石墨烯防pm2.5口罩濾片功能層及其在濾片中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬衛(wèi)生保健范疇，特別是涉及一種石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層及其在濾片中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，中國(guó)大氣污染形勢(shì)嚴(yán)峻。城市大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標(biāo)；二氧化硫污染一直在較高水平；機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放總量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趨勢(shì)。懸浮顆粒物按粒徑分類主要有PM10 (粒徑小于10微米)、PM2.5、ΡΜ0.1，其中PM2.5含量是國(guó)際通用用于觀測(cè)城市大氣顆粒物的常用指標(biāo)。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于
2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。
[0003]長(zhǎng)期在空氣質(zhì)量較差的環(huán)境中生活和工作，不僅會(huì)引起呼吸功能下降、呼吸道癥狀加重，還會(huì)導(dǎo)致慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫等疾病，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致肺癌、鼻咽癌患病率的增加。因此，預(yù)防吸入懸浮顆粒物刻不容緩。在個(gè)人防護(hù)PM2.5方面，最有效的手段當(dāng)屬佩戴口罩，而口罩的主要功能部件是濾片。市面上的濾片主要強(qiáng)調(diào)的是過(guò)濾功能，且過(guò)濾效果參差不齊；不僅如此，濾片即使阻擋了空氣中的PM2.5顆粒物，但被過(guò)濾的顆粒和細(xì)菌容易附著在口罩(濾片)上貼近口鼻的部位，造成細(xì)菌的滋生，形成二次污染，再通過(guò)口罩(濾片)滲透進(jìn)入人體，對(duì)人體造成危害，不符合衛(wèi)生的要求。而市場(chǎng)上單純的殺菌口罩，又存在過(guò)濾PM2.5效果差的問(wèn)題。因此，確有必要提供一種既能很好地過(guò)濾PM2.5顆粒物，同時(shí)又兼顧抗菌功能的濾片。
[0004]目前在這方面已有兩篇專利，但都存在著一些局限性及不足。中國(guó)專利號(hào)CN104014194 A，公開(kāi)日2014年09月03日，名稱一種防霧霾口罩用濾材組合物。其濾片濾材由以下重量份數(shù)的組份構(gòu)成，肉桂醛二乙縮醛4-6份，納米級(jí)托瑪琳9-11份，活性炭纖維55-65份，稻草顆粒15-25份，納米銀0.9-1.1份，石墨烯0.9-1.1份，干燥劑1.5-2.5份。將上述濾材組合物噴涂在烘干后的無(wú)紡布上，然后制備成口罩，口罩由內(nèi)至外依次為純棉紗布層、無(wú)紡布層、純棉紗布層、微孔膜層和無(wú)紡布層。和我們的發(fā)明相比，此方法濾材成分過(guò)于復(fù)雜，很多成分功能并不明確；只是利用普通無(wú)紡布，過(guò)濾效果不如本發(fā)明中的駐極處理的熔紡布；納米銀和本發(fā)明中的銀納米線相比，對(duì)細(xì)菌的吸附性和其他濾片材料的結(jié)合力都稍差。中國(guó)專利號(hào)CN 104083946 A，公開(kāi)日2014年10月08日，名稱為抗菌口罩濾片及其制備方法和抗菌口罩，這個(gè)發(fā)明提供的抗菌口罩濾片包括依次連接的纖維面層、基材無(wú)紡布層、靜電紡纖維膜層及纖維內(nèi)層，所述靜電紡纖維膜層由聚合物材料和殼聚糖組成。和我們的發(fā)明相比，此方法只是利用殼聚糖起到殺菌作用，效果不如銀納米線和殼聚糖的混合材料；其靜電紡纖維膜層需要將聚合物材料和殼聚糖通過(guò)靜電混紡或者共混形成混合溶液后靜電紡制成，工藝較為復(fù)雜；沒(méi)有用到活性炭和石墨烯，僅靠無(wú)紡布起到過(guò)濾作用，過(guò)濾效果一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述的現(xiàn)有的口罩過(guò)濾PM2.5顆粒存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種石墨烯防PM2.5 口罩功能層與制備方法以及其在濾片的應(yīng)用，本發(fā)明濾片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以有效去除PM2.5顆粒，并具備抗菌抑菌、預(yù)防疾病的效果，適宜大批量生產(chǎn)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層，所述石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層為活性炭添加石墨烯材料。
[0007]優(yōu)選的，所述濾片功能層還包括銀納米線、殼聚糖中的至少一種。
[0008]優(yōu)選的，所述活性炭比表面在500-3000平方米/克；所述石墨烯與活性炭重量比在 1:500 到 20:1。
[0009]優(yōu)選的，所述石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯、帶官能團(tuán)的石墨烯、石墨烯的復(fù)合材料；所述石墨烯材料的層數(shù)為1-1000。
[0010]優(yōu)選的，所述帶官能團(tuán)的石墨烯為絡(luò)合基團(tuán)、氨基基團(tuán)、羧基基團(tuán)修飾過(guò)的石墨烯或氧化石墨烯；所述石墨烯的復(fù)合材料為金屬納米粒子、無(wú)機(jī)納米粒子與石墨烯、氧化石墨烯的復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選的，所述銀納米線直徑為1-800 ;所述銀納米線和/或殼聚糖通過(guò)浸潰或噴涂固體的方法加入到濾片功能層上；所述銀納米線和/或殼聚糖固體質(zhì)量為活性炭質(zhì)量的
0.1%~10%ο
[0012]上述石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層的制備方法，包括以下步驟:
①將活性炭與聚丙烯酸酯類粘合劑混合后；
②加入適量的石墨烯分散液，攪拌、成均勻混合液；
③基層布浸入或噴涂配制的混合液中，得到濾片功能層。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟②石墨烯分散液包括石墨烯、氧化石墨烯、帶官能團(tuán)的石墨烯、石墨烯的復(fù)合材料的甲基吡咯烷酮、乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇、正己烷等有機(jī)溶劑溶液或水溶液。
[0014]一種含有上述石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層的濾片，所述濾片包括纖維面層、熔噴無(wú)紡布層、濾片功能層和纖維內(nèi)層，所述濾片功能層不作為最內(nèi)側(cè)，并且重復(fù)1-10次。
[0015]優(yōu)選的，所述纖維面層和纖維內(nèi)層為紡粘無(wú)紡布、針刺無(wú)紡布層、水刺無(wú)紡布層或竹炭纖維無(wú)紡布層，所述熔噴無(wú)紡布進(jìn)行駐極處理，永久帶靜電。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于:
①本發(fā)明口罩中的熔噴無(wú)紡布層經(jīng)過(guò)駐極處理，能永久帶靜電，能夠更有效地吸附PM2.5 ；
②石墨烯復(fù)合材料具有比普通活性炭更高的比表面積，因此吸附能力更強(qiáng)；
③濾片功能層中的銀納米線或殼聚糖能夠抗菌抑菌；
④銀納米線和銀納米顆粒相比，納米線的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更容易吸附細(xì)菌；
⑤銀納米線的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它與其他濾片材料的結(jié)合力更強(qiáng)，正因?yàn)槿绱?，濾片添加銀納米線時(shí)只需用分散液噴涂或者浸入即可，無(wú)需紡絲，制備工藝得到簡(jiǎn)化，更利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明提供的抗菌防PM2.5 口罩濾片的結(jié)構(gòu)示意圖；
以上各圖中，1、纖維面層；2、纖維內(nèi)層；3、濾片功能層；4、熔噴無(wú)紡布層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，但并不用于限定本發(fā)明，本發(fā)明所述試劑均為通過(guò)商業(yè)途徑獲得，所述制備方法如無(wú)特別說(shuō)明均為本領(lǐng)域常規(guī)制備方法，部分試劑生產(chǎn)商以及規(guī)格如下:
石墨烯粉末濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司LN-GNP-005，
銀納米線濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司LN-SWD-001。
[0019]實(shí)施例1
本發(fā)明所述濾片為立體式，不是常規(guī)矩形，口罩濾片的尺寸設(shè)計(jì)為最長(zhǎng)處長(zhǎng)132 mm，最寬處寬87 mm。為了多級(jí)漸進(jìn)的過(guò)濾掉PM2.5。
[0020]本發(fā)明的口罩濾片設(shè)計(jì)為多層結(jié)構(gòu)，采用紡粘無(wú)紡布放在最上面做纖維面層，為了更貼合皮膚最內(nèi)層采用紡粘無(wú)紡布作為纖維內(nèi)層。中間層采用駐極處理后的熔噴無(wú)紡布，內(nèi)層、面層與中間層的夾層為本發(fā)明制備的濾片功能層。面層用于防大的粉塵顆粒，熔噴無(wú)紡布層帶永久性靜電，可以吸附部分小顆粒，濾片功能層是過(guò)濾PM2.5的關(guān)鍵層，過(guò)濾層單層或者多層都具備顯著降低PM2.5的效果。
[0021]濾片功能層為本發(fā)明的核心，制備濾片功能層原料為活性炭和石墨烯材料，本實(shí)施例中，活性炭比表面積為500平方米/克，石墨烯材料為帶有絡(luò)合基團(tuán)的石墨烯，帶有絡(luò)合基團(tuán)的石墨烯中石墨烯組分與活性炭重量比在1:500，有絡(luò)合基團(tuán)的石墨烯材料的層數(shù)為1層。
[0022]濾片功能層采用如下方法制備:將活性炭與聚丙烯酸酯類粘合劑混合后，加入帶有絡(luò)合基團(tuán)的石墨烯分散液，溶劑為甲基吡咯烷酮，攪拌成均勻混合液，基層材料浸入或噴涂配制的混合液中，得到初步濾片功能層