抗菌防护材料、抗菌防护罩及抗菌防护材料的制备方法与流程

本发明涉及防护领域，尤其涉及一种抗菌防护材料、抗菌防护罩及抗菌防护材料的制备方法。

背景技术：

口罩作为个人防护的必备用品，为降低细菌病毒传播对人体健康的影响起着关键作用。

然而传统口罩为物理隔离作用，对细菌病毒不具有普适性杀灭功能，从而导致了各类细菌病毒在口罩外层大量聚集。同时，现有市面上的口罩使用时效一般不超过4小时，需要定时更换，特别是在车站、医院、办公楼等人群密集等场所，细菌病毒浓度高、种类多，导致口罩更换频率更加频繁。因此，传统口罩具有使用时效短，不能有效灭杀各类细菌病毒的缺点，并且各类细菌病毒容易在口罩上聚集，口罩废弃后反而成为二次污染源。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种抗菌防护材料，旨在解决现有抗菌材料不具有普适性灭菌功能的技术问题。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种抗菌防护材料，包括：基材以及负载在所述基材上的光催化抗菌负载层，所述光催化抗菌负载层包括纳米非金属光催化材料和水性粘结剂。

可选地，所述基材选自棉布、无纺布、化纤、纸、棉质纤维、纱布、无碱玻璃纤维中的一种或更多种。

可选地，所述纳米非金属光催化材料选自c3n4、c3n4复合改性材料、金属或非金属掺杂的c3n4、铋系氧化物中的一种或更多种。

可选地，所述c3n4复合改性材料选自tio2/c3n4、聚苯胺/c3n4、石墨烯/c3n4、还原氧化石墨烯/c3n4、sio2/c3n4、biocl/c3n4、biobr/c3n4、fe3o4/c3n4、zno/c3n4、go/c3n4中的一种或更多种。

可选地，所述金属或非金属掺杂的c3n4的掺杂元素选自c、s、o、n、k、na、fe、cu、ag、au、pt、pd、ru、rh、os、ir中的一种或更多种。

可选地，所述铋系氧化物选自bi2o3、biocl、(bio)2co3、biobr、bioi中的一种或更多种。

可选地，所述水性粘结剂选自聚乙烯醇水性粘结剂、丙烯酸水性粘结剂、聚氨酯水性粘结剂、环氧水性粘结剂、硅溶胶水性粘结剂或硅酸盐水性粘结剂中的一种或更多种。

可选地，所述纳米非金属光催化剂与所述水性粘结剂的质量配比为1:(0.5-5)。

本发明另一方面提供一种抗菌防护罩，包括基础层以及至少一层如上述任一项所述的抗菌防护材料。

本发明再一方面提供一种抗菌防护材料的制备方法，包括：

于水性溶剂中混合上述任一项所述的纳米非金属光催化剂和水性粘结剂，搅拌得到光催化溶液；

将基材浸泡于溶液中，以使所述纳米非金属催化剂和所述水性粘结剂均匀负载于基材中；

将溶液喷涂于基材表面，干燥后形成抗菌防护材料。

本发明提供的抗菌防护材料，包括基材以及负载在基材表面的光催化抗菌负载层，光催化抗菌负载层包含纳米非金属光催化材料和水性粘结剂。光催化抗菌负载层使得抗菌防护材料具有光催化普适性抗菌抗病毒的特性，且在灭菌过程中无毒副产物产生，整个使用过程安全环保、对人体和环境无害。利用该材料制作的防护用具具有使用时效长、可循化利用、对病毒具有普适性杀灭功能和无二次污染的特点，满足了个人抗菌抗病毒的防护需求，有利于人体安全防护和环境保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的抗菌防护材料制备方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的抗菌防护罩的抗菌机理示意图；

图3是本发明实施例提供的抗菌防护材料的24小时灭活率对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提供的一种抗菌防护材料，包括：基材以及负载在基材表面的光催化抗菌负载层。光催化抗菌负载层包含纳米非金属光催化材料和水性粘结剂，赋予了光催化抗菌负载层抗菌抗病毒的功能。延长抗菌防护材料的使用时效，减少更换频率、解决丢弃回收的问题。

本发明实施例提供的基材选自棉布、无纺布、化纤、纸、棉质纤维、纱布、无碱玻璃纤维中的一种或更多种。上述基材原料易得，且制作工艺简单。

传统的光催化材料为金属氧化物，例如tio2。其只在紫外光下具有光催化活性，催化活性和太阳能利用率不高(紫外线只占太阳光能量的4％左右)。而且，金属ti元素还增加了金属污染的可能性。为此，本发明选用在可见光下具有高效光催化活性，且提供良好、稳定的抗病毒和细菌能力的纳米非金属光催化材料，例如g相结构的c3n4。

本发明实施例使用的纳米非金属光催化材料，使得抗菌防护材料的使用条件更加温和，不仅在太阳光条件下，而且在普通灯光照射下也可以通过光催化技术实现抗菌防护材料上细菌病毒的灭杀功能。白天的太阳光和晚上的照明灯光均能满足抗菌防护材料的抗菌要求，从而实现24小时杀灭细菌病毒目的。

在一例实施例中，纳米非金属光催化剂选自c3n4、c3n4复合改性材料、金属或非金属掺杂的c3n4、铋系氧化物中的一种或更多种。所具有强氧化功能，不仅可以杀灭细菌和病毒，也可以净化常见气体污染物。此外，在可见光条件下c3n4所具有的强氧化功能，不仅可以杀灭细菌和病毒，也可以净化常见气体污染物。

在一例实施例中，c3n4复合改性材料选自tio2/c3n4、聚苯胺/c3n4、石墨烯/c3n4、还原氧化石墨烯/c3n4、sio2/c3n4、biocl/c3n4、biobr/c3n4、fe3o4/c3n4、zno/c3n4、go/c3n4中的一种或更多种。复合改性材料形成的介孔结构，使得g相结构的c3n4比表面积增加，电子捕捉位点增多，光生电子-空穴对复合变慢。介孔结构能够克服结构改变带来带隙略微增加的影响，达到提高光催化性能效果。

在一例实施例中，金属或非金属掺杂的c3n4的掺杂元素选自c、s、o、n、k、na、fe、cu、ag、au、pt、pd、ru、rh、os、ir中的一种或更多种。非金属元素掺杂的原理是非金属杂原子替代了g相结构的c3n4中的c、h、n元素，从而形成晶格缺陷促使光生电子-空穴对的分离、电子电势重新分配、氧化还原点分离，从而达到提高光催化活性的目的。o和s等的掺杂能够有效地提高c3n4的光催化活性。

在一例实施例中，铋系氧化物选自bi2o3、biocl、(bio)2co3、biobr、bioi中的一种或更多种。铋系氧化物电子结构独特，价带由bi-6s和o-2p轨道杂化而成，这种独特的结构使其在可见光范围内有较陡峭的吸收边，阴阳离子间的反键作用更有利于空穴的形成与流动，使得光催化反应更容易进行。

在一例实施例中，水性粘结剂选自聚乙烯醇水性粘结剂、丙烯酸水性粘结剂、聚氨酯水性粘结剂、环氧水性粘结剂、硅溶胶水性粘结剂或硅酸盐水性粘结剂中的一种或更多种。水性粘结剂具有很高的粘合强度，优良的耐水、耐候性能，可使光催化材料更好的负载在基材上。

在一例实施例中，硅酸盐水性粘结剂为硅酸钠、硅酸钙、硅酸钾、硅酸镁、硅酸铝、石棉、黏土等。具有良好的可注性，配制方便，价格低廉以及环境友好等优点

在一例实施例中，纳米非金属光催化材料与水性粘结剂的质量配比为1:(0.5-5)，以保证混合得到的光催化溶液浓度适中，使最终制得的抗菌防护材料有较好的抗菌效果。

如图2所示，本发明实施例还提供一种抗菌防护罩，包括基础层1以及至少一层如上述任一项的抗菌防护材料1，基础层2包括熔喷层和亲肤层。与传统的防护罩相比，本发明提供的抗菌防护罩与光催化材料结合，为护罩提供抗菌抗病毒的功能，延长了使用时效，减少了更换频率高和丢弃回收的问题，同时满足抗菌抗病毒、循环使和环保的需求。

如图1所示，本发明还提供一种抗菌防护材料的制备方法，包括：

步骤s101、于水性溶剂中混合纳米非金属光催化材料和水性粘结剂，混合搅拌，得到光催化溶液；

步骤s102、将基材浸泡于溶液中，以使光催化溶液均匀负载于基材中；

步骤s103、将溶液喷涂于基材表面，干燥后形成抗菌防护材料。

在一个实施例中，上述步骤s101中的溶液为与光催化材料等质量的去离子水或无水乙醇。搅拌的方式为球磨搅拌速率为800-7500r/min的球磨搅拌，超声频率为40-80hz的超声搅拌，磁力搅拌速率为500-1500r/min磁力搅拌，其中搅拌时间为1-6小时。步骤s101使得光溶解于溶剂中催化材料能够并与水性粘结剂混合得到光催化溶液。

在一个实施例中，步骤s102和步骤s103中浸泡和喷涂的次数采用二浸二喷的原则进行，每次浸泡的时间为1-10分钟。二浸二喷的方式使得基材能够更好的负载上光催化溶液。

在一个实施例中，步骤s103的基材在温度范围为20℃-80℃的环境下干燥6-24小时，的喷涂方式采用的是雾化气喷，以促使光催化溶液均匀负载于基材中和均匀分布在基材表面，形成抗菌防护材料。

实施例1：

1)按质量比为1:1的比例称取sio2/c3n4材料和硅酸钠并加入到与sio2/c3n4等质量的无水酒精溶剂中，采用超声频率60hz的超声搅拌搅拌2小时，得到光催化溶液；

2)选用纺粘无纺布为基材，将纺粘无纺布浸泡在光催化溶液中5分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在室温下干燥24小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例2：

1)按质量比为1:5的比例称取sio2/c3n4材料和硅酸钠并加入到与sio2/c3n4等质量的无水酒精溶剂中，采用超声频率60hz的超声搅拌搅拌2小时，得到光催化溶液；

2)选用纺粘无纺布为基材，将纺粘无纺布浸泡在光催化溶液中5分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在室温下干燥24小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例3：

1)按质量比为1:2的比例称取超薄c3n4材料和酸性硅溶胶并加入到与超薄c3n4等质量的去离子水溶剂中，采用搅拌速率为3000r/min的球磨搅拌搅拌1小时，得到光催化溶液；

2)选用棉质纤维为基材，将棉质纤维浸泡在光催化溶液中2分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在60℃烘箱中干燥12小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例4：

1)按质量比为1:5的比例称取超薄c3n4材料和酸性硅溶胶并加入到与超薄c3n4等质量的去离子水溶剂中，采用搅拌速率为3000r/min的球磨搅拌搅拌1小时，得到光催化溶液；

2)选用棉质纤维为基材，将棉质纤维浸泡在光催化溶液中2分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在60℃烘箱中干燥12小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例5：

1)按质量比为1:0.5的比例称取go/c3n4材料和中性硅溶胶并加入到与go/c3n4材料等质量的去离子水溶剂中，采用搅拌速率为800r/min的磁力搅拌搅拌1.5小时，得到光催化溶液；

2)选用纱布为基材，将纱布浸泡在光催化溶液中10分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在60℃烘箱中干燥6小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例6：

1)按质量比为1:3的比例称取go/c3n4材料和中性硅溶胶并加入到与go/c3n4材料等质量的去离子水溶剂中，采用搅拌速率为800r/min的磁力搅拌搅拌1.5小时，得到光催化溶液；

2)选用纱布为基材，将纱布浸泡在光催化溶液中10分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在60℃烘箱中干燥6小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例7：

1)按质量比为1:1.2的比例称取sio2/c3n4材料和硅酸钠并加入到与sio2/c3n4等质量的无水酒精溶剂中，采用超声频率60hz的超声搅拌搅拌2小时，得到光催化溶液；

2)选用纺粘无纺布为基材，将纺粘无纺布浸泡在光催化溶液中5分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在室温下干燥24小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

实施例8：

1)按质量比为1:1.5的比例称取go/c3n4材料和中性硅溶胶并加入到与go/c3n4材料等质量的去离子水溶剂中，采用搅拌速率为800r/min的磁力搅拌搅拌1.5小时，得到光催化溶液；

2)选用纱布为基材，将纱布浸泡在光催化溶液中10分钟；

3)将溶液喷涂于基材表面，在60℃烘箱中干燥6小时形成抗菌防护材料。

本发明实施例提供的抗菌防护材料制成的防护罩具有对细菌病毒普适性杀灭功能、抗菌性能持久等优势，由该抗菌防护材料制成的防护用具可循环使用，可避免二次污染对环境的影响。

参照图3，图3为光催化材料对各种细菌病毒的抗菌灭活率，纵轴为光催化材料24小时的抗菌率或灭活率，横轴表示细菌的类型。24小时内的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率分别为85％和95％，对于ms2噬菌体、乙型肝炎病毒、流感病毒的灭菌率分别为87％、95％和95％。此外，光催化材料在杀灭细菌病毒过程中，材料不发生变化，氧化过程持久，无毒副产物产生，整个使用过程安全环保、对人体和环境无害。可见，利用光催化材料制成的抗菌防护材料亦具有很好地抗菌效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。