一种具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩的制备制造技术

本发明专利技术属于空气过滤材料领域，尤其涉及一种具有单向导湿性能的可生物降解口罩及其制备方法，此外，所制备的口罩还具有过滤悬浮颗粒物、抑菌和吸附有机气体的功能。所述口罩由三层具有不同亲疏水性的静电纺丝纤维膜复合而成，第一层(里层)为疏水性聚己内酯纤维膜，第二层(中间层)由亲水性的聚己内酯/明胶纳米纤维膜组成，第三层(外层)是亲水性的聚己内酯/明胶/聚赖氨酸微米纤维膜。由于通过静电纺丝技术制备的聚己内酯/明胶纳米纤维膜具有孔径小的特点，因此口罩对细小颗粒物具有高的物理拦截作用，同时制备了一层聚己内酯/明胶/聚赖氨酸微米纤维膜，可以延缓微孔堵塞，延长过滤膜使用寿命；并且在纤维膜中添加了具有广谱抑菌作用的天然物质聚赖氨酸，可以预防微生物对人体造成感染；另外，由于明胶具有丰富的官能团，因此对挥发性有机化合物也有吸附作用。为了减少对环境的危害，口罩中的所有材料(聚己内酯、明胶、聚赖氨酸)均是生物可降解的。最后，通过合理的结构设计，可以将口中呼出的水蒸气及时排放至外面，从而避免长期佩戴口罩产生潮湿的不适感。生潮湿的不适感。生潮湿的不适感。

【技术实现步骤摘要】
一种具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩的制备


[0001]本专利技术属于空气过滤材料领域，尤其涉及一种具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着工业化进程加快，排放至空气中的颗粒物越来越多，颗粒物对人类健康造成巨大威胁。其中，PM2.5可以侵入人类的肺部，诱发多种疾病，例如呼吸系统疾病、心血管疾病、心脏病甚至肺癌。同时，颗粒物也会携带致病微生物，这些细菌附着在口罩上，仍然具有致病性，使用不当可能会引发二次感染。另外，空气污染物当中还包含挥发性有机化合物。相对颗粒物而言，挥发性有机化合物可能对人体危害性更大。
[0003]佩戴口罩可以有效降低高浓度PM2.5对人类的威胁，同时还可以拦截致病微生物，避免细菌感染。目前，大多数商品化的口罩是通过将熔喷布进行静电驻极处理，赋予口罩拦截颗粒物和细菌的能力，然而，这些商品化的口罩缺乏抑菌能力，不能消灭拦截的细菌，当手指不小心触摸到口罩表面的时候，细菌又会附着在手指上，继而手指触摸口鼻时容易造成二次感染。另外，制成口罩的材料缺乏活性官能团，不能很好吸附挥发性有机化合物。此外，由于这些商品化的口罩由不可降解的聚合物例如聚丙烯制成，这些口罩使用后，不容易降解，会造成严重的环境污染问题。并且，商品化的口罩由疏水性材料制成，人体呼出的水蒸气容易在口罩内侧凝结成水珠，造成潮湿的不适感。因此，需要开发一种具有高效拦截颗粒物、抑菌、吸附挥发性有机气体、可降解、单向导湿性能的口罩。
[0004]通过静电纺丝技术制备的纤维膜具有超细的纤维、小孔径、高比表面积的优点，从而对微小颗粒物具有高的过滤效率。此外，通过连续静电纺丝技术将另外一层粗纤维膜纺在超细纤维膜的表面，可以延缓微孔的阻塞，从而延长过滤膜的使用寿命。同时，还可以在纤维膜中灵活地负载各种抑菌物质，赋予纤维膜抑菌活性。通过合理选择纺丝材料，例如一些蛋白基材料，不仅具有吸附挥发性有机气体的官能团，还可以在环境中被降解，从而减少对环境的危害。因此，电纺纤维膜用作空气过滤膜具有重要应用前景。
[0005]如前所述，单向导湿性能也是新型口罩的一个重要特点，可以解决水蒸气凝结造成的不适感。通过连续静电纺丝技术，可以制备多层结构的、具有不同润湿性能的复合纤维膜，由于存在表面能的差异，水滴能够从高表面能的层向低表面能的层迁移，从而实现单向导湿性能。相比其它的通过化学修饰等方法制备的单向导湿薄膜，连续静电纺丝技术更加简单、灵活，可以通过简单结合亲疏水纤维膜实现单向导湿性能。
[0006]因此，本专利技术采用静电纺丝技术，制备了同时具备高效拦截颗粒物、抑菌、吸附挥发性有机气体、可降解、单向导湿性能的口罩。所述口罩由三层具有不同亲疏水性的静电纺丝纤维膜复合而成，第一层(里层)为疏水性聚己内酯纤维膜，第二层(中间层)由亲水性的聚己内酯/明胶纳米纤维膜组成，第三层(外层)是亲水性的聚己内酯/明胶/聚赖氨酸微米纤维膜。由于静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有孔径小的特点，因此口罩对细小颗粒物具有高的物理拦截作用，同时制备了一层微米纤维膜，可以延缓微孔堵塞，延长过滤膜使用
寿命；并且在纤维膜中添加了具有广谱抑菌作用的天然物质聚赖氨酸，可以预防微生物对人体造成感染；另外，由于明胶具有丰富的官能团，因此对挥发性有机化合物也有吸附作用。为了减少对环境的危害，口罩中的所有材料(聚己内酯、明胶、聚赖氨酸)均是生物可降解的。最后，通过合理的结构设计，可以将口中呼出的水蒸气及时排放至外面，从而避免长期佩戴口罩产生潮湿的不适感。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是制备一种具有单向导湿性能的可生物降解口罩，此外，所制备的口罩还具有过滤悬浮颗粒物、抑菌和吸附有机气体的功能。
[0008]为了实现以上目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0009]一种具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩，由三层静电纺丝纤维膜组成：第一层(里层)为聚己内酯纤维膜；第二层(中间层)为聚己内酯/明胶纤维膜；第三层(外层)是聚己内酯/明胶/聚赖氨酸纤维膜。
[0010]进一步，所用材料为生物可降解的聚己内酯、明胶和聚赖氨酸。
[0011]进一步，所用抑菌剂为具有广谱抑菌效果的聚赖氨酸。
[0012]进一步，第一层纤维膜的纺丝时间为1～3min，第二层纤维膜的纺丝时间为30～60min，第三层纤维膜纺丝时间为50～80min。
[0013]进一步，制备方法包括以下步骤：首先将聚己内酯、明胶和聚赖氨酸溶解在六氟异丙醇溶剂中，然后装载进注射器中，调节静电纺丝机的电压和流速，从而制备第三层纤维膜；然后将聚己内酯和明胶溶解在三氟乙醇中，调节合适的电压和流速，从而制备第二层纤维膜；最后，将聚己内酯溶解在甲醇和三氯甲烷的混合溶剂中，调节相应的电压和流速，从而制备第一层纤维膜。
[0014]进一步，所述第一层纤维膜的制备方法如下：聚己内酯浓度为12％～20％(w/v)；纺丝电压为12kV～16kV；流速为4mL/h～6mL/h。
[0015]进一步，所述第二层纤维膜的制备方法如下：聚己内酯浓度为5％(w/v)，明胶浓度为5％(w/v)；纺丝电压为10kV～14kV；流速为0.3mL/h～0.7mL/h。
[0016]进一步，所述第三层纤维膜的制备方法如下：聚己内酯浓度为5％(w/v)，明胶浓度为5％(w/v)；纺丝电压为12kV～16kV；流速为1.5mL/h～3mL/h。
[0017]采用以上技术方案具有以下收益效果：
[0018](1)外层和中间层纤维膜可以协同拦截颗粒物，此外，聚己内酯/明胶微米纤维膜可以拦截较大的颗粒物，能够延缓中间层的堵塞。
[0019](2)在外层负载具有广谱抑菌活性的聚赖氨酸，使得所拦截的细菌能够完全被灭活。
[0020](3)多层纤维膜当中负载的明胶含有多种官能团，可以有效吸附挥发性有机化合物。
[0021](4)由于选择可生物降解的材料聚己内酯、明胶和聚赖氨酸，制备的口罩可以完全降解，不会对环境造成负担。
[0022](5)制备了超亲水的聚己内酯/明胶微米纤维膜作为口罩的外层，具有亲水性的聚己内酯/明胶纳米纤维膜作为中间层，疏水性的聚己内酯微米纤维膜作为里层。由于三层纤
维膜具有润湿梯度，能够实现单向导湿，可以提升佩戴口罩的舒适感。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图/附表作简单地介绍。
[0024]图1为过滤膜示意图；
[0025]图2纤维膜扫描电镜图，其中，(a)为第一层纤维膜电镜图，(b)为第二层纤维膜电镜图，(c)为第三层纤维膜电镜图；
[0026]图3为过滤膜的过滤性能，(a)为过滤效率，(b)为压降；
[0027]图4为纤维膜水接触角变化图；
[0028]图5为抑菌平板涂布图，其中，(a)为对照组，(b)为实验组；
[0029]图6为纤维膜对二甲苯吸附能力；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩，其特征在于，所述口罩由三层静电纺丝纤维膜组成：第一层(里层)为聚己内酯纤维膜；第二层(中间层)为聚己内酯/明胶纤维膜；第三层(外层)是聚己内酯/明胶/聚赖氨酸纤维膜。2.根据权利要求1所述的具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩，其特征在于，所用材料为生物可降解的聚己内酯、明胶和聚赖氨酸。3.根据权利要求1所述的具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩，其特征在于，所用抑菌剂为具有广谱抑菌效果的聚赖氨酸。4.根据权利要求1所述的具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩，其特征在于，第一层纤维膜的纺丝时间为1～3min，第二层纤维膜的纺丝时间为30～60min，第三层纤维膜纺丝时间为50～80min。5.根据权利要求1～4任一项所述的具有单向导湿功能的可生物降解纤维口罩，其特征在于，制备方法包括以下步骤：首先将聚己内酯、明胶和聚赖氨酸溶解在六氟异丙醇溶剂中，然后装载进注射器中，调节静电纺丝机的电压和流速，从而制备第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤亚东，蓝兴梓，刘育荣，王晗，陈新，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：