热舒适性防PM制造技术

本发明专利技术公开了一种热舒适性防PM

【技术实现步骤摘要】
热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯及其制备方法


[0001]本专利技术属于空气过滤材料
，具体涉及一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯及其制备方法。

技术介绍

[0002]空气中悬浮的颗粒物以及附着在颗粒物上的病菌严重影响到人们的日常生活和身体健康，受新冠肺炎的影响，口罩已成为人们日常生活中不可或缺的防护品。人们在追求有效过滤颗粒污染物的同时，对口罩的舒适性也提出了新的要求。
[0003]佩戴口罩产生的面部闷热感普遍存在，目前商用普通一次性口罩轻薄却不能有效防护PM
2.5
，一次性医用口罩和N95口罩防护性能好但并未考虑人体面部的热舒适性。
[0004]静电纺丝技术是制备纳米多孔聚合物纤维材料的一种简单有效的方法，具有孔径可控、易于实现功能化、操作方便等的优势，被广泛用于过滤材料中。
[0005]2017年5月，专利CN107048538A公开了一种三层复合抗菌防雾霾口罩及其制备方法，该专利通过静电纺丝法制得纳米纤维材料，之后经预氧化、碳化、再次直接电纺等处理方式获得抗菌纤维膜，且能滤杀有害菌。其过滤效率≥99％，透气率≥18cm/s，过滤阻力＜120Pa。该滤料可以实现高效过滤，杀害病菌，但未考虑人体面部闷湿感，影响人体佩戴时的舒适度。
[0006]2013年12月，专利CN104740934A公开了一种口罩用立体型静电纺丝过滤材料及其制备方法，该专利采用静电纺丝技术，将接收装置改变成贴合人体面部立体模型的金属网，所述静电纺微纳米纤维膜的纤维直径在0.2～1μm之间，立体形状与人脸部密合程度高，对PM
2.5
、PM
1.0
过滤效率达到100％，透气率≤200Pa。该专利在物理结构方面满足佩戴者的面部舒适感，但是人体面部闷热感未被考虑。
[0007]2019年10月，专利CN110660875A公开了一种利用透明中红外辐射纤维素薄膜冷却光伏组件的方法，该专利将具有红外辐射能力的透明材料嵌入到光伏组件中，使其在工作状态下可以通过大气窗口波段的热辐射，从而达到冷却光伏组件的目的，但这种零能耗的表面冷却技术未被应用于人体面部过滤器中。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是：提供一种适用于人体面部的热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯及其制备方法，主要是利用辐射冷却原理，通过静电纺丝及化学工艺等方法加工处理功能性聚合物材料，制备得到具有良好PM
2.5
过滤性和面部热舒适性的口罩滤芯材料。
[0009]该滤芯材料由可以透过人体中红外波段的聚合物纳米纤维薄膜和可以阻挡大气环境可见光波段的纳米纤维薄膜组成。其中透红外纳米纤维膜中添加了具有增透红外功能的纳米颗粒，达到辅助散失人体产生热辐射的目的，作为热舒适性口罩滤芯内层。其中阻可见光的纳米纤维膜中添加了辐射隔热颗粒，减少大气环境对人体的热辐射，作为热舒适性口罩滤芯外层。
[0010]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0011]一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯，包括靠近皮肤侧的透红外内层滤芯以及靠近环境侧的阻可见光外层滤芯，所述两层滤芯进行密集型缝合。
[0012]优选的，所述内层滤芯为添加了具有增透红外功能的纳米颗粒的纳米纤维薄膜，所述外层滤芯为添加了阻可见辐射颗粒的纳米纤维薄膜。
[0013]优选的，所述滤芯内外层的透红外聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或几种。
[0014]优选的，所述具有增透红外功能的颗粒可为氟化钙、氟化镁、氧化锌等中的一种或几种。
[0015]优选的，所述隔热纳米颗粒可为二氧化硅、二氧化钛和二氧化铬中的一种或几种，粒径为10～80nm。
[0016]优选的，所述的热舒适性滤芯具有透过人体红外辐射、阻挡大气环境可见光的功能；对人体红外波段的透过率≥85％，对可见光波段的透过率≤60％。
[0017]优选的，所述内层滤芯可以透过人体面部散发的热辐射，对人体红外透过率≥85％，从而达到散发人体辐射热的目的。
[0018]优选的，所述外层滤芯可以阻挡周围环境对人体的热辐射，所述外层滤芯对大气可见光热辐射的透过率≤60％。
[0019]优选的，所述口罩滤芯的克重为3.3～5g/m2，透湿性能0.01～0.02g/(cm
2 h)，孔隙率≥85％，平均纤维直径为0.2～1μm，对≥0.3μm颗粒的过滤效率90％～99.95％，阻力为3～200Pa，可以实现对PM
2.5
的高效过滤。
[0020]以上所述的任一种对人体面部热舒适性能的空气过滤口罩滤芯材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)配制纺丝液A：将聚合物与溶剂混合均匀，然后加入增透红外功能的颗粒，超声震荡直至颗粒分散均匀，室温搅拌后得到稳定的聚合物纺丝液A；
[0022](2)静电纺丝：首先将静电纺装置的辊轴金属极板改变为导电性能更佳的紫铜网极板，调节工艺参数，设置环境参数，将纺丝液A加到静电纺丝装置中，通过静电纺丝制备得到纳米纤维膜材料；
[0023](3)将步骤(2)制备的纳米纤维膜材料在25～35℃恒温环境中干燥，得到所述的具有透过红外性能的高效过滤口罩滤芯内层a；
[0024](4)配制纺丝液B：将聚合物与溶剂混合，室温搅拌8～10h，得到纺丝液B，注意选择纺丝液B的聚合物和溶剂与纺丝液A相同；
[0025](5)将纺丝液B加到静电纺丝装置中，经过静电纺丝得到聚合物纳米纤维膜b；
[0026](6)配制溶液C：将无机粒子M加入盐酸的水溶液中得到溶液C，将纳米纤维膜b浸泡在溶液C后使其活化2～20min，取出膜后用去离子水清洗1～3次得到纳米纤维膜c；
[0027](7)配制前驱体溶液D：将溶质N加入水中得到溶液D，将纳米纤维膜c浸泡在溶液D后放入被稀释的酸性水溶液E，然后放入超声仪中，超声4～6h后用去离子水和无水乙醇分别清洗1～3次，得到纳米纤维膜d；
[0028](8)将(7)制备的纤维膜d在60～90℃的真空环境中干燥，得到由隔热颗粒包覆的具有阻挡可见光功能的口罩滤芯外层e；
[0029](9)将滤芯内层a与滤芯外层e经过密集型缝合得到热舒适性防PM
2.5
口罩滤芯。
[0030]优选的，步骤(1)所述聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或几种；步骤(1)所述的溶剂为甲酸、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；步骤(1)所述的增透红外功能的颗粒为氟化钙、氟化镁、氧化锌中的一种或几种。
[0031]优选的，步骤(1)所述的聚合物在纺丝液中的质量浓度为12～20wt.％；具有增透红外功能的颗粒在聚合物溶液中的浓度为0.02～0.16mol/L；
[0032]优选的，步骤(3)所述的干燥时间为18～24个小时；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯，其特征在于，包括靠近皮肤侧的透红外内层滤芯以及靠近环境侧的阻可见光外层滤芯，所述两层滤芯进行密集型缝合。2.根据权利要求1所述的一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯，其特征在于，所述内层滤芯为添加了具有增透红外功能的纳米颗粒的纳米纤维薄膜，所述外层滤芯为添加了阻可见辐射颗粒的纳米纤维薄膜。3.根据权利要求1所述的一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯，其特征在于，所述内层滤芯可以透过人体面部散发的热辐射，对人体红外透过率≥85％，从而达到散发人体辐射热的目的；所述外层滤芯可以阻挡周围环境对人体的热辐射，所述外层滤芯对大气可见光热辐射的透过率≤60％。4.根据权利要求1所述的一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯，其特征在于，所述纳米纤维口罩滤芯的平均纤维直径为0.2～1μm，所述纳米纤维口罩滤芯的孔隙率≥85％，对≥0.3μm颗粒的过滤效率为90％～99.95％，阻力为3～200Pa，可以实现对PM
2.5
的高效过滤。5.一种热舒适性防PM
2.5
的纳米纤维口罩滤芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制纺丝液A：将聚合物与溶剂混合均匀，然后加入增透红外功能的颗粒，超声震荡直至颗粒分散均匀，室温搅拌后得到稳定的聚合物纺丝液A；(2)静电纺丝：首先将静电纺装置的辊轴金属极板改变为导电性能更佳的紫铜网极板，调节工艺参数，设置环境参数，将所述纺丝液A加到静电纺丝装置中，通过静电纺丝制备得到纳米纤维滤芯膜材料；(3)将步骤(2)制备的所述纳米纤维滤芯膜材料在25～35℃恒定温度环境干燥，得到所述的具有透过红外性能的高效过滤口罩滤芯内层a；(4)配制纺丝液B：将聚合物与溶剂混合，室温搅拌8～10h，得到纺丝液B，所述纺丝液B的聚合物和溶剂与步骤(1)所述纺丝液A的聚合物和溶剂相同；(5)将所述纺丝液B加到步骤(2)所述静电纺丝装置中，经过静电纺丝得到聚合物纳米纤维膜b；(6)配制溶液C：将无机粒子M加入盐酸的水溶液中得到溶液C，将所述纳米纤维膜b浸泡在所述溶液C后使其活化2～20min，取出所述纳米纤维膜b后用去离子水清...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡容容，雷杨，张立志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：