[發明專利]一種高韌性的抗菌口罩過濾層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110130119.0
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112941726B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 李梓維;黃建華;劉宇;謝云斐;潘安練
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/4309;D04H1/4282;D01D5/00
• 代理公司: 長沙市和協專利代理事務所(普通合伙) 43115
• 代理人: 熊曉妹

本發明公開了一種高韌性的抗菌口罩過濾層及其制備方法，由麻花交聯狀的靜電紡絲纖維網狀結構制備而成，纖維中含有貴金屬、季銨鹽類抗菌成分，采用雙針旋轉靜電紡絲纖維和化學交聯改性制備麻花交聯狀的靜電紡絲纖維網狀結構。本發明優點在于通過雙針旋轉靜電紡絲法結合化學交聯的方法增強了納米纖維線的韌性，實現納米纖維膜長效過濾的效果，同時有助于提升佩戴的舒適性體驗，緩解佩戴口罩時的悶熱感，且結合貴金屬抗菌消毒液/抗菌季銨鹽最終形成具有高韌性滅菌功能的過濾層材料。

技術領域

本發明具體涉及一種高韌性的抗菌口罩過濾層及其制備方法。

背景技術

21世紀以來，全球空氣質量飛速下降，人們越來越注重呼吸道疾病的防范，佩戴口罩成為了人們的日常習慣。然而普通口罩韌性差，使用次數有限，同時一些質量較差口罩因折疊彎曲或是拉伸等因素產生的材料碎屑進入人體呼吸道，會引起呼吸的不適。同時人類社會的進步必然會嚴重影響環境狀況，尤其是空氣中的顆粒物及粉塵將會直接影響到人們的身體健康，口罩的使用量必定會大大增加，一款兼具高韌性又具長久使用能力和抑菌防護能力的口罩勢必會受到消費者喜愛。

現有技術中已有利用靜電紡絲機進行電紡成均勻纖維膜，通過高壓靜電場在毛細噴絲頭和接地極間產生的瞬間一個電位差，使毛細管內溶液或者熔融體克服自身的表面張力和粘彈性力，在噴絲頭末端呈現半球狀液滴。，進一步地液滴將被拉成圓錐狀即Taylor錐。當電場強度超過臨界值后，將克服液滴表面張力形成射流，射流在電場中進一步加速，被拉伸成一直線至一定距離后發生彎曲，射流沿著環形或者螺旋形前進，伴隨溶劑揮發或熔融體冷卻固化，在收集板上自組裝為纖維狀過濾網，利用靜電紡絲納米纖維膜來提高紡絲收集效率和接收面積，應用于多功能性口罩過濾層材料，具有過濾吸附作用強、透氣性好等特點。制備出的靜電紡纖維通常是單根微米或納米纖維，單根靜電紡絲纖維無法保持較高的機械韌性，在多次折疊拉伸過程中會造成纖維明顯的斷裂，當增加纖維的直徑后則會引起纖維膜透氣性變差，這將直接影響到靜電紡絲納米纖維技術在口罩中的應用。

因此，如何取得高均勻性、具有優異物理和化學性能的微米或納米纖維并賦予其導電性，解決在口罩應用中出現的口罩使用時間短以及材料浪費嚴重的技術問題成為了我們的研究重點。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出基于雙針旋轉靜電紡絲纖維以及化學交聯改性的口罩過濾層，有效提高口罩的機械性能以及使用壽命，同時可以阻止空氣中的病菌和顆粒物對人體的危害，進一步保障人的健康。

為實現上述目的，本發明的技術方案為一種高韌性的抗菌口罩過濾層，由麻花交聯狀的靜電紡絲纖維網狀結構制備而成，纖維中含有貴金屬、季銨鹽類抗菌成分。

進一步的，所述麻花交聯狀的靜電紡絲纖維膜通過雙針頭旋轉靜電紡絲法結合化學交聯改性制備而成，所述雙針頭旋轉靜電紡絲法為通過兩個針頭旋轉結合電場調控電噴制備糾纏的納米纖維；所述化學交聯改性法基于在一定的溫度下促使糾纏的納米纖維中的多酚類/酶類與聚合物交聯反應形成納米纖維網狀結構。

進一步的，所述雙針旋轉靜電紡絲纖維和化學交聯改性制備麻花交聯狀的靜電紡絲纖維網狀結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將高分子聚合物自由組合后溶于乙酸，再將多酚類/酶類物質溶于上述溶液作為前驅體溶液A；

步驟2，將硝酸銀配制成水溶液，聚乙烯吡咯烷酮溶于二甲基甲酰胺中制成還原液；水浴條件下，將硝酸銀水溶液緩慢加入至還原液中，形成穩定的貴金屬抗菌消毒液B；

步驟3，將至少一種季銨鹽溶于乙酸溶液中，加入甘油，室溫攪拌溶解，制得穩定的抗菌前驅體溶液C；

步驟4，以步驟1中前驅體溶液A為基本溶液，取一部分貴金屬抗菌消毒液B以及抗菌前驅體溶液C進行充分混合，然后將溶液分別裝于雙針旋轉納米紡絲裝置的兩個針管中進行雙針旋轉電紡；