本发明属于新材料加工技术领域，具体涉及一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片及其制备方法。
背景技术：
随着人们环保理念和自我保护意识的逐渐增强，防护型口罩的消费量也越来越大。据有关资料报道，2011年我国口罩的实际消费量为10亿只，2012年增长到12.5亿只，2013年口罩的实际消费量增长到15亿只。2018年全国口罩消费量已经达到38亿只，销售额实现了53亿元。而且当年出口量为15亿只，口罩生产企业达到了一千多家。无论是口罩消费量和出口数量的增长，还是口罩生产企业数量的增多，都呈现出了良好的发展势头。在国内市场上，防护型口罩质量千差万别，虽然我们有了新的国家标准，但是与国外进口防护型口罩相比较，功能防护性相差甚远。人们宁愿花高价购买进口防护型口罩，也不愿意购买低价的国产防护型口罩，其中重要的原因还是国产防护型口罩防护功能较差，为了解决防护型口罩存在的技术问题，我们发明了一种通用便捷式口罩用“纳米智能芯片”，不仅科学合理地解决了现有防护口罩存在的技术问题，而且增强了多功能性，使原来的防护型口罩又多了一道防护屏障，对人体健康和防止疾病感染有了根本的保证。与国内外市场上现有的口罩芯片相比较，现有口罩芯片一般是采用活性炭粉、活性炭毡和静电过滤棉作芯层，吸附功能主要是物理吸附。杀菌消毒只能依靠外包覆层纺粘熔喷非织造布来完成。
技术实现要素：
本发明的目的是为了有效地解决现有防护型口罩防护功能性较差的技术问题，同时克服由于人脸型不同所造成的“气体短路”现象，本发明提出了一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片及其制备方法，以静电纺静电网为载体，将改性纳米粉体材料均匀地涂敷在静电纺静电网上作为纳米智能芯片的芯层，然后用超细纤维纺粘熔喷非织造布做芯层两侧的包覆层，采用超声波热熔复合制成纳米智能芯片，再采用压辊复合机将环保无味不干胶条复合在纳米智能芯片上，最后冲压成型，便制得通用便捷式口罩用纳米智能芯片。
为实现上述目的，本发明提出了一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片，其特征在于，其为层状结构，中间层为芯层，芯层的两侧设置有包覆层，芯层为载有改性纳米粉体材料的静电纺静电网，包覆层为超细纤维纺粘熔喷非织造布，于包覆层外部设置有环保无味不干胶条，环保无味不干胶条的外部设置有防护膜。
所述改性纳米粉体材料的粒径范围为50nm～300nm，含水量低于1.5％，改性纳米粉体材料的原料由混合纳米粉体材料及铝酸酯偶联剂组成，混合纳米粉体材料由质量分数为0.5％～2.5％的纳米级二氧化钛粉体及97.5％～99.5％的纳米级二氧化硅粉体构成，铝酸酯偶联剂质量为混合纳米粉体材料总量的0.5％～2.0％。
所述静电纺静电网原料为聚丙烯驻极体网，静电纺静电网克重范围10克/平方米～30克/平方米，空气阻力小于0.5pa。
所述超细纤维纺粘熔喷非织造布采用聚丙烯为原料通过纺粘熔喷法加工而成。
所述超细纤维纺粘熔喷非织造布的克重范围10克/平方米～30克/平方米，纤维细度范围为0.1d～1.5d，空气阻力小于3.0pa。
所述环保无味不干胶条的宽度范围为5mm～8mm。
本发明还提出了一种制备所述的通用便捷式口罩用纳米智能芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、制备改性纳米粉体材料：
首先称取质量分数为0.5％～2.5％的纳米级二氧化钛粉体，然后再称取97.5％～99.5％的纳米级二氧化硅粉体，将纳米级二氧化钛粉体和纳米级二氧化硅粉体放入低速混合机中，以150转/分～300转/分，低速混合15分钟～20分钟，得到混合纳米级粉体材料，向混合纳米级粉体材料中加入铝酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂的加入量为混合纳米级粉体材料总量的0.5％～2.0％，再以1500转/分～1800转/分，高速混合5分钟～10分钟，在离心力和机械力的综合作用下，在混合纳米粉体材料表面形成一层包覆膜，得到改性纳米粉体材料；
步骤二、制备芯层：
将规定幅宽的静电纺静电网退卷，然后在其上方以雾状喷洒环保无味胶水，环保无味胶水浓度为0.01％～0.05％，利用撒粉机，将改性纳米粉体材料均匀地撒在含有环保无味胶水的静电纺静电网载体上，撒粉量控制在15克/平方米～50克/平方米，载有环保无味胶水和改性纳米粉体材料的静电纺静电网，通过烘干机使环保无味胶水中的水分蒸发掉，然后按照规定幅宽分切成卷，便得到纳米智能芯片的芯层；
步骤三、制备通用便捷式口罩用纳米智能芯片：
首先将规定幅宽和克重的超细纤维纺粘熔喷非织造布、步骤二制得的芯层及环保无味不干胶条卷装按照复合工艺的要求，分别装在复合机退卷架上，超细纤维纺粘熔喷非织造布及芯层同时退卷，然后通过超声波热熔机，使超细纤维纺粘熔喷非织造布及芯层热熔复合在一起，最后环保无味不干胶条退卷，环保无味不干胶条退卷厚通过滚动模具冲压机压辊复合，制得规定尺寸的通用便捷式口罩用纳米智能芯片。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出了一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片及其制备方法，以静电纺静电网为载体，将改性纳米粉体材料均匀地涂敷在静电纺静电网上作为纳米智能芯片的芯层，然后用超细纤维纺粘熔喷非织造布做芯层两侧的包覆层，采用超声波热熔复合制成纳米智能芯片，再采用压辊复合机将环保无味不干胶条复合在纳米智能芯片上，最后冲压成型，便制得通用便捷式口罩用纳米智能芯片，将该纳米智能芯片粘贴在在防护型口罩内表面，由于纳米智能芯片的超强超高效吸附作用，不仅彻底解决了防护型口罩防护功能性较差的关键性技术问题，而且，解决了防护口罩佩戴时的“气体短路现象”(雾霾空气从口罩与脸部缝隙进入呼吸系统)，并克服了冬天佩戴口罩时眼镜上霜问题。
具体实施方式
本发明提出的一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片，其为层状结构，中间层为芯层，芯层的两侧设置有包覆层，芯层为载有改性纳米粉体材料的静电纺静电网，包覆层为超细纤维纺粘熔喷非织造布，于包覆层上设置有环保无味不干胶条，环保无味不干胶条的外部设置有防护膜，其中改性纳米粉体材料的粒径范围为50nm～300nm，含水量低于1.5％，改性纳米粉体材料的撒粉量为15克/平方米～50克/平方米，改性纳米粉体材料的原料由混合纳米粉体材料及铝酸酯偶联剂组成，混合纳米粉体材料由质量分数为0.5％～2.5％的纳米级二氧化钛粉体及97.5％～99.5％的纳米级二氧化硅粉体构成，铝酸酯偶联剂质量为混合纳米级粉体材料总量0.5％～2.0％；静电纺静电网原料为聚丙烯驻极体网，静电纺静电网克重范围10克/平方米～30克/平方米，空气阻力小于0.5pa，超细纤维纺粘熔喷非织造布的克重范围10克/平方米～30克/平方米，纤维细度范围为0.1d～1.5d，空气阻力小于3.0pa，环保无味不干胶条的宽度范围为5mm～8mm。
本发明提出的一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、制备改性纳米粉体材料：
首先称取质量分数为0.5％～2.5％的纳米级二氧化钛粉体，然后再称取97.5％～99.5％的纳米级二氧化硅粉体，将纳米级二氧化钛粉体和纳米级二氧化硅粉体放入低速混合机中，以150转/分～300转/分，低速混合15分钟～20分钟。在此过程中，纳米级多微孔、大比表面积的二氧化硅，起到了一种载体作用。无毒无味的纳米级二氧化钛，催化活性极高，稳定性非常好。通过吸附和表面富聚，极大地提高了纳米级二氧化钛的浓度，加速了光催化反应速度。纳米级二氧化钛吸附在纳米级二氧化硅载体上，不仅使纳米级二氧化硅实现了原位再生，而且极大地激活了纳米级二氧化硅分子内部的大量羟基和氢键，使其化学吸附能力急剧增强；同时也使纳米级二氧化硅的多微孔吸附能力大大增强，从而达到了活性炭吸附能力的500～600倍。在混合好的纳米级粉体材料中，加入混合纳米级粉体材料总量0.5％～2.0％的铝酸酯偶联剂，再以1500转/分～1800转/分；高速混合5分钟～10分钟，在离心力和机械力的综合作用下，在混合纳米粉体材料表面形成一层薄薄的包覆膜。从而，克服了混合纳米粉体材料易于团聚的技术难题，改善了混合纳米粉体材料的分散性，然后自然冷却20分钟～30分钟，就形成了本发明所需的改性纳米粉体材料，以便均匀地撒在静电纺静电网载体上；
步骤二、制备芯层：
将规定幅宽的静电纺静电网退卷，然后在其上方以雾状喷洒环保无味胶水，环保无味胶水浓度为0.01％～0.05％，利用撒粉机，将改性纳米粉体材料均匀地撒在含有环保无味胶水的静电纺静电网载体上，撒粉量控制在15克/平方米～50克/平方米；载有环保无味胶水和改性纳米粉体材料的静电纺静电网，通过烘干机使环保无味胶水中的水分蒸发掉，然后按照规定幅宽分切成卷，便得到纳米智能芯片的芯层，这种纳米智能芯片的芯层集纳米材料的多微孔物理吸附、化学吸附和静电吸附于一体，是一种超高效的吸附过滤材料；
本发明中的静电纺静电网是采用高压静电场，使高聚物纺丝液体，在高压静电场作用下，使液体高分子聚合物雾化喷射纺丝。注射器针头处的纺丝液滴会由球形变成圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端逐渐延展得到纤维细丝。这种工艺生产出来的纤维直径可以达到纳米级。高分子聚合物纺丝液体是由计量泵通过计量器提供给注射器，注射器前端是一个毛细管泰勒锥；高压静电场是由高压静电源提供，在高压电场的作用下，使高聚物纺丝液雾化喷射纺丝，最后由接收装置将纳米级纤维形成静电网。由于高压静电纺丝生产工艺的特殊性，使得静电纺静电网具有孔径小，孔隙率高，比表面大，静电吸附能力强，具有极强的杀菌消毒作用和抑制细菌繁殖功能。
步骤三、制备通用便捷式口罩用纳米智能芯片
首先将规定幅宽和克重的超细纤维纺粘熔喷非织造布、纳米智能芯片芯层和环保无味不干胶条卷装按照复合工艺的要求，分别装在复合机退卷架上，超细纤维纺粘熔喷非织造布及纳米智能芯片芯层同时退卷，通过超声波热熔机，超声波产生集聚热量，使超细纤维纺粘熔喷非织造布及纳米智能芯片芯层热熔复合在一起，形成一体材料，环保无味不干胶条退卷，然后通过滚动模具冲压机压辊复合，制得规定尺寸的通用便捷式口罩用纳米智能芯片。
本发明了提出的一种通用便捷式口罩用纳米智能芯片及其制备方法，利用改性纳米粉体材料的多功能性，尤其是它的超强物理吸附和化学吸附功能，同时利用静电纺静电网作为载体，制成智能芯片的芯层。芯层两侧设置有包覆层，包覆层采用超细纤维纺粘熔喷非织造布，也具有一定的静电功能，同时柔软透气舒适，对各种超微细粉尘颗粒(直径在0.30um～1.00um)、病毒细菌和各种有害气体，也具有一定的阻隔和吸附能力。改性纳米粉体材料、静电纺静电网和超细纤维纺粘熔喷非织造布的综合作用，使通用便捷式口罩用纳米智能芯片产品具有了一种多功能性，实现了智能化，弥补了现有口罩防护性功能较差的技术缺欠，对人体健康和防止疾病传染，真正得到了技术保障。有了这种纳米智能芯片，佩戴口罩时起到绝对的保护作用，这是环保理念和自我保护意识逐渐提高的必然需求。因为改性纳米粉体材料的多微孔性，对雾霾空气中的有毒有害气体具有超强物理吸附能力，是活性炭吸附能力的500倍～600倍。改性纳米粉体材料的分子结构内部含有大量的活性羟基，是一种极强的官能团，对超微细粉尘颗粒物及其他有毒有害气体，具有超强的化学吸附功能。改性纳米粉体材料的化学吸附和物理吸附综合作用的结果，形成了一种超强超高效的吸附作用。同时，改性纳米粉体材料还能够持续不断地释放负氧离子，杀菌消毒，抑制细菌繁殖，净化空气，保持空气清新，吸甲醛能力强，而且持久性好。使通用便捷式口罩用纳米智能芯片具有了智能化。静电网具有较大的静电场，在静电电荷和静电场库仑力的共同作用下，静电纺静电网具有极强的静电吸附功能。静电纺静电网表面带有大量的负电荷，空气中超微细粉尘颗粒物多数带有正电荷，特别容易被静电网吸附和捕获。空气中带有负电荷或呈中性的超微细粉尘颗粒物，在静电纺静电网库仑力的作用下逐渐被极化，也会被静电纺静电网逐渐吸附和捕获。静电纺静电网静电吸附作用，不仅能够吸附和捕获空气中大量的超微细粉尘颗粒物，同时，静电纺静电网的极强静电场还能够杀菌消毒，抑制细菌繁殖，控制空气二次污染，对空气中各种有毒有害气体的杀菌消毒能力可以达到90％。将多功能改性纳米粉体材料涂敷在静电网上，就使静电纺静电网如虎添翼，功能性更强，杀菌消毒能力可以高达95％以上，抑制细菌繁殖能力达到85％以上。改性纳米粉体材料的物理吸附能力和化学吸附能力，静电纺静电网的静电吸附能力，三者综合作用的结果，形成了一种超强超高效的高科技新材料。纳米智能芯片的外包覆层是一种超细纤维纺粘熔喷非织造布，是由聚丙烯材料制成，也是一种静电材料，对各种超微细粉尘颗粒物(0.03um～0.10um)和有毒有害污染气体，也有一定的阻隔过滤净化效果，因此以改性纳米粉体材料、静电纺静电网与超细纤维纺粘熔喷非织造布复合制成的纳米智能芯片，集静电吸附、物理吸附和化学吸附于一体，是目前市场上任何一种净化材料所无法比拟的。纳米智能芯片就如同一道天然的屏障，使防护型口罩功能性大大提高，起到真正的防护保障功能作用。使防护型口罩彻底解决了功能性差的关键性技术问题，也克服了口罩的“气体短路”现象，会使人们真正认识到佩戴防护口罩的必要性和安全可靠性。
通用便捷式口罩用纳米智能芯片，其为层状结构，中间层为芯层，芯层的两侧设置有包覆层，芯层是采用静电纺静电网为载体，将改性纳米粉体材料均匀地粘附在静电纺静电网上。静电纺静电网本身就是一种带有静电场的超级过滤材料，强大的静电场具有极强的静电吸附作用和杀菌消毒功能，对雾霾空气中微细粉尘颗粒物pm2.5过滤效率100％，对雾霾空气中超微细粉尘颗粒物(直径在0.30～1.00um)的过滤效率也能够达到90％以上，对空气中有毒有害气体杀菌消毒效率90％。改性纳米粉体材料是一种多微孔物质，具有非常强的物理吸附功能和化学吸附功能，其物理吸附能力是活性炭的500～600倍。同时，改性纳米粉体材料的分子结构内部含有大量的活性羟基，这种活性羟基是一种极强的官能团，对空气中超微细粉尘颗粒物和有毒有害气体具有极强的化学吸附功能。改性纳米粉体材料的物理吸附功能和化学吸附功能的综合作用，形成了一种超强超高效吸附能力，所以被广泛地应用于净化科技领域。这种具有超强吸附能力的改性纳米粉体材料与静电纺静电网复合在一起，形成了一种超强超高效的吸附效果，这是物理吸附、化学吸附和静电吸附的综合作用结果。同时，是静电材料应用研究与纳米材料应用研究的完美结合，两种学科的跨界组合，形成了一种高科技新材料。芯层两侧的包覆层采用超细纤维纺粘熔喷非织造布，超细纤维纺粘熔喷非织造布采用聚丙烯为原料加工而成，不仅比重小，静电性强，对空气中的超微细粉尘颗粒物也具有一定的阻隔过滤效果，同时对有毒有害气体也具有一定的杀菌消毒功能。由改性纳米粉体材料、静电纺静电网、超细纤维纺粘熔喷非织造布复合制成的纳米智能芯片，对超微细粉尘颗粒物(直径在0.30um～1.00um)的阻隔过滤效率高达95％以上，对pm2.5粉尘颗粒物的阻隔过滤效率100％。对空气中有毒有害气体的杀菌消毒能力高达95％以上，同时具有抑制细菌繁殖功能，抑制细菌繁殖能力可达到85％以上；还能够持续不断地释放负氧离子，净化空气，佩戴柔软透气舒适；对甲醛的吸附能力高达96％，超过国家标准规定值20％以上；而且能够逐渐使甲醛分解成水和二氧化碳，吸甲醛的持久性接近90％，超过国家标准规定值接近30％(详见国家建筑材料测试中心检测报告)。通用便捷式纳米智能芯片,使用非常方便，揭开环保无味不干胶条防护膜，直接就可以粘贴在各种不同材质和形状的口罩内表面上，粘贴到任何一种口罩内侧，都不影响佩戴的舒适性和透气性，因为，通用便捷式纳米智能芯片空气阻力只有3pa～5pa。而且贴附性特别好，无论什么材质口罩，什么形状的口罩，都能够贴合成一体，所以说，是一种通用便捷式纳米智能芯片。通用便捷式口罩用纳米智能芯片使得防护口罩的功能性大大提高，对人体的保护作用进一步增强，也是提高空气质量，减少空气污染，控制有毒有害气体传播的有效途径，对保护空气环境质量和人类身体健康意义是非常重大的。
将通用便捷式口罩用纳米智能芯片，粘贴在在防护型口罩内表面，由于纳米智能芯片的超强超高效吸附作用，不仅彻底解决了防护型口罩防护功能性较差的关键性技术问题，而且，解决了防护口罩佩戴时的“气体短路现象”(雾霾空气从口罩与脸部缝隙进入呼吸系统)，并克服了冬天佩戴口罩时眼镜上霜问题。所以，通用便捷式口罩用纳米智能芯片，将会受到所有医护人员和广大消费者的普遍认可，使佩戴者更加放心安全，使人们充分认识到佩戴防护口罩的必要性和安全可靠性。因此说，这种一种高科技的新材料，未来的应用市场潜力巨大，发展前景广阔，对保护人类健康的贡献意义非常重大。它将激活防护口罩的消费市场，提高市场竞争力和生命力，使口罩行业产生颠覆性变化，口罩的需求量将会出现前所未有的良好局面。