一种可指示寿命的PM2.5口罩的制作方法

本发明属于环境保护与资源综合利用
技术领域：
，特别涉及一种可指示寿命的PM2.5口罩。
背景技术：
：：近年来，雾霾问题日益严重，其中PM2.5，即空气动力学当量直径在2.5微米以下可入肺颗粒物，是造成该问题的主要污染物，它具有很大的比表面积，能吸附各种致癌物、重金属及病毒等有害物质，吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病，对生活环境和人体健康产生不可估量的不利影响。为此，PM2.5口罩(又称防霾口罩)是人们针对雾霾进行个体防护的不二选择。目前的PM2.5口罩多为一次性产品，需要时常进行更换，且成本较高，如何准确判定口罩使用寿命、确定更换频次，进而在确保口罩防护效果的同时实现口罩资源的最大化利用，成为了许多口罩使用者非常关心的问题。现在国内一般将口罩内空气中PM2.5总量超过75μg/m3时的过滤时间界定为口罩的使用寿命。如中国发明专利2013106548566公开了一种实际大气环境中评价PM2.5口罩过滤效果的装置，其包括缓冲箱，在缓冲箱中设置的PM2.5测量仪，在缓冲箱一侧壁的口罩放置口上固定口罩，在口罩放置口一侧箱体的外侧壁上设置有连接接头，连接接头的内部设置有通气口，连接接头上连接有其他传输通道，气体传输通道连接有外PM2.5测量仪，将不同口罩固定在口罩放置口上，通过外PM2.5测量仪和内PM2.5测量仪测得的数据得到待测口罩的过滤效率，同时当外PM2.5测量仪所测PM2.5浓度高于75μg/m3时即认为口罩达到其使用寿命，不再具有过滤效果。然而若采用上述方法判定口罩是否达到使用寿命过于复杂，且成本高，因此急需一种简单直观的方法判定口罩是否达到使用寿命。PM2.5口罩是利用口罩中过滤片对PM2.5颗粒吸附过滤达到净化空气的目的，口罩达到使用寿命时，过滤片中PM2.5的累积量为临界积累量M，即为失效临界点口罩内PM2.5的积累量M。为此，本发明通过颜色表征过滤片中PM2.5的累积量来界定PM2.5口罩的使用寿命。技术实现要素：：本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种便捷、准确、价廉的可指示寿命的PM2.5口罩。为了实现该目的，本发明的一种可指示寿命的PM2.5口罩。为了实现本发明的目的，本发明涉及的可指示寿命的PM2.5口罩包括挂带、口罩主体、空气阀和过滤片，挂带与口罩主体两侧边连接，过滤片固定在口罩主体内侧，空气阀固定在口罩主体上的通孔上并与口罩主体密封连接，还包括固定在空气阀中弹片外侧的以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡，或/和口罩主体外表面的PM2.5口罩寿命指示卡。本发明涉及的PM2.5口罩寿命指示卡，PM2.5口罩寿命指示卡本体上涂覆口罩过滤片内不同PM2.5积累量时口罩过滤片对应的颜色，PM2.5临界积累量为PM2.5积累量中的一种，所述PM2.5临界积累量为采用标准过滤实验测的口罩内侧空气中PM2.5浓度为75μg/m3时口罩内过滤片中PM2.5的积累量，具体为将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，当透过口罩的空气PM2.5浓度为75μg/m3时口罩内过滤片中PM2.5的积累量，在PM2.5口罩寿命指示卡上标识PM2.5临界积累量对应的口罩过滤片颜色，即临界颜色。本发明涉及的PM2.5口罩寿命指示卡本体上设有指示到达临界颜色临界线。本发明涉及的PM2.5口罩寿命指示卡的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，当透过口罩的空气PM2.5浓度为75μg/m3时，口罩内过滤片中PM2.5的积累量达到临界积累量M，记录此时的过滤时间为TM，过滤片颜色为CM；(2)将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩的时间为分别T1、T2、T3、T4、……TN或TN+1，记录每个过滤时间过滤完成后过滤片颜色C1、C2、C3、C4、……CN或CN+1，N为正整数，TN+1≥TM≥T1；(3)在PM2.5口罩寿命指示卡上依次涂覆不同颜色C1、C2、C3、C4、……CM……CN和CN+1，同时在PM2.5口罩寿命指示卡上标示临界颜色CM或/和标示指示临界颜色的临界线，该方法以进入口罩内的PM2.5浓度为口罩寿命的检测标准，经过标准化实验验证后，通过含有临界线的指示卡实现可视化显示。本发明涉及的二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡，由基底膜分别在碱性试剂和指示剂溶液中浸渍然后干燥制得，碱性试剂溶液为碳酸钠或碳酸钾溶液中的一种或混合溶液；指示剂溶液为对萘酚苯甲醇、酚酞、甲酚酞试剂溶液中的一种或多种混合溶液；基底膜采用透气性、吸水性较好的材料，例如纤维素膜或无纺布。具体地，本发明涉及的以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡干燥后碱性试剂和指示剂的含量分别为1-50mg和0.1-3mg，指示剂为对萘酚苯甲醇、酚酞、甲酚酞等试剂粉末的混合物，混合比例为对萘酚苯甲醇：酚酞：甲酚酞的质量比为1-20:0.5-5.25:0.25-3.25，指示剂的pH变色范围为8-11.5本发明涉及的以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡还包括置于基底膜一侧的透明保护膜，具体地透明保护膜为多孔二氧化硅薄膜、聚乙烯膜、聚氨酯膜或热塑性聚氨酯弹性体膜中的一种。本发明涉及的以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡的制作方法，具体包括以下步骤：(1)将基底膜纤维素膜在碱性试剂溶液中反复浸渍1-3min后干燥，直至干燥后基底膜质量增加1-50mg；(2)将步骤(1)所得的基底膜在指示剂溶液中反复浸渍干燥，直至干燥后基底膜质量增加0.1-3mg；(3)将步骤(2)所得的基底膜一侧放置透明保护膜；具体地，所述碱性试剂溶液为碳酸钠或碳酸钾溶液中的一种或混合溶液；指示剂溶液为对萘酚苯甲醇、酚酞、甲酚酞试剂溶液中的一种或多种混合溶液；所述透明保护膜为多孔二氧化硅薄膜、聚乙烯膜、聚氨酯膜或热塑性聚氨酯弹性体膜中的一种。本发明涉及的指示PM2.5口罩使用寿命的指示卡的理论基础如下：首先口罩上PM2.5积累总量＝进口罩PM2.5总量-出口罩PM2.5总量＝进(气体流速×时间×空气中PM2.5浓度)-出(气体流速×时间×空气中PM2.5浓度)≈空气中PM2.5平均浓度×吸入/呼出的空气总体积；进而，吸入/呼出的空气总体积＝口罩上PM2.5积累总量÷空气中PM2.5浓度，同理：吸入/呼出的空气临界总体积＝口罩上PM2.5临界积累总量÷空气中PM2.5浓度，所述PM2.5临界积累总量为当口罩内侧空气中PM2.5浓度为75μg/m3时口罩内过滤片中PM2.5的积累量，吸入/呼出的空气总体积为临界总体积，此时口罩达到使用寿命。口罩上PM2.5临界积累总量可以通过标准化实验测得，即将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，当透过口罩的空气PM2.5浓度为75μg/m3时口罩内过滤片中PM2.5的积累量M，通过标准试验检测并校正后得到该口罩的M值范围为0.1-1.5mg，在计算吸入/呼出的空气临界总体积时，为了确保口罩使用的有效性，将空气中PM2.5浓度定为空气质量指数中“重度污染的最大值”，即250μg/m3。此外，二氧化碳(CO2)是人在呼吸过程中呼出气体的重要组成部分，而且其在呼出空气中所占体积比例相对恒定(4％左右)，因此可以通过检测一定时间内呼出气体中的CO2总含量，来反映呼出的空气总量，即：呼出的空气总体积与呼出CO2的总量有相关性；同时CO2是一种酸性气体，在与含有碱性物质的湿润酸碱指示剂相接触时，会因为pH变化导致指示剂变色，即：呼出的CO2和水蒸气与指示剂中的碱性试剂发生反应时指示剂显示的颜色反映呼出的CO2的总量，综上分析，当口罩上呼出的空气达到临界总体积，呼出的二氧化碳达到临界体积，计算所需碱性试剂和指示剂的含量范围分别为1-50mg和0.1-3mg。本发明与现有PM2.5口罩相比，具体优势在于：(1)口罩寿命直接可视化显示；(2)两种指示卡涉及的原材料来源广泛，价格低廉，而且安全无害，环境友好；(3)寿命指示效果准确，特别是在口罩上放置两种指示卡时，准确率可以达到85％以上(我自己写的一个数值，你们可以修改)。附图说明：图1为实施例1涉及的可指示寿命的PM2.5口罩结构原理示意图。图2为实施例1涉及的PM2.5口罩寿命指示卡的结构原理示意图。图3为实施例2涉及的可指示寿命的PM2.5口罩结构原理示意图。图4为实施例1涉及的以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡的结构原理示意图。图5为实施例6涉及的可指示寿命的PM2.5口罩结构原理示意图。具体实施方式：下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1：本实施例涉及的可指示寿命的PM2.5口罩包括挂带1、口罩主体2、空气阀4、过滤片5和PM2.5口罩寿命指示卡3，用于固定的挂带1与口罩主体2两侧边连接，过滤片5固定在口罩主体2内侧，空气阀4固定在口罩主体2上的通孔上并与口罩主体2密封连接，PM2.5口罩寿命指示卡3置于口罩主体2外表面。本实施例涉及的PM2.5口罩寿命指示卡3，PM2.5口罩寿命指示卡本体6上涂覆口罩过滤片内不同PM2.5积累量时口罩过滤片对应的颜色7，PM2.5临界积累量为PM2.5积累量中的一种，所述PM2.5临界积累量为采用标准过滤实验测得的口罩内侧空气中PM2.5浓度为75μg/m3时口罩内过滤片5中PM2.5的积累量，具体为将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，当透过口罩的空气PM2.5浓度为75μg/m3时口罩内过滤片5中PM2.5的积累量，在PM2.5口罩寿命指示卡本体6上标识PM2.5临界积累量对应的口罩过滤片颜色，即临界颜色8。本实施例涉及的PM2.5口罩寿命指示卡本体6上设有指示到达临界颜色临界线9。本实施例涉及的PM2.5口罩寿命指示卡的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，当透过口罩的空气PM2.5浓度为75μg/m3时，口罩内过滤片5中PM2.5的积累量达到临界积累量M，记录此时的过滤时间为TM，过滤片颜色为CM；(2)将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩的时间为分别T1、T2、T3、T4、……TN或TN+1，记录每个过滤时间过滤完成后过滤片颜色C1、C2、C3、C4、……CN或CN+1，N为正整数，TN+1≥TM≥T1；(3)在PM2.5口罩寿命指示卡本体上依次涂覆不同颜色C1、C2、C3、C4、……CM……CN和CN+1，同时在PM2.5口罩寿命指示卡本体上标示临界颜色CM或/和标示指示临界颜色的临界线，该方法以进入口罩内的PM2.5浓度为口罩寿命的检测标准，经过标准化实验验证后，通过含有临界线的指示卡实现可视化显示。随机选择不同年龄段、不同性别的人进行具体测试实施，在北京的室外以1.5小时/天的频率连续佩戴，至滤片颜色深度恰好超过临界线时，采用标准过滤实验检测此时口罩内侧空气中PM2.5浓度C，具体为将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，口罩内侧空气中PM2.5浓度C，通过公式(1)计算准确率η：具体实验及其结果如下表所示：实施例性别年龄准确率实验1男2380.2％实验2女2478.4％实验3男3284.1％实验4女3681.2％实施例2：本实施例涉及的可指示寿命的PM2.5口罩包括挂带1、口罩主体2、空气阀4、过滤片5和以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3′，用于固定的挂带1与口罩主体2两侧边连接，过滤片5固定在口罩主体2内侧，空气阀4固定在口罩主体2上的通孔上并与口罩主体2密封连接，以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3′固定在空气阀中弹片外侧，为了便于观测指示卡的颜色变化，空气阀采用透明材料，如透明塑料。本实施例涉及的二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3，由基底膜7分别在碱性试剂和指示剂溶液中浸渍然后干燥制得，碱性试剂溶液为碳酸钠溶液，指示剂溶液为对萘酚苯甲醇、酚酞、甲酚酞试剂溶液多种混合溶液，混合比例为对萘酚苯甲醇：酚酞：甲酚酞的质量比为1:0.5:0.25；基底膜7采用透气性、吸水性较好的材料，例如纤维素膜。以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3干燥后碱性试剂和指示剂的含量分别为1mg和0.1mg，指示剂的pH变色范围为8-11.5。以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3还包括置于基底膜一侧的透明保护膜6，具体地透明保护膜6为多孔二氧化硅薄膜。本实施例涉及的以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡的制作方法，具体包括一下步骤：(1)将基底膜纤维素膜在碱性试剂溶液中反复浸渍1-3min后干燥，直至干燥后基底膜质量增加到所述重量；(2)将步骤(1)所得的基底膜在指示剂溶液中反复浸渍干燥，直至干燥后基底膜质量增加到所述重量；(3)将步骤(2)所得的基底膜一侧放置透明保护膜。实施例3：本实施例与实施例2的区别在于：以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3，由基底膜7分别在碱性试剂和指示剂溶液中浸渍然后干燥制得，碱性试剂溶液为碳酸钾溶液；指示剂溶液为对萘酚苯甲醇、酚酞、甲酚酞试剂溶液多种混合溶液，混合比例为对萘酚苯甲醇：酚酞：甲酚酞的质量比为20:5.25:3.25；基底膜7采用透气性、吸水性较好的材料，例如无纺布。以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3干燥后碱性试剂和指示剂的含量分别为50mg和3mg，透明保护膜6为聚氨酯膜。实施例4：本实施例与实施例2的区别在于：以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3，由基底膜7分别在碱性试剂和指示剂溶液中浸渍然后干燥制得，指示剂溶液为对萘酚苯甲醇溶液；以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3干燥后碱性试剂和指示剂的含量分别为25mg和1.5mg。以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3还包括至于基底膜一侧的透明保护膜6，具体地透明保护膜6为热塑性聚氨酯弹性体膜。实施例5：本实施例与实施例2的区别在于：以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3，由基底膜7分别在碱性试剂和指示剂溶液中浸渍然后干燥制得，指示剂溶液为对萘酚苯甲醇、酚酞、甲酚酞试剂溶液中的一种或多种混合溶液，混合比例为对萘酚苯甲醇：酚酞：甲酚酞的质量比为15:3.25:1.25，基底膜7采用透气性、吸水性较好的材料，例如纤维素膜。以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3干燥后碱性试剂和指示剂的含量分别为10mg和0.8mg。透明保护膜6为聚乙烯膜。随机选择不同年龄段、不同性别的人对实施例2-5制备的膜做具体测试，在北京的室外以1.5小时/天的频率连续佩戴，至指示卡恰好变色时，采用标准过滤实验检测此时口罩内侧空气中PM2.5浓度C，具体为将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，口罩内侧空气中PM2.5浓度C，通过公式(1)计算准确率η：具体实验结果如下表所示：实施例性别年龄准确率实施例2男1581.3％实施例3女2380.4％实施例4男4579.1％实施例5女3984.4％实施例6：本实施例涉及的可指示寿命的PM2.5口罩包括挂带1、口罩主体2、空气阀4、过滤片5、以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3′和PM2.5口罩寿命指示卡3，用于固定的挂带1与口罩主体2两侧边连接，过滤片5固定在口罩主体2内侧，空气阀4固定在口罩主体2上的通孔9上并与口罩主体2密封连接，以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3′固定在空气阀4中弹片外侧，PM2.5口罩寿命指示卡3置于口罩主体2外表面，以二氧化碳为指示物的PM2.5口罩寿命指示卡3和PM2.5口罩寿命指示卡3′制备方法具体如实施例1和实施例1，为了便于观测指示卡的颜色变化，空气阀4采用透明材料，如透明塑料。随机选择不同年龄段、不同性别的人进行具体测试实施，在北京的室外以1.5小时/天的频率连续佩戴，至指示卡恰好变色时，采用标准过滤实验检测此时口罩内侧空气中PM2.5浓度C，具体为将PM2.5浓度为150-250μg/m3的空气持续稳定通过口罩，口罩内侧空气中PM2.5浓度C，通过公式(1)计算准确率η：具体实验结果如下表所示：实验性别年龄准确率实验9男1684.3％实验10女2382.7％实验11男4588.1％实验12女3987.4％当前第1页1 2 3