料制成的针织结构，纤维直径为1-10μm，纤维截面为非圆形。

上述的口罩的过滤效率BFE达到95％以上，且PFE达到90％以上，气体阻力80Pa以下(气体流速30L/min)或者150Pa以下(气体流速85L/min)；对革兰氏阳性菌和阴性菌的抑菌率大于95％。

实施例四

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例一相同：

外层1为聚乳酸制成的非织造织物，过氧化物微胶囊抗菌剂和季铵盐类化合物抗菌剂添加到涂敷于外层1表面，过氧化物微胶囊抗菌剂添加量为5％，季铵盐类化合物抗菌剂添加量为7.5％，纤维直径50-75μm，截面为非圆形。

过滤芯层2为聚酰胺纤维制成的驻极熔喷针织物，纤维直径5-10μm，孔径大小1-4μm，纤维截面为非圆形。

亲肤内层3为聚丙烯纤维制成的机织物，纤维直径为5-15μm，纤维截面为非圆形。

鼻梁条4由聚丙烯材料制成，截面为矩形，其中长边：短边为20:1，鼻梁条4的长度为9cm，具有室温可弯曲变形，并维持形状的特点。

耳带5为聚酯材料制成的缝边结构，纤维直径为0.04-5μm，纤维截面为圆形。

实施例五

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例一相同：

外层1为聚乙烯制成的非织造织物，金属纳米铜抗菌剂和天然植物提取物抗菌剂添加到聚酯涂敷于外层1表面，金属纳米铜抗菌剂添加量为7.5％，天然植物提取物添加量为0.1％，，纤维直径75-100μm，截面为圆形。

过滤芯层2为聚乙烯纤维制成的驻极熔喷非织造织物，纤维直径15-20μm，孔径大小3-5μm，纤维截面为圆形。

亲肤内层3为聚己内酯纤维制成的针织物，纤维直径为0.04-15μm，纤维截面为圆形。

鼻梁条4由聚丁二烯材料制成，截面为椭圆形，其中长轴：短轴为20:1，鼻梁条4的长度为10cm，具有室温可弯曲变形，并维持形状的特点。

耳带5为聚酯材料制成的线状，纤维直径为10-20μm，纤维截面为圆形。

实施例六

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例一相同：

外层1为聚己内酯制成的格栅，胍类化合物抗菌剂和氯类化合物抗菌剂添加到聚酯涂敷于外层1表面，胍类化合物抗菌剂添加量为7.5％，氯类化合物抗菌剂添加量为10％，纤维直径50-100μm，截面为圆形。

过滤芯层2为聚乳酸纤维制成的驻极熔喷非织造织物，纤维直径1-15μm，孔径大小0.04-5μm，纤维截面为圆形。

亲肤内层3为聚乳酸纤维制成的针织物，纤维直径为0.04-20μm，纤维截面为非圆形。

鼻梁条4由降冰片烯材料制成，截面为椭圆形，其中长轴：短轴为20:1，鼻梁条4的长度为6cm，具有室温可弯曲变形，并维持形状的特点。

耳带5为聚乙烯材料制成的缝边结构，纤维直径为1-20μm，纤维截面为圆形。

实施例七

一种再生实施例一中的口罩的方法，所述的口罩回收再生的步骤包括：

(1)对所述的口罩进行干燥处理，干燥温度为180℃，口罩的含水率为0.01％；

(2)将干燥后的口罩先破碎后放入双螺杆挤出机内加热熔融，在双螺杆挤出机中添加受阻酚类抗氧剂0.1％、聚丙烯接枝马来酸酐相容剂5％和钛酸酯偶联剂0.5％，再采用双螺杆挤出机挤出，得到热塑性颗粒，该热塑性颗粒用于制造口罩或者其他产品。

实施例八

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例七相同：

本实施例采用单螺杆挤出机代替双螺杆挤出机。

对口罩的干燥温度采用50℃代替180℃。

干燥后破碎料的含水率采用0.2％代替0.01％。

抗氧化剂采用亚磷酸酯抗氧剂0.01％代替受阻酚类抗氧剂0.1％。

A相容剂采用聚乙烯接枝马来酸酐0.5％代替聚丙烯接枝马来酸酐5％。

B相容剂采用硅烷偶联剂5％代替钛酸酯偶联剂0.5％。

实施例九

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例七相同：

对口罩的干燥温度采用115℃代替180℃。

干燥后破碎料的含水率采用0.5％代替0.01％。

抗氧化剂采用含硫抗氧剂0.02％代替受阻酚类抗氧剂0.01％。

A相容剂采用聚乙烯-丙烯酸酯共聚物10％代替聚丙烯接枝马来酸酐5％。

B相容剂采用铝酸盐偶联剂2.5％代替钛酸酯偶联剂0.5％。

实施例十

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例七相同：

对口罩的干燥温度采用150℃代替180℃。

干燥后破碎料的含水率采用0.4％代替0.01％。

抗氧化剂采用聚丙烯-丙烯酸酯共聚物0.06％代替受阻酚类抗氧剂0.01％。

A相容剂采用聚丙烯-丙烯酸酯共聚物8％代替聚丙烯接枝马来酸酐5％。

B相容剂采用聚氨酯及其改性聚氨酯共聚物0.1％代替钛酸酯偶联剂0.5％。

实施例十一

本实施例中除下列的技术特征不同外，其他技术特征与实施例七相同：

对口罩的干燥温度采用130℃代替180℃。

干燥后破碎料的含水率采用0.3％代替0.01％。

抗氧化剂采用含硫抗氧剂0.06％代替受阻酚类抗氧剂0.01％。

A相容剂采用聚酯-聚酰胺共聚物1％代替聚丙烯接枝马来酸酐5％。

B相容剂采用离子液体3％代替钛酸酯偶联剂0.5％。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保的口罩，包括外层、过滤芯层、亲肤内层、鼻梁条和耳带，依次由所述的外层、过滤芯层和亲肤内层构成口罩主体，所述的鼻梁条固定于所述的口罩主体的中上部，所述的耳带固定于口罩主体的两端，其特征在于，构成所述的外层、过滤芯层和亲肤内层的纤维均包括可热塑性的聚酯及其共聚物、聚酰胺及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚乙烯及其共聚物、聚乳酸及其共聚物、聚己内酯及其共聚物、聚羟基酯及其共聚物、聚对苯酰胺及其共聚物、聚偏氟乙烯及其共聚物、热塑性聚氨酯及其共聚物、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、热塑性聚乙烯醇中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种环保的口罩，其特征在于，构成所述的鼻梁条的纤维包括可热塑性的聚乙烯及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚氨酯及其共聚物、聚酰胺及其共聚物、聚乳酸及其共聚物、降冰片烯、聚丁二烯、聚己内酯及其共聚物、聚对苯酰胺及其共聚物中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种环保的口罩，其特征在于，构成所述的耳带的纤维包括可塑性的聚乙烯及其共聚物、聚丙烯及其共聚物、聚氨酯及其共聚物、聚酰胺及其共聚物、聚酯及其共聚物中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种环保的口罩，其特征在于，所述的外层含有抗菌组分，所述抗菌组分包括纳米氧化锌、石墨烯、氧化石墨烯、金属纳米银、金属纳米铜、金属纳米镁、季铵盐类化合物、天然植物提取物、过氧化物微胶囊、胍类化合物和氯类化合物中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种环保的口罩，其特征在于，所述的过滤芯层中纤维直径为0.04-20μm，孔径大小为0.04-5μm。

6.根据权利要求1所述的一种环保的口罩，其特征在于，所述的耳带的纤维直径为0.04-25μm。

7.一种再生权利要求1至6中任意一项所述环保的口罩的方法，其特征在于，所述的口罩回收再生的步骤包括：

(1)对所述的口罩进行干燥处理，干燥温度为50-180℃，口罩的含水率为0.01-0.5％；

(2)将干燥后的口罩先破碎后放入单螺杆挤出机或双螺杆挤出机内加热熔融，在单螺杆挤出机或双螺杆挤出机中添加抗氧剂0.01-0.1％、A相容剂0.5-10％和B相容剂0.1-5％，再采用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出，得到热塑性颗粒。

8.根据权利要求7所述的一种再生口罩的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂和含硫抗氧剂中的中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的一种再生口罩的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的A相容剂包括聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯-丙烯酸酯共聚物和聚酯-聚酰胺共聚物中的至少一种。

10.根据权利要求7所述的一种再生口罩的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的B相容剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸盐偶联剂、聚氨酯及其改性聚氨酯共聚物和离子液体中的至少一种。

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