一种口罩熔喷层及其制备方法与流程

本发明涉及口罩技术领域，具体涉及一种口罩熔喷层以及口罩熔喷层的制备方法，以及包含该口罩熔喷层的口罩。

背景技术：

近年来爆发的大规模疫情多为呼吸道传染病，例如covid-19、sars、高致病性禽流感、甲型h1n1流感等。呼吸道传染病通过飞沫和空气传播，具有传播速度快、易感人群广、发病率高等特点，对公众健康和社会稳定造成很大威胁。佩戴防护口罩能够阻断病原微生物侵入人体，是预防呼吸道传染病的流行、保护人员健康的有效手段。

目前常规的防护口罩多采用聚丙烯(pp)熔喷非织造布或驻极体聚丙烯熔喷非织造布作为过滤阻隔层，它依靠阻挡截留、惯性碰撞、布朗扩散、静电吸附等物理作用实现对微小颗粒物和病原微生物的高效挡截。这种常规的防护口罩只是充当一个物理屏障，以过滤掉污染物，但滞留在过滤材料上的细菌、病毒等微生物在适宜的条件下能够存活和繁殖，这就存在对人员和环境造成二次污染的可能。因此市场上存在着对能够捕获病毒或细菌并当场杀灭的防护口罩的需求。

为了预防附着在口罩上的病原微生物再次扩散造成的二次污染，人们开始研制能够抑制或杀灭病原微生物的防护口罩，其中在滤材上添加抗菌剂是赋予口罩抗菌功能的简单有效的方法之一。

银粒子具有优异的抗菌效果，但价格较为昂贵，大大提高了含银抗菌口罩的价格。

目前常采用浸渍或喷涂的方式将含银抗菌剂负载在口罩熔喷层上，其缺点是：含银抗菌剂使用量大，增加原料成本；生产时间长，降低生产效率。

因此提供一种既节约成本同时又能起到较好的抗菌效果的防护口罩成为了目前最急切的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种口罩熔喷层及其制备方法，以及包含该口罩熔喷层的口罩。本发明提供的制备方法降低了抗菌口罩的生产成本，且操作时间短，效率高，口罩透气性和抗菌效果俱佳。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种口罩熔喷层，所述口罩熔喷层包含间隔设置的负载含银抗菌剂区域和未负载含银抗菌剂区域，其中，所述负载含银抗菌剂区域的覆盖率大于等于55％小于100％，所述相邻两个负载含银抗菌剂区域间距为200-400μm；

或所述口罩熔喷层包含负载含银抗菌剂区域和间隔设置的未负载含银抗菌剂区域，其中，所述负载含银抗菌剂区域的覆盖率大于等于55％小于100％，所述相邻两个未负载含银抗菌剂区域间距为200-400μm。

在一些实施方案中，所述口罩熔喷层上负载含银抗菌剂区域为间隔设置的圆形。

在另一些实施方案中，所述口罩熔喷层上未负载含银抗菌剂区域为间隔设置的圆形。

进一步地，所述负载含银抗菌剂区域的覆盖率为55-70％。

在本发明中，所述口罩熔喷层对金黄色葡萄球菌抑菌率为99％以上。

另一方面，本发明提供了上述口罩熔喷层的制备方法，包括以下步骤：

s1、配制含银抗菌剂分散液；

s2、将口罩熔喷层放置在具有凸起微图案或凹坑微图案的铌酸锂晶体上，并对铌酸锂晶体进行加热处理；

s3、将含银抗菌剂分散液沉积在s2中的口罩熔喷层上，得到负载含银抗菌剂的口罩熔喷层；

其中，当凸起微图案或凹坑微图案的面积大于非微图案的面积时，所述含银抗菌剂负载在凸起微图案或凹坑微图案对应的区域；当非微图案的面积大于凸起微图案或凹坑微图案的面积时，所述含银抗菌剂负载在非微图案对应的区域。

所述具有凸起微图案或凹坑微图案的铌酸锂晶体是在表面平整的铌酸锂晶体块上加工得到，加工的具体步骤包括：采用cnc(计算机数字化控制精密机械加工)或光刻技术，保留微图案部分，将非微图案部分去除，得到具有凸起微图案的铌酸锂晶体；或去除微图案部分，将非微图案部分保留，得到具有凹坑微图案的铌酸锂晶体。

铌酸锂(linbo3)晶体是一种热释电晶体材料，加热后具有凸起微图案或凹坑微图案的铌酸锂晶体表面将被极化带电(若铌酸锂晶体表面平整，加热不会被极化产生正负电荷)。由于具有微图案的铌酸锂晶体中，微图案区域和非微图案区域不在一个平面，加热后被极化带不同的电荷，微图案区域和非微图案区域中相对凸起的部分带正电荷，如铌酸锂晶体块上具有凸起微图案时，凸起微图案区域带正电，非微图案区域带负电；如铌酸锂晶体块上具有凹坑微图案时，非微图案区域带正电，凹坑微图案区域带负电。当具有一定电导率的含银抗菌剂分散液靠近铌酸锂晶体时，铌酸锂晶体形成的双极电场模式的强度能够使含银抗菌剂分散液的表面带电，电荷之间的静电吸引使得含银抗菌剂分散液靠近铌酸锂晶体后，从而以静电喷雾的形式沉积在口罩熔喷层上。且含银抗菌剂分散液的表面电荷与微图案区域和非微图案区域中面积较大的部分带相反的电荷，因此含银抗菌剂分散液以静电喷雾的形式沉积在口罩熔喷层上的微图案区域和非微图案区域中面积较大的部分对应的区域。

所述微图案可以是圆形、正方形、矩形、菱形等规则图形，也可以是不规则图形。

在一些实施方案中，所述铌酸锂晶体具有凸起微图案，所述相邻两个凸起微图案的间距为200-400μm，所述凸起的高度为100-500μm。

在另一些实施方案中，所述铌酸锂晶体具有凹坑微图案，所述相邻两个凹坑微图案的间距为200-400μm，所述凹坑的深度为100-500μm。

在一些实施方案中，所述酸锂晶体具有凸起微图案，且凸起微图案的面积大于非微图案的面积，含银抗菌剂负载在凸起微图案区域。

在另一些实施方案中，所述酸锂晶体具有凸起微图案，且凸起微图案的面积小于非微图案的面积，含银抗菌剂负载在非微图案区域。

在另一些实施方案中，所述酸锂晶体具有凹坑微图案，且凹坑微图案的面积大于非微图案的面积，银抗菌剂负载在凹坑微图案区域。

在另一些实施方案中，所述酸锂晶体具有凹坑微图案，且凹坑微图案的面积小于非微图案的面积，含银抗菌剂负载在非微图案区域。

在一些实施方案中，所述口罩熔喷层为pp熔喷层。

在一些实施方案中，所述步骤s2中加热处理温度为60-80℃。

具体地，所述加热处理温度为：60℃、65℃、70℃、75℃、80℃，等。

加热处理的目的是使铌酸锂发生极化，使得微图案区域和非微图案区域中相对凸起部分带正电荷，非凸起部分带负电荷。因为pp熔喷层熔点为165℃左右，温度太高会对pp熔喷层造成一定影响，当温度为60-80℃时，既能保证含银抗菌剂分散液沉积效果好，又不会造成能量的浪费。

在本发明的实施方案中，所述步骤s3中，沉积时含银抗菌剂分散液与口罩熔喷层之间的距离为0.05-1mm，优选为0.1-1mm。

具体地，所述含银抗菌剂分散液与口罩熔喷层之间的距离为：0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm，等。

当含银抗菌剂分散液与口罩熔喷层之间的距离太近时，分散液的沉积范围太小，口罩熔喷层的抗菌效果较差；当距离太远时，分散液被极化的程度低，也会影响沉积效果。

在一些实施方案中，所述步骤s3中含银抗菌剂分散液的沉积速度为0.5-5ml/h，优选为0.5-4ml/h，沉积时间为2-5s。

具体地，所述含银抗菌剂分散液的沉积速度为0.5ml/h、1ml/h、2ml/h、3ml/h、4ml/h、5ml/h，等。

当含银抗菌剂分散液的沉积速度过快，会导致含银抗菌剂的覆盖率过大，造成原料浪费。

含银抗菌剂分散液的沉积速度主要和其极化程度有关，而极化程度与铌酸锂的加热温度以及含银抗菌剂分散液与口罩熔喷层之间的距离相关，因此，当铌酸锂的加热温度为60-80℃、含银抗菌剂分散液与口罩熔喷层之间的距离为0.05-1mm时，控制含银抗菌剂分散液的沉积速度为0.5-5ml/h时，沉积效果最佳。

在本发明中，将含银抗菌剂分散液装入注射器中，通过调节注射器的注射泵来控制含银抗菌剂分散液的沉积速度。

具体地，所述沉积时间为2s、2.5s、3s、3.5s、4s、4.5s、5s，等。

当沉积时间低于2s时，含银抗菌剂在口罩熔喷层上的覆盖率低，熔喷层抗菌效果不好，沉积时间过长又造成原料的浪费，因此合理的沉积时间为2-5s，同时控制温度在60-80℃之间。

在本发明中，对所述步骤s1中含银抗菌剂分散液的组成没有特别限制，使用安全、环保的组成即可。因为银粒子本身具有导电性，使得含银抗菌剂分散液能够被极化带电，其余组分可以根据需要添加。

在一些实施方案中，所述步骤s1中含银抗菌剂分散液包括：银粒子、分散剂、粘结剂、去离子水、润湿剂、增稠剂。

其中，银粒子是指银单质，考虑到纳米银具有优异的抗菌效果，在本发明中，优选使用银纳米粒子。

在具体实施方案中，所述步骤s1中含银抗菌剂分散液包括：银纳米粒子、分散剂、粘结剂、去离子水、润湿剂、增稠剂。

在一些实施方案中，以含银抗菌剂分散液为100重量份计，各组分的比例为：银粒子10份、分散剂1份、粘结剂2份、增稠剂和润湿剂各0.5份、去离子水86份。

具体地，所述分散剂为byklp-c2005、十八烷基三甲基氯化铵、peg(聚乙二醇)中的至少一种；所述增稠剂为羧甲基纤维素钠(cmc)、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、黄原胶、海藻酸钠中的至少一种；所述粘结剂为丁苯橡胶乳液(sbr)、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙酯、羟甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；所述润湿剂为byklp-x20990、烷基硫酸盐、吐温80、乙醇、乙二醇、丙三醇、乙酸乙酯中的至少一种。

在本发明中，可以通过改变铌酸锂晶体表面的微图案形状、微图案的面积来控制口罩熔喷层上含银抗菌剂的分布，同时，减少了含有抗菌剂的用量，且沉积时间仅需2-5s，可以有效地控制生产成本，提高生产效率，也不会影响熔喷层的透气性。

第三方面，本发明提供了一种口罩，其包含上述口罩熔喷层，或上述口罩熔喷层制备方法得到的口罩熔喷层。

本发明的有益效果在于：

(1)利用铌酸锂热释电材料极化带电性能使含银抗菌剂以静电喷雾的形式负载在口罩熔喷层上，且含银抗菌剂负载在熔喷层上的分布形状可控，操作时间短，同时，节约了银粒子的用量，可以有效地控制成本。

(2)本发明得到的口罩熔喷层抗菌效果好，不亚于浸渍、喷涂等方式，同时透气性优异。

术语定义

本发明中，当化合物的命名和结构冲突时，以化合物的结构为准。

除非明确地说明与此相反，否则，本发明引用的所有范围包括端值。

本发明使用的术语“一个”或“一种”来描述本发明所描述的要素和组分。这样做仅仅是为了方便，并且对本发明的范围提供一般性的意义。这种描述应被理解为包括一个或至少一个，并且该单数也包括复数，除非明显地另指他意。“多种”表示两种或两种以上。

本发明中的数字均为近似值，无论有否使用“大约”或“约”等字眼。数字的数值有可能会出现1％、2％、5％、7％、8％、10％等差异。每当公开一个具有n值的数字时，任何具有n+/-1％，n+/-2％，n+/-3％，n+/-5％，n+/-7％，n+/-8％或n+/-10％值的数字会被明确地公开，其中“+/-”是指加或减，并且n-10％到n+10％之间的范围也被公开。

除非另外说明，应当应用本发明所使用的下列定义。出于本发明的目的，化学元素与元素周期表cas版，和1994年第75版《化学和物理手册》一致。此外，有机化学一般原理可参考"organicchemistry",thomassorrell,universitysciencebooks,sausalito:1999,和"march'sadvancedorganicchemistry"bymichaelb.smithandjerrymarch,johnwiley&sons,newyork:2007中的描述，其全部内容通过引用并入本发明。

除非另行定义，否则本发明所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一样。尽管与本发明所描述的方法和材料类似或等同的方法和材料也可用于本发明实施方案的实施或测试中，但是下文描述了合适的方法和材料。本发明提及的所有出版物、专利申请、专利以及其他参考文献均以全文引用方式并入本发明，除非引用具体段落。如发生矛盾，以本说明书及其所包括的定义为准。此外，材料、方法和实施例仅是例示性的，并不旨在进行限制。

附图说明

图1是本发明实施例1-5的示意图；

图2是本发明实施例6-7的示意图。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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。

铌酸锂晶体ⅰ：具有凸起微图案，凸起高度为200μm，微图案为圆形，圆面积为0.0314mm²，相邻圆的间距为400μm，凸起微图案的总面积小于非微图案的面积(如图1中所示)。

铌酸锂晶体ⅱ：具有凸起微图案，凸起高度为200μm，微图案为圆形，圆面积为0.785mm²，相邻圆形的间距为200μm，凸起微图案的总面积大于非微图案的面积(如图2中所示)。

当铌酸锂晶体具有凹坑微图案时，含银抗菌剂沉积在口罩熔喷层上的原理与具有凸起微图案铌酸锂晶体的原理相同，因此，以下具体实施例中，仅以具有凸起微图案的铌酸锂晶体为代表。

口罩熔喷层：pp熔喷层，购自四川聚能滤材有限公司。

对本发明提供的一种口罩熔喷层的制备方法进一步详细说明。

所述口罩熔喷层的制备方法，具体包括以下步骤：

s1、配制含银抗菌剂分散液：将银粒子、分散剂、粘结剂、去离子水、润湿剂、增稠剂按一定比例混合均匀，装入注射器中，使注射器的注射泵为关闭状态；

s2、将具有凸起微图案或凹坑微图案的铌酸锂晶体放置在加热台上，并在铌酸锂晶体上铺一层pp口罩熔喷层，加热台保持关闭状态；将步骤s1中装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近并朝向口罩熔喷层，控制注射器与口罩熔喷层之间的距离为0.05-1mm，此时注射器的注射泵仍处于关闭状态；开启加热台电源，设置温度为60-80℃；

s3、待温度稳定后，开启注射器的注射泵，控制含银抗菌剂分散液的沉积速度为0.5-5ml/h，开始沉积，2-5s后关闭注射器的注射泵和加热台电源，得到负载含银抗菌剂的口罩熔喷层。

实施例1

(1)配制含银抗菌剂分散液：将86g去离子水、10g银纳米粒子、0.5gbyklp-x20990、1gbyklp-c2005、2gsbr以及0.5gcmc混合，500r/min搅拌6h，再超声1h，然后装入注射器中；

(2)将铌酸锂晶体ⅰ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.1mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为4ml/h，2s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

实施例2

(1)配制含银抗菌剂分散液：同实施例1；

(2)将铌酸锂晶体ⅰ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.3mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为3ml/h，3s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

实施例3

(1)配制含银抗菌剂分散液：同实施例1；

(2)将铌酸锂晶体ⅰ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.5mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为2ml/h，3s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

实施例4

(1)配制含银抗菌剂分散液：同实施例1；

(2)将铌酸锂晶体ⅰ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.7mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为1ml/h，4s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

实施例5

(1)配制含银抗菌剂分散液：同实施例1；

(2)将铌酸锂晶体ⅰ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.9mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为0.5ml/h，5s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

实施例6

(1)配制含银抗菌剂分散液：同实施例1；

(2)将铌酸锂晶体ⅱ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.5mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为1ml/h，3s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

实施例7

(1)配制含银抗菌剂分散液：同实施例1；

(2)将铌酸锂晶体ⅱ放置在加热台上，铺一层pp口罩熔喷层；

(3)将上述装有含银抗菌剂分散液的注射器靠近pp口罩熔喷层，注射器与熔喷层距离为0.6mm；

(4)开启加热台电源，加热铌酸锂晶体至70℃，待温度稳定后，开启注射器的注射泵，调节含银抗菌剂分散液的沉积速度为2ml/h，4s后关闭注射泵即得口罩熔喷层。

性能测试与评价

对实施例1-7中得到的负载含银抗菌剂的口罩熔喷层进行抑菌率和抗菌剂覆盖率测试，结果见表1。

抑菌率，按gb/t20944.3-2008的标准对金黄色葡萄球菌的抑菌率进行测试；

覆盖率，使用imagej软件对图片进行分析。

表1抑菌率和抗菌剂覆盖率测试结果

从上述实施例1-7可以看出：当口罩熔喷层的抗菌剂覆盖率为55％以上时，抑菌率达到99％以上，抑菌效果好。考虑到银的价格昂贵，为了节约银的用量，将含银抗菌剂的覆盖率控制在55-70％为最佳。