一種具有防霧霾功能的口罩的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有防霧霾功能的口罩，口罩以“負(fù)載納米TiO2的活性炭纖維布+活性炭層”為主體功能材料的防霧霾功能的口罩，原料易得，制備方便，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本較低；除了具有常規(guī)口罩的過濾阻塵功能以外，更將納米TiO2在紫外線下的光催化能力與活性炭纖維和活性炭層的高吸附能力相結(jié)合，提供了防霧霾口罩對細(xì)菌病毒的殺滅，以及有機(jī)污染物的分解和吸附能力。
【專利說明】
一種具有防霧霾功能的口罩
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及環(huán)境保護(hù)和衛(wèi)生防護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有防霧霾功能的口罩。
【背景技術(shù)】
[0002]霧霾是一種大氣污染狀態(tài)，由空氣中的水分、灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏瘸煞萁M成。近年來隨著空氣質(zhì)量的惡化，霧霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)增多、危害加重，我國對霧霾的關(guān)注程度日益加重，不少地區(qū)將霧霾作為災(zāi)害性天氣現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警預(yù)報，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。
[0003]霧霾中含有各種對人體有害的細(xì)顆粒、有毒物質(zhì)達(dá)20多種，包括了酸、堿、鹽、胺、酚等，以及塵埃、花粉、螨蟲、流感病毒、結(jié)核桿菌、肺炎球菌等，其含量是普通大氣水滴的幾十倍。通常認(rèn)為Pm2.5(空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物)是造成“霧霾天氣”的“元兇”。公眾出門一般采取戴口罩的方式降低霧霾對健康的影響。
[0004]傳統(tǒng)口罩以過濾阻塵為目的。其阻塵效率的高低是以其對微細(xì)粉塵，尤其是5微米以下的呼吸性粉塵的阻隔效率為標(biāo)準(zhǔn)。但是，一些存在于空氣中呈氣溶膠狀態(tài)的有機(jī)物和細(xì)菌、病毒等，會從口罩面料的網(wǎng)眼中穿過去，進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，危害人體健康。
[0005]本實用新型所公開的“負(fù)載納米T12的活性炭纖維布+活性炭層”為主體功能材料的防霧霾功能的口罩，除了具有常規(guī)口罩的過濾阻塵功能以外，更將納米T12在紫外線下的光催化能力與活性炭纖維和活性炭層的高吸附能力相結(jié)合，提供了本實用新型對細(xì)菌病毒的殺滅、有機(jī)污染物的分解和吸附能力。
[0006]納米T12無毒、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性能好，能有效利用太陽能(約總太陽光強(qiáng)的3%)光催化氧化有機(jī)物。研究表明:在銳鈦型T12和金紅石型T12混合比例約75:25時，納米T12的光催化氧化能力最強(qiáng)。此外，在納米T1沖適度摻雜Fe3+、M05+、RU3+、V4+等過度金屬離子，可將激發(fā)光的波長范圍從387nm以下擴(kuò)大到可見光區(qū)(約600nm)，有效促進(jìn)光催化反應(yīng);將光活性化合物如、硫堇、熒光素衍生物等吸附于光催化劑表面，可擴(kuò)大激發(fā)光波長范圍，提高納米T12對太陽能的利用率，增加光催化反應(yīng)的效率。
[0007]活性炭纖維具有豐富的微孔和巨大的比表面積，其吸附容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沸石、樹脂、硅膠等多孔吸附材料，也遠(yuǎn)高于其他同類型活性炭產(chǎn)品。基于上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，活性炭纖維布對有機(jī)物具有很強(qiáng)的吸附能力，可以吸附去除PPm、PPb級別甚至更低濃度的有機(jī)污染物。但由于吸附飽和后必須進(jìn)行脫附再生才能繼續(xù)使用，存在操作工藝復(fù)雜、容易產(chǎn)生二次污染等問題。而在改性活性炭纖維表面負(fù)載納米T12,使有機(jī)物在活性炭纖維表面富集時由于光催化氧化作用得到快速有效的降解，使活性炭纖維原位再生，可有效解決上述問題。
[0008]中國專利申請?zhí)?01520277096.6，授權(quán)公告日2015年08月26日的專利文件公開了一種防霧霾抗菌口罩，該口罩內(nèi)外層之間設(shè)置放置腔，在其中分別放入濾片和藥物袋，從而起到過濾霧霾中有毒粉塵和清咽利喉的作用，口罩共10層。其中，口罩內(nèi)層由麻賽爾纖維、滌綸纖維等混紡而成的表層織物(I)，以及竹炭纖維等混紡而成的里層織物(2)組成；口罩外層由羅布麻纖維和天絲等混紡紗織造而成的上層織物(3)，以及精梳長絨棉等混紡而成的下層織物(4)組成;濾片由銀纖維抗菌層(5)，微孔海綿(6)和活性炭顆粒與高碘樹脂混合層(7)、氧化鈦吸附層(8)、活性炭吸附層(9)組成的過濾層，以及熔噴無紡布層(10)組成;藥物袋中放置中草藥以起到清咽利喉的作用。
[0009]中國專利申請?zhí)?01510099670.8，申請公布日2015年5月20日的專利文件公開了一種防汽車尾氣防霧霾口罩，所用材料從外到內(nèi)依次為表面負(fù)載納米T12的棉織物、聚丙稀紡粘無紡布、靜電駐極聚丙稀紡粘無紡布、負(fù)載CO消除劑的活性炭纖維層、聚丙稀紡粘無紡布和表面負(fù)載茶多酚的棉織物共6層。表面負(fù)載納米T12的棉織物采用丙烯酸酯、納米T12和水等混合后，將棉織物二浸二乳烘干而得;負(fù)載CO消除劑的活性炭纖維層采用將血紅蛋白、維生素C、碳酸鈉和水等按照一定比例配成溶液后，活性炭浸入6小時烘干而得;表面負(fù)載茶多酚的棉織物，將茶多酚加水和少量磷酸氫二鈉-檸檬酸按照一定比例配制成水溶液，加熱到90 0C浸泡60min烘干即得。
[0010]上述實用新型所公開的防霧霾口罩，主要存在以下問題:
[0011]1.過度重視口罩的過濾除塵和有機(jī)污染物吸附去除的功能，使用了過多的過濾阻塵和有機(jī)物吸附材料，而忽視了口罩的透氣性?？谡炙妹媪蠌拿恳环N來看透氣性能都很好，但與微孔海綿層、活性炭層等多層材料疊放在一起后，由于厚度較大，使佩戴者呼吸不暢，也增加了口罩的制作成本，降低其市場適應(yīng)性。
[0012]2.實用新型中使用了納米T12,將其作為一種吸附材料用于吸附有機(jī)物。但據(jù)資料顯示，納米T12對有機(jī)物的去除主要基于其在紫外線環(huán)境中的光催化功能將有機(jī)物氧化分解，而不是簡單的物理吸附作用。
[0013]3.實用新型中將納米T12負(fù)載在棉織物表面。但由于棉織物的比表面積相對較小，單位體積所負(fù)載的納米T12不多；棉織物的性能造成加熱烘干納米T12的溫度較低，納米T12和所負(fù)載的棉織物之間負(fù)載不穩(wěn)定，使用中易脫落影響效果;此外，所用的納米T12不能保持在銳鈦型T12和金紅石型T12混合比例約75:25的最佳光催化混晶結(jié)構(gòu);不能確保由此制成的活性炭纖維負(fù)載T12催化劑達(dá)到最佳的光催化效果。與之相比，將銳鈦型T12和金紅石型T12混合比例約75:25的納米T12附著在活性碳纖維布表面，具有穩(wěn)定性好，黏結(jié)度高，負(fù)載均勻等優(yōu)點(diǎn)，也可達(dá)到對有機(jī)物最佳的光催化效果。
[0014]4.實用新型中將納米T12負(fù)載在棉織物表面。但納米T12中沒有摻雜Fe3+、Mo5+、Ru3+、V4+等過度金屬離子，也沒有添加如硫堇、熒光素衍生物等光活性化合物，因此激發(fā)光波長范圍仍保持在387nm以下，對光催化反應(yīng)沒有積極的促進(jìn)作用，導(dǎo)致由此制成的活性炭纖維負(fù)載T12催化劑不能達(dá)到最佳的光催化效果。
【實用新型內(nèi)容】
[0015]針對現(xiàn)有防霧霾口罩存在的問題，本實用新型提供一種以“負(fù)載納米T12的活性炭纖維布+活性炭層”為主體功能材料的防霧霾功能的口罩，原料易得，制備方便，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本較低;除了具有常規(guī)口罩的過濾阻塵功能以外，更將納米T12在紫外線下的光催化能力與活性炭纖維和活性炭層的高吸附能力相結(jié)合，提供了防霧霾口罩對細(xì)菌病毒的殺滅，以及有機(jī)污染物的分解和吸附能力。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0017]—種具有防霧霾功能的口罩，包括口罩主體，其中:口罩主體為由外至內(nèi)依次疊設(shè)的五層結(jié)構(gòu):薄型無紡布層、表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布層、活性炭過濾層、過濾布層和內(nèi)層無紡布層，紫外線能透過薄型無紡布層照射在表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布層上。
[0018]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括:
[0019]上述的口罩主體的外側(cè)中部設(shè)置有鼻夾，口罩主體的兩側(cè)設(shè)置有固定帶。
[0020]上述的鼻夾為柔性塑料鼻夾。
[0021 ]具有防霧霾功能的口罩為杯罩式口罩或折疊式口罩。
[0022]—種具有防霧霾功能的口罩的制備方法，包括以下步驟:
[0023]—、制備負(fù)載納米Ti02的活性炭纖維布，其步驟為:
[0024](I)預(yù)處理:將活性炭纖維布在雙氧水中浸泡后用去離子水沖洗，真空干燥后待用；
[0025](2)溶液制備:將環(huán)氧樹脂溶解于丙酮中，攪拌并依次加入市售納米Ti02(德固賽?25)，群-?[2-(2,-羥基-57-甲基苯基)苯并三氮唑]和納米?6203;
[0026](3)浸漬烘干:將活性炭纖維布放入溶液中浸漬，在氮?dú)鈿夥障潞娓桑纯傻玫奖砻尕?fù)載納米Ti02的活性炭纖維布；
[0027]二、制備口罩，其步驟為:
[0028](I)層疊:依次將薄型無紡布、表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布、活性炭過濾層、過濾布和無紡布從外到內(nèi)疊放在一起；
[0029](2)裁切:按照所需規(guī)格大小和外型裁切；
[0030](3)成型:加裝固定帶、鼻夾后熱壓成型，得到具有防霧霾功能的口罩。
[0031]步驟一中所用活性碳纖維布為酚醛基纖維、PAN基纖維、黏膠基纖維中的一種或幾種經(jīng)高溫炭化而成。
[0032]步驟一(I)預(yù)處理所用雙氧水質(zhì)量比8?10%;浸泡時間為I?2h，用去離子水沖洗5次后真空干燥，溫度在100?120°c，干燥時長2?4h。
[0033]步驟一(2)中所用環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值0.25?0.45;每IL丙酮中溶解環(huán)氧樹脂10?208，納米110215~4(^，丙酮中溶解的納米1102、群-?和？63+的質(zhì)量比為:100:10~50:5~10。
[0034]步驟一(3)中將活性炭纖維布放入溶液中浸漬15?60min，在氮?dú)鈿夥障?，?00?120°C烘干0.5h去除活性炭纖維布表面的有機(jī)溶劑并使環(huán)氧樹脂固化;然后升溫到350?450°C烘干1.5?4.0h，使活性炭纖維布表面殘存的少量有機(jī)物進(jìn)一步燒結(jié)去除，即可得到表面負(fù)載納米Ti02的活性炭纖維布。
[0035]活性炭纖維布的比表面積在1200?2500m2.g—S厚度0.3?1mm，克重10?20 g.πΓ2。
[0036]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的口罩主體采用五層結(jié)構(gòu)，各層作用如下:
[0037](I)最外層的薄型無紡布主要起阻隔大顆粒粉塵的作用，由于厚度小不會阻礙紫外線與第二層(負(fù)載納米T12的活性炭纖維布)的接觸，同時也可保護(hù)第二層的負(fù)載納米T12的活性炭纖維布不受外環(huán)境造成的結(jié)構(gòu)性損壞；
[0038](2)第二層:表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布除了繼續(xù)過濾阻塵的作用外，也可利用活性炭纖維布巨大的比表面積吸附有機(jī)物，所負(fù)載的納米T12在紫外線參與下，利用光催化氧化作用產(chǎn)生的.0Η，將所吸入氣體中的細(xì)菌病毒殺滅、有機(jī)物氧化分解；
[0039](3)第三層:活性炭過濾層，除了繼續(xù)過濾細(xì)小粉塵外，主要利用巨大的比表面積對前面分解的有機(jī)物或透過前面兩層材料的有機(jī)物進(jìn)行吸附，起到凈化吸入氣體的作用；
[0040](4)第四層:過濾布，繼續(xù)過濾吸入氣體中的細(xì)小顆粒物，同時對前面的活性炭層在結(jié)構(gòu)上起到固定作用，防止萬一活性炭層泄漏產(chǎn)生新的粉塵污染；
[0041 ] (5)最里層:無紡布，繼續(xù)過濾吸入氣體中的細(xì)小顆粒物，凈化吸入氣體，維護(hù)口罩結(jié)構(gòu)并與皮膚直接接觸。
[0042]本實用新型的有益效果為:
[0043](I)本實用新型所使用的原料易得，結(jié)構(gòu)簡單，制備方便，生產(chǎn)成本較低；
[0044](2)本實用新型使用的活性炭纖維布具有較大的比表面積，單位重量對污染物的吸附能力較強(qiáng);且單位重量的纖維布負(fù)載的納米T12量也比一般載體要大，本實用新型利用活性炭纖維布的高吸附和過濾性能，將廢氣中的有機(jī)物和細(xì)菌病毒等吸附、攔截在纖維布表面，然后在納米T12的光催化氧化作用下降解有機(jī)物、殺滅細(xì)菌病毒；
[0045](3)本實用新型以粉體燒結(jié)法和偶聯(lián)法相結(jié)合，將納米T12于環(huán)氧樹脂/丙酮溶液中充分浸漬后烘干，與常規(guī)粉體燒結(jié)法相比具有納米T12層黏結(jié)度高、牢固性好、負(fù)載均勻等優(yōu)點(diǎn)；
[0046](4)由于添加了 Fe3+和UV-P，將激發(fā)光的波長范圍從387nm以下擴(kuò)大到可見光區(qū)(約600nm)，有效的促進(jìn)了光催化反應(yīng);提高納米T12對太陽能的利用率，增加光催化反應(yīng)的效率;從而整體提高了負(fù)載納米T12的活性炭纖維布對有機(jī)物的去除和對細(xì)菌病毒的殺滅效率；
[0047](5)本實用新型公布的防霧霾口罩由5層材料組成，在注重過濾阻塵和去除有機(jī)污染、殺滅細(xì)菌病毒的同時，呼吸透氣性好，佩戴感舒適。
【附圖說明】
[0048]圖1是本實用新型防霧霾口罩的外型示意圖。
[0049]圖2是本實用新型防霧霾口罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]其中的附圖標(biāo)記為:口罩主體1、薄型無紡布層11、表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布層12、活性炭過濾層13、過濾布層14、內(nèi)層無紡布層15、鼻夾2、固定帶3。
【具體實施方式】
[0051]本實用新型以“負(fù)載納米T12的活性炭纖維布+活性炭層”為主體功能材料，與普通防塵口罩相比，除了具有同樣的過濾阻塵功能外，活性炭纖維布表面負(fù)載的納米T12在陽光(紫外線)照射下可激發(fā)光催化反應(yīng)，將所吸入氣體中的有機(jī)污染物分解、細(xì)菌病毒殺滅;經(jīng)過光催化分解后的氣體依次經(jīng)過活性炭過濾層和過濾布的凈化，進(jìn)一步去除細(xì)小顆粒物和有機(jī)污染物，從而達(dá)到更好地凈化所吸入氣體的目的。
[0052]目前研究最多的光催化材料為金屬氧化物和硫族化物如Ti02、Zn0、CdS、W03、Sn02等，其中以Ti O2最為常用，應(yīng)用最多的銳鈦型Ti O2在pH值為I時帶隙為3.2 e V，光催化所需入射光的最大波長為387nm。研究表明:在銳鈦型T12和金紅石型T12混合比例約75: 25時，納米T i 02的光催化氧化能力最強(qiáng)。
[0053]從光催化的反應(yīng)歷程來看，通過光激發(fā)后，納米T12產(chǎn)生高活性光生空穴和光生電子，形成氧化-還原體系，經(jīng)一系列可能的反應(yīng)后產(chǎn)生大量的高活性自由基，在眾多自由基中，.0H是主要的自由基;光催化時納米T12表面的羥基化，是光催化反應(yīng)的必要條件。光催化產(chǎn)生的.0H自由基，是有水分子存在時氧化劑中反應(yīng)活性最強(qiáng)的，而且對作用物幾乎沒有選擇性。本實用新型利用納米T12在紫外線作用下的光催化作用，在有水粉存在下降解所吸入氣體中的有機(jī)物、殺滅細(xì)菌病毒。
[0054]光催化機(jī)理可表示如下:
[0055]Ti02+hv h++e—
[0056]h++H20^H++.0H
[0057]h++ OH——.0H
[0058]2H02.4O2+H2O2
[0059]H2O2+O2——OH—+.0H+O2
[0060]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0061 ] 實施例1:
[0062](I)納米Ti02負(fù)載在活性炭纖維布活性炭纖維布上的方法，其步驟為:
[0063](a)預(yù)處理:將活性炭纖維布在質(zhì)量比8%的雙氧水中浸泡Ih后，用去離子水沖洗5次，充氮在100 °C下干燥3.5h待用；
[0064](b)溶液制備:將環(huán)氧樹脂1g溶解于IL丙酮中，攪拌并依次加入20g市售納米T12(德固賽P25)，2gUV-P和Ig納米Fe2O3 ；
[0065](C)浸漬烘干:將活性炭纖維布放入溶液中浸漬30min，在氮?dú)鈿夥障?，?00°C烘干0.5h，然后升溫到350°C烘干4.0h，得到表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布；
[0066](2) 口罩制作方法:
[0067](a)層疊:依次將薄型無紡布、表面負(fù)載納米Ti02的活性炭纖維布、活性炭過濾層、過濾布和無紡布從上到下疊放在一起；
[0068](b)裁切:按照所需規(guī)格大小和外型(杯罩式和折疊式)裁切；
[0069](c)成型:加裝固定帶、鼻夾等部件后熱壓成型。
[0070]實施例2:
[0071 ]納米Ti02負(fù)載在活性炭纖維布活性炭纖維布上的方法，其步驟為:
[0072](a)預(yù)處理:將活性炭纖維布在質(zhì)量比10%的雙氧水中浸泡Ih后，用去離子水沖洗5次，充氮在120 °C下干燥2.5h待用；
[0073](b)溶液制備:將環(huán)氧樹脂20g溶解于IL丙酮中，攪拌并依次加入35g市售納米T12(德固賽P25)，3.5gUVP和2g納米Fe2O3 ；
[0074](c)浸漬烘干:將活性炭纖維布放入溶液中浸漬45min，在氮?dú)鈿夥障?，?20°C烘干0.5h;然后升溫到450°C烘干1.5h得到表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布。
[0075]口罩制作方法與實施例1相同。
[0076]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種具有防霧霾功能的口罩，包括口罩主體(I)，其特征是:所述的口罩主體(I)為由外至內(nèi)依次疊設(shè)的五層結(jié)構(gòu):薄型無紡布層(11)、表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布層(12)、活性炭過濾層(13)、過濾布層(14)和內(nèi)層無紡布層(15)，紫外線能透過薄型無紡布層(11)照射在表面負(fù)載納米T12的活性炭纖維布層(12)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有防霧霾功能的口罩，其特征是:所述的口罩主體(I)的外側(cè)中部設(shè)置有鼻夾(2)，口罩主體(I)的兩側(cè)設(shè)置有固定帶(3)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有防霧霾功能的口罩，其特征是:所述的鼻夾(2)為柔性塑料鼻夾。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有防霧霾功能的口罩，其特征是:為杯罩式口罩或折疊式□罩D
【文檔編號】A41D13/11GK205567899SQ201620186265
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】張毅, 王偉, 吳京, 王偉民, 李秀霞, 唐秋萍, 趙志強(qiáng)
【申請人】環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所