循环再生医用防护口罩、制备方法及循环再生方法与流程

本发明涉及防护口罩领域，特别涉及一种循环再生医用防护口罩、制备方法及循环再生方法。

背景技术：

对未知污染环境最好的防护是采取有效的隔离措施。防护口罩的使用是目前最有效、最方便的措施，尤其是对呼吸道传染疾病的防护最为有效。

目前防病毒口罩均为一次性使用口罩，这主要是因为使用后的口罩消杀是否完全以及消杀中造成再次感染的问题，更重要的是一次性口罩再次使用过程中过滤效率严重下降，无法再次起到保护作用。目前一次性口罩均采用三层结构，最外层pp纺粘布，为防水层；中间层pp熔喷布，为过滤层；内层为吸水亲肤pp纺粘布。其中口罩最为重要的是中间层pp熔喷布，通过机械过滤和静电吸附，达到过滤细菌、病毒和灰尘的目的。

由于目前一次性口罩过滤层均使用pp熔喷布，而熔喷布的制备工艺决定了机械过滤尺寸在微米级别，为了达到使用需求只能通过增加静电吸附作用，提高使用效果，而呼气中水蒸气又会导致静电荷瞬间丧失，口罩的过滤能力只能依靠机械过滤途径。因此，一次性口罩的使用中仍然以机械过滤为主。随着污染源的多样性和复杂性，具有传染性、感染性(致病性)的污染源(例如病毒等)颗粒直径不断变小，例如covid－19直径不过100nm。如此小颗粒的高致病病毒依靠传统的口罩滤材已经无能为力。病毒性流感的变异以及季节性爆发，甚至成为常态化，这要求防护用品从一次性使用转变为循环再生后多次使用的要求，减少资源的浪费和环境的污染。同时，更复杂的环境下要求口罩过滤材料对更细小的颗粒过滤效果更好。

依据应用场景的不同，我国口罩主要分为三大类：医用口罩、自呼过滤式防颗粒物口罩、日常防护型口罩。从表1中可以看出，针对强传染性的新冠病毒covid－2019，医用口罩具有较强的防护能力。

表1口罩分类和特点

因此，现有技术的不足之处在于，口罩普遍采用pp熔喷布作为过滤层，并且只考虑一次使用。重复使用的问题没有考虑，因为一旦重复使用需要考虑口罩的消杀措施以及再次使用能否达到防护过滤效果。特别指出的是，医用防护过滤对小尺度的高传染性病毒的消杀和过滤尤为重要。

中国专利cn104262687b公开了一种适用于医用口罩的纳米纤维素的制备方法，该专利以天然的纤维素作为原料，通过一定的处理方法得到纳米纤维素，以该纳米纤维素作为医用口罩材料，具有杀菌能力强、良好吸附性和自净能力等特点，该方法仅能为医用口罩提供一种优异的吸附杀菌材料，仅能提供医用口罩的防护能力，而不能解决医用口罩循环再生的问题。

中国专利cn205095287u公开了一种口罩，该口罩的主体部分主要由两层无纺布+夹层的纳米纤维过滤片构成，通过纳米纤维进行过滤，过滤效率达到99％，无纺布的使用除防潮透气外，可循环回收再用。该口罩是通过回收口罩材料来实现循环再用，而不能实现口罩本身循环再用，因此，也解决不了医用口罩循环再生的问题。

技术实现要素：

本发明的第一个发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可循环再生医用口罩，其具有可重复消杀和再生后过滤性能达标的特点，以克服现有口罩所存在的不足。

本发明采用的技术方案如下：一种可循环再生医用防护口罩，包括口罩主体部分、弹性耳带或弹性头带、内置于口罩主体部分的鼻梁支架，其特征在于，所述口罩主体部分由非织造层和过滤层叠加形成，所述非织造层由熔点高于160℃以上的纺粘非织造布构成，所述过滤层由熔点高于160℃以上的静电纺丝纳米纤维布构成。

进一步，所述过滤层内置于所述非织造层内。

进一步，所述静电纺丝纳米纤维布选自乙酸纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种或几种的混合物。

进一步，所述纺粘非织造布选自聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、乙酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。

本发明的可循环再生医用防护口罩的制备方法，包括以下步骤：

s1、将过滤层所用基材溶解在溶剂中形成均一溶液，向均一溶液中加入适量的电荷存储添加剂，搅拌混合均匀后得到混合溶液；

s2、使用静电纺丝机对混合溶液进行静电纺丝，在高压静电作用下，从针头喷出并在静电场中拉伸为纳米级别的聚合物丝条，烘干后与纺粘非织造布装配成口罩。

进一步，在s2中，得到的聚合物丝条落在负压接收器的纺粘非织造布上，即得到过滤层，烘干后与另一种纺粘非织造布组合构成口罩主体部分，通过超声波点焊机相互连接起来。

进一步，在s2中，纺丝溶液浓度1－30％，纺丝针头到接收器的距离5－30cm，纺丝正高压10－30kv，负低压－1－(－30)kv，环境温度：室温－80℃，环境相对湿度10－80hr％。

进一步，装配后得到的口罩在160℃以上进行干热消杀0.5－2h，然后经检测合格后入库。

作为优选，所述电荷存储添加剂为电气石。

本发明的第二个发明目的在于：提供一种口罩循环再生方法，让口罩在循环再生过程后仍可达标使用。

本发明采用的技术方案如下：一种可循环再生医用防护口罩的循环再生方法，包括上述的可循环再生医用防护口罩，其循环再生方法为：将使用过的可循环再生医用防护口罩在160℃以上进行一定时间的干热消杀，然后再进行充电荷处理后，即可循环再生。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的医用口罩具有整体可循环再生利用的属性，可实现口罩的重复使用，并符合国家标准，克服了现有口罩不能实现其本身循环再用的问题；

2、本发明通过干热消杀的方式来杀灭口罩上所有高致病病毒和细菌，消杀效果好、彻底，不存在消杀死角，并且还能使口罩整体更干燥，容易再次充电荷，为消杀循环使用提供了良好前提条件，这是其他消杀方式无法比拟的，达到了真正意义上的可重复性使用口罩的目的。

附图说明

图1是本发明的一种可循环再生医用防护口罩结构示意图；

图2是本发明的一种医用防护口罩主体部分结构示意图；

图3是本发明的第二种医用防护口罩主体部分结构示意图；

图4是本发明的第三种医用防护口罩主体部分结构示意图；

图5是本发明的医用防护口罩佩戴时的状态示意图；

图6是本发明的pan溶液自由静电纺丝形成的纳米纤维sem图像；

图7是本发明的pan溶液自由静电纺丝形成的纳米纤维布界面厚度图；

图8是本发明的pi溶液自由静电纺丝形成的纳米纤维sem图像。

图中标记：1，2为弹性耳带，3为鼻梁支架，4，5，6，7为无纺布，8为过滤层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种可循环再生医用防护口罩，包括口罩主体部分、弹性耳带1和2，或弹性头带、内置于口罩主体部分的鼻梁支架3，所述口罩主体部分由非织造层和过滤层叠加形成，所述非织造层由熔点高于160℃以上的纺粘非织造布构成，所述过滤层由熔点高于160℃以上的静电纺丝纳米纤维布构成。

本发明的口罩具有可重复消杀和再生后过滤性能达标的特点，实现了医用口罩的循环再生。本发明的口罩可以折叠或者不可折叠，形状可以采用杯型、蝴蝶型或者鸭嘴型等，即能够制成市面上常用类型的口罩，口罩的弹性耳带或弹性头带可采用分别连接到口罩主体部分的左右两侧，也可以分别连接到主体的上下两侧。

在本发明的医用防护口罩中，非织造层和过滤层都要求熔点高于160℃，其可通过各种方式制备，非织造层可采用现有熔点高于160℃的纺粘非织造布，过滤层需要通过静电纺丝工艺制备得到熔点高于160℃的静电纺丝纳米纤维布，材料可采用熔点高于160℃的现有材料。熔点温度设置的依据是根据国标gb31402－2015而来，国标gb31402－2015中6.1部分规定灭菌温度在160℃灭菌120min或者170℃灭菌60min或者180℃灭菌30min，因此，需要通过该方式来达到干热灭菌的目的，以按照国标的规定，实现口罩的循环再生的规范使用，这就要求口罩材料的熔点不能低于160℃，因此，要采用干热灭菌的方式实现口罩的循环再生，口罩材料的熔点要求是必不可少的。

进一步地，本发明采用干热灭菌的方式来实现口罩循环再生的缘由在于，干热灭菌的方式不仅不会对口罩本身的结构以及过滤性能造成影响，其消杀效果更好，更彻底，不存在消杀死角，灭菌灭病毒效果极好，并且还能使口罩整体更干燥，容易再次充电荷，为达到真正意义上的消杀循环使用提供良好前提条件。因此，采用干热消杀是实现口罩循环使用最优的方式。

进一步地，作为一种实施方式，如图1所示，图1示出了口罩整体的外观形状，在口罩安装在佩戴者面部之前，呈现折叠状态。其包括口罩主体部分，位于口罩主体部分左右两侧的弹性耳带1和2，口罩主体部分的上部设置有鼻梁支架3，作用与传统口罩的鼻夹作用相同。

口罩主体部分从远离佩戴者面部到最靠近佩戴者面部的方向，依次由4张无纺布(为纺粘非织造布，构成非织造层)4、5、6、7叠加形成，其中，无纺布4和无纺布7构成最内层和最外层，最内层构成亲肤层，最外层构成防水层，其可以采用相同的材料，也可以采用不同的材料。最内层和最外层之间设置过滤层8(图1中未展示出)，过滤层8内置于无纺布内，其布局方式存在多种，如图2－4所示，图2示出了无纺布与过滤层是单独分离的，经叠加组合后形成口罩主体部分；图3示出了过滤层依附于最外层无纺布7朝靠近人体面部的一侧，然后再与最内层无纺布4叠加组合后形成口罩主体部分；图4示出了过滤层依附于最内层无纺布4朝远离人体面部的一侧，然后与最外层无纺布7叠加组合后形成口罩主体部分。如图5所示，图5示出了口罩佩戴时的状态图，最外层无纺布7构成防水层，最内层无纺布4构成亲肤层，无纺布之间内置过滤层8，由此为佩戴者提供防护。

进一步地，本发明的纺粘非织造布选自聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、乙酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的混合物，要求熔点高于160℃。本发明的静电纺丝纳米纤维布选自乙酸纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、聚苯硫醚中的一种或几种的混合物，其也可以使用天然聚合物，要求熔点高于160℃。当然，本发明的纺粘非织造布和静电纺丝纳米纤维布并不限于上述种类，其还可以选自其他符合要求的聚合物材料，本发明在此不再穷举。

在上述口罩结构中，无纺布构成的非织造层可存在多层，即是说，可由多层无纺布构成非织造层，例如可由2－4张无纺布构成非织造层，或者1张无纺布构成1层非织造层，然后多层非织造层叠加形成口罩的主体部分，因此，可根据实际需要具体选择。非织造层和过滤层叠加形成口罩主体部分时，可通过超声波焊接互连，进而形成结构稳定的口罩主体部分。相应地，由于过滤层8的过滤效果跟本身的厚度和过滤孔径相关等参数相关，因此，其层数的叠加和减少实则是调整过滤层的厚度，进而实现过滤效率的调整，故过滤层8的层数也不做限制，其根据实际需要来确定。

进一步地，由于本发明的口罩主体部分的材料要求熔点在160℃以上，以便于进行干热消杀，因此，作为一种优选的实施方式，弹性耳带1和2、或头带以及鼻梁支架3最好也采用熔点在160℃以上的现有材料制成，例如鼻梁支架3可采用耐高温的铝片，以便于对整个口罩进行干热消杀，避免了这些附属部件的拆装。

在本发明中，非织造层可通过各种方式制备，例如熔融加工等，而过滤层8则需要通过静电纺丝工艺制备，这就要求使用的聚合物材料可以溶解在溶剂中。采用的溶剂可以是二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰氨(dmac)、二甲基亚砜(dmso)、乙烯酸(aa)、甲酸(fa)、丙酮、氯仿、三氟乙酸、三氟乙醇(tfa)、环己酮和水以及其中的若干组合等，根据具体的聚合物材料选择最优、最合适的溶剂来溶解，以配置成均一的纺丝溶液，然后向纺丝溶液中加入电荷存储添加剂(例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、天然蜡、松香、有机玻璃一种或几种的混合物)，例如电气石等。纺丝溶液在高压静电作用下，从针头喷出并在静电场中拉伸为纳米级别的聚合物丝条，最后落在负压接收器的纺粘非织造布基材上(也可单独制备)。通过控制纺丝的厚度达到需要的过滤效率，通过控制静电纺丝过程中的参数，达到控制纤维的直径大小和堆积密度，其中涉及的参数有：纺丝溶液浓度1－30％、纺丝针头到接收器的距离5－30cm、纺丝正高压10－30kv、负低压－1－(－30)kv、环境温度r.t.(表示室温)－80℃和环境相对湿度10－80％rh等。最后将静电纺丝材料烘干，与纺粘非织造布装配成口罩，然后通过超声波点焊机连接在一起。最后，将耳带、鼻梁支架等附属部件装配上就完成了口罩的制备。该方式得到的口罩主体部分，其过滤层8的结构方式即为图3和图4所展示的两种方式。

在本发明中，口罩经过佩戴者连续或者累计佩戴8h后，可进行干热灭菌消杀处理，经过消杀后的口罩，需要采用一定的措施进行口罩的再充电荷处理。其中的措施可采用负离子吹风机吹风15min以上，或者用家用点火器对口罩点击，或者采用摩擦静电方式等。

为了更好地实施本发明，以下列举具体实施例：

实施例1

一种以聚丙烯(pan)为原料的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1、聚丙烯(pan)以10％(w/w)的浓度溶解在dmac中，形成均匀的溶液，电气石以4‰(w/w)的浓度与pan溶液混合搅拌均匀，室温下搅拌24小时；

s2、使用静电纺丝机和收卷、放卷系统对上述pan溶液进行自由静电纺丝，在纺粘非织造布(聚酰胺)基材上形成纳米纤维薄层，静电纺丝针头与接收器距离为15cm，接收器负电压为－2kv，针头正电压为15kv，温度30℃，相对湿度为45％。

图6和图7中所示为本实施例中有pan溶液自由静电纺丝形成的纳米纤维sem图像。纳米纤维平均直径在200nm，平均厚度为50um，表面平均密度为0.083mg/cm²。

将带有pan纳米纤维布的纺粘非织造布与另一种纺粘非织造布组合构成医用口罩主体，通过超声波点焊机相互连接起来。最后，口罩主体需要经过160℃干热消杀2h。该类型口罩的性能通过国标gb19083－2010测试评估。

实施例2

一种以聚酰亚胺(pi)为原料的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1、聚酰亚胺(pi)以20％(w/w)的浓度溶解在dmac中，形成均匀的溶液，电气石以10‰(w/w)的浓度与pi溶液混合搅拌均匀，室温下至少搅拌24小时；

s2、使用静电纺丝机和收卷、放卷系统对上述pi溶液进行自由静电纺丝，在纺粘非织造布(聚酰亚胺)基材上形成纳米纤维薄层，静电纺丝针头采用5针头排列形式，静电纺丝针头与接收器距离为20cm，接收器负电压为－2kv，针头正电压为20kv，温度35℃，相对湿度为55％rh。

图8中所示为本实施例中有pi溶液自由静电纺丝形成的纳米纤维sem图像。纳米纤维平均直径在400nm，平均厚度为70um(没有图像)，表面平均密度为0.090mg/cm²。

将带有pan纳米纤维布的纺粘非织造布与另一种纺粘非织造布组合构成医用口罩主体，通过超声波点焊机相互连接起来。最后，口罩主体需要经过160℃干热消杀2h。该类型口罩的性能通过国标yy0469－2011测试评估。

实施例3

一种以聚乙烯醇(pva)为原料的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1、聚乙烯醇(pva)以10％(w/w)的浓度溶解在水中，形成均匀的溶液，电气石以20‰(w/w)的浓度与pva溶液混合搅拌均匀，室温下至少搅拌24小时；

s2、使用静电纺丝机和收卷、放卷系统对上述pva溶液进行自由静电纺丝，在纺粘非织造布(聚苯硫醚)基材上形成纳米纤维薄层，静电纺丝针头采用5针头排列形式，静电纺丝针头与接收器距离为15cm，接收器负电压为－2kv，针头正电压为25kv，温度30℃，相对湿度为50％rh。

将带有pva纳米纤维布的纺粘非织造布与另一种纺粘非织造布组合构成医用口罩主体，通过超声波点焊机相互连接起来。最后，口罩主体需要经过160℃干热消杀2h。该类型口罩的性能通过国标yy/t0969－2013测试评估。

实施例4

一种以聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为原料的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)以10％(w/w)的浓度溶解在dmf中，形成均匀的溶液，电气石以10‰(w/w)的浓度与pvp溶液混合搅拌均匀，室温下至少搅拌24小时；

s2、使用静电纺丝机和收卷、放卷系统对上述pvp溶液进行自由静电纺丝，在纺粘非织造布(聚苯硫醚)基材上形成纳米纤维薄层，静电纺丝针头采用5针头排列形式，静电纺丝针头与接收器距离为15cm，接收器负电压为－2kv，针头正电压为30kv，温度30℃，相对湿度为45％rh。

将带有pvp纳米纤维布的纺粘非织造布与另一种纺粘非织造布组合构成医用口罩主体，通过超声波点焊机相互连接起来。最后，口罩主体需要经过160℃干热消杀2h。该类型口罩的性能通过国标yy/t0969－2013测试评估。

实施例5

一种以聚氨酯(pu)为原料的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1、聚氨酯(pu)以10％(w/w)的浓度溶解在环己酮和水的混合物中，形成均匀的溶液，电气石以5‰(w/w)的浓度与pu溶液混合搅拌均匀，室温下至少搅拌24小时；

s2、使用静电纺丝机和特制的收卷、放卷系统对上述pu溶液进行自由静电纺丝，在纺粘非织造布(聚酰胺)基材上形成纳米纤维薄层，静电纺丝针头采用5针头排列形式，静电纺丝针头与接收器距离为15cm，接收器负电压为－2kv，针头正电压为15kv，温度30℃，相对湿度为45％rh。

将带有pu纳米纤维布的纺粘非织造布与另一种纺粘非织造布组合构成医用口罩主体，通过超声波点焊机相互连接起来。最后，口罩主体需要经过160℃干热消杀2h。该类型口罩的性能通过国标gb19083－2010测试评估。

实施例6

一种以聚羟基丁酸戊酸脂(phbv)为原料的静电纺丝纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

s1、聚羟基丁酸戊酸脂(phbv)以8％(w/w)的浓度溶解在2，2，2－三氟乙醇中，形成均匀的溶液，电气石以5‰(w/w)的浓度与phbv溶液混合搅拌均匀，室温下至少搅拌24小时；

s2、使用静电纺丝机和收卷、放卷系统对上述phbv溶液进行自由静电纺丝，在纺粘非织造布(高温聚丙烯)基材上形成纳米纤维薄层，静电纺丝针头采用5针头排列形式，静电纺丝针头与接收器距离为15cm，接收器负电压为－2kv，针头正电压为15kv，温度30℃，相对湿度为45％rh。

将带有phbv纳米纤维布的纺粘非织造布与另一种纺粘非织造布组合构成医用口罩主体，通过超声波点焊机相互连接起来。最后，口罩主体需要经过160℃干热消杀2h。该类型口罩的性能通过国标gb19083－2010测试评估。

实施例7

取实施例1得到的口罩为实验口罩，进行高温病毒消杀处理(160℃下2h)。取未佩戴新口罩、佩戴1次高温消杀后的口罩和佩戴2次高温消杀后的口罩分别进行过滤效率、气流阻力、细菌菌落总数和真菌菌落总数测试。具体见下表，经过三次消杀后的口罩关键测试项目结果均满足gb19083－2010标准中标定的合格范围内，这证明本发明所描述的防护口罩的确是一种可循环再生使用的医用防护口罩。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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