一种防PM2.5的铜纳米线口罩及其制备方法

技术领域

本发明属于卫生保健用品技术领域，涉及一种防PM2.5的铜纳米线口罩，本发明还涉及该种防PM2.5的铜纳米线口罩的制备方法。

背景技术

大气污染是我国公共卫生领域的一项重大挑战。细颗粒物(PM2.5)作为大气颗粒物中的主要污染成分,与心血管疾病的发生发展密切相关。虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，细颗粒物粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。研究表明，颗粒越小对人体健康的危害越大。细颗粒物能飘到较远的地方，因此影响范围较大。

在个人防护PM2.5方面，最有效的防护措施是佩戴口罩，而口罩最重要的部件是口罩滤片。市面上带有口罩滤片的口罩主要强调的是过滤效果，且过滤效果高低不一。即便是阻挡了PM2.5颗粒，被过滤的颗粒和细菌也会粘贴在口罩上被人体吸入。另外市面上存在的具有抗菌效果的口罩，又不具有防PM2.5功能。因此，需要提供一种既可以防PM2.5，又可以具有杀菌作用的口罩。铜属于重金属，重金属具有杀菌作用也是公认的。重金属均具有毒性，在人体内达到一定剂量会对健康有影响，甚至致使人体中毒，其中银还有一定的神经毒性和遗传毒性。甚至欧美已禁止使用纳米银做抗菌剂，部分使用纳米铜代替。而铜是人体必需的微量元素之一，可被人体代谢吸收，而银在人体很难代谢，会在人体内富集。

发明内容

本发明的目的是提供一种防PM2.5的铜纳米线口罩，解决了现有技术即是阻挡了PM2.5颗粒，被过滤的颗粒和细菌也会粘贴在口罩上被人体吸入；另外具有抗菌效果的口罩，又不具有防PM2.5功能的问题。

本发明的另一目的是提供该种防PM2.5的铜纳米线口罩的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种防PM2.5的铜纳米线口罩，该铜纳米线口罩的口罩滤片包括三层，即外层、过滤层、内层；过滤层由铜纳米线浸泡或涂覆到基础布上，再覆盖一层PDA-PET改性反渗透膜。

本发明所采用的另一技术方案是，一种防PM2.5的铜纳米线口罩的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、制备铜纳米线溶液，

称取630mg十六胺、63mg二水氯化铜、150mg葡萄糖和30ml超纯水；将该四种组分共同溶解在烧瓶中，封盖，并在室温下搅拌均匀，过夜；然后将烧瓶转移到油浴中，在100-120℃下搅拌5-6小时，得到粒径15-20nm的铜纳米线试剂；随后对铜纳米线试剂进行超声处理，得到铜纳米线分散液；

步骤2、制备PDA-PEI改性反渗透膜，

通过多巴胺在反渗透膜表面自聚，形成超薄聚多巴胺涂层，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜；

步骤3、制备过滤层，

3.1)将碳纤维布浸渍在铜纳米线分散液中1-2h，充分吸收铜纳米线分散液，得到碳纤维预浸布；将碳纤维预浸布干燥后，得到带有铜纳米线的过滤层；或者，在铜纳米线分散液中提取铜纳米线粉末，将剂粘接均匀粘结到碳纤维布表面，然后将铜纳米线粉末喷涂到粘结剂上，得到带有铜纳米线的过滤层；

3.2)将PDA-PEI改性反渗透膜利用粘结剂粘接在带有铜纳米线的过滤层上，构成复合材料的过滤层；

步骤4、制备口罩滤片，利用口罩生产线得到防PM2.5的铜纳米线口罩，

4.1)选用透气性好的纤维材质作为口罩滤片的外层和内层材料，将外层、步骤3得到的过滤层、内层三层材料，按照顺序放在一起，通过滚压复合，得到口罩滤片；

4.2)根据口罩设计要求，将口罩滤片剪裁成不同形状大小的尺寸，进入口罩生产线。

本发明的有益效果是，该口罩具有杀菌、抑菌、超疏水、透气性强，预防疾病的效果。铜纳米线抗菌、杀菌、防腐除臭效果较好。由于铜纳米材料的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及吸附能力有利于吸附PM2.5细小颗粒。碳纤维布强度高、密度小、厚度薄，铜纳米线在碳纤维布表面构成网格结构，有利于防护PM2.5。铜纳米线与碳纤维布结合可制出超疏水、透气性好、抗紫外线强的纺织品，其超疏水接触角可达到162°。PDA-PEI改性反渗透膜可以在铜纳米线与碳纤维布过滤PM2.5颗粒以及细菌之后隔断粘结在口罩上的残留物对人体进行二次伤害。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明是一种防PM2.5的铜纳米线口罩，该铜纳米线口罩的核心部分是口罩滤片，口罩滤片包括三层，即外层、过滤层、内层；

过滤层的基础布选用碳纤维布，碳纤维布厚度为0.111mm，过滤层由铜纳米线浸泡或涂覆到基础布上，再覆盖一层PDA-PEI改性反渗透膜。

涂覆方式包括喷笔或使用胶头滴管滴注、或粘结剂粘结，粘结剂选用无影胶。

通过多巴胺在反渗透膜(选用PE膜或HDPE膜)表面的自聚，在反渗透膜表面形成超薄聚多巴胺涂层(PDA)，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜。

本发明防PM2.5的铜纳米线口罩的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、制备铜纳米线溶液，

称取630mg十六胺、63mg二水氯化铜、150mg葡萄糖和30ml超纯水；将该四种组分共同溶解在烧瓶中，封盖，并在室温下搅拌均匀，过夜；然后将烧瓶转移到油浴中，在100-120℃下搅拌5-6小时，得到粒径15-20nm的铜纳米线试剂；随后对铜纳米线试剂进行超声处理，得到铜纳米线分散液；

步骤2、制备PDA-PEI改性反渗透膜，

通过多巴胺在反渗透膜表面自聚，形成超薄聚多巴胺涂层，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜；

步骤3、制备过滤层，

3.1)将碳纤维布浸渍在铜纳米线分散液中1-2h，充分吸收铜纳米线分散液，得到碳纤维预浸布；将碳纤维预浸布干燥后，得到带有铜纳米线的过滤层；或者，在铜纳米线分散液中提取铜纳米线粉末，将剂粘接均匀粘结到碳纤维布表面，然后将铜纳米线粉末喷涂到粘结剂上，得到带有铜纳米线的过滤层；

3.2)将PDA-PEI改性反渗透膜利用粘结剂粘接在带有铜纳米线的过滤层上，构成复合材料的过滤层；

步骤4、制备口罩滤片，利用口罩生产线得到防PM2.5的铜纳米线口罩，

4.1)选用透气性好的纤维材质作为口罩滤片的外层和内层材料，将外层、步骤3得到的过滤层、内层三层材料，按照顺序放在一起，通过滚压复合，得到口罩滤片；

4.2)根据口罩设计要求，将口罩滤片剪裁成不同形状大小的尺寸，进入口罩生产线，即成。

本发明为了提高口罩滤片防PM2.5的性能，采用铜纳米线浸泡到纤维布上的技术(或再涂敷PDA-PEI改性反渗透膜)，由于碳纤维布的抗拉、抗剪性能好，铜纳米线在碳纤维表面构成网络结构，口罩的过滤层结构受力效果好；铜纳米线的材料小尺寸效应，高表面能赋予银纳米线材质不仅具有杀菌抑菌效果，而且吸附能力强，有效阻挡PM2.5小颗粒。

实施例1

浸泡方式。

步骤1、制备铜纳米线溶液，

称取630mg十六胺、63mg二水氯化铜、150mg葡萄糖和30ml超纯水；将该四种组分共同溶解在烧瓶中，封盖，并在室温下搅拌均匀，过夜；然后将烧瓶转移到油浴中，在100℃下搅拌6小时，得到粒径15nm的铜纳米线试剂；随后对铜纳米线试剂进行超声处理，得到铜纳米线分散液；

步骤2、制备PDA-PEI改性反渗透膜，

通过多巴胺在反渗透膜表面自聚，形成超薄聚多巴胺涂层，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜；

步骤3、制备过滤层，

3.1)将碳纤维布浸渍在铜纳米线分散液中1h，充分吸收铜纳米线分散液，得到碳纤维预浸布；将碳纤维预浸布干燥后，得到带有铜纳米线的过滤层；

3.2)将PDA-PEI改性反渗透膜利用粘结剂粘接在带有铜纳米线的过滤层上，构成复合材料的过滤层；

步骤4、制备口罩滤片，利用口罩生产线得到防PM2.5的铜纳米线口罩，

4.1)选用透气性好的纤维材质作为口罩滤片的外层和内层材料，将外层、步骤3得到的过滤层、内层三层材料，按照顺序放在一起，通过滚压复合，得到口罩滤片；

4.2)根据口罩设计要求，将口罩滤片剪裁成不同形状大小的尺寸，进入口罩生产线，即成。

实施例2

浸泡方式。

步骤1、制备铜纳米线溶液，

称取630mg十六胺、63mg二水氯化铜、150mg葡萄糖和30ml超纯水；将该四种组分共同溶解在烧瓶中，封盖，并在室温下搅拌均匀，过夜；然后将烧瓶转移到油浴中，在110℃下搅拌6小时，得到粒径18nm的铜纳米线试剂；随后对铜纳米线试剂进行超声处理，得到铜纳米线分散液；

步骤2、制备PDA-PEI改性反渗透膜，

通过多巴胺在反渗透膜表面自聚，形成超薄聚多巴胺涂层，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜；

步骤3、制备过滤层，

3.1)将碳纤维布浸渍在铜纳米线分散液中1.5h，充分吸收铜纳米线分散液，得到碳纤维预浸布；将碳纤维预浸布干燥后，得到带有铜纳米线的过滤层；

3.2)将PDA-PEI改性反渗透膜利用粘结剂粘接在带有铜纳米线的过滤层上，构成复合材料的过滤层；

步骤4、制备口罩滤片，利用口罩生产线得到防PM2.5的铜纳米线口罩，

4.1)选用透气性好的纤维材质作为口罩滤片的外层和内层材料，将外层、步骤3得到的过滤层、内层三层材料，按照顺序放在一起，通过滚压复合，得到口罩滤片；

4.2)根据口罩设计要求，将口罩滤片剪裁成不同形状大小的尺寸，进入口罩生产线，即成。

实施例3

粘结剂粘接方式。

步骤1、制备铜纳米线溶液，

称取630mg十六胺、63mg二水氯化铜、150mg葡萄糖和30ml超纯水；将该四种组分共同溶解在烧瓶中，封盖，并在室温下搅拌均匀，过夜；然后将烧瓶转移到油浴中，在120℃下搅拌5小时，得到粒径15nm的铜纳米线试剂；随后对铜纳米线试剂进行超声处理，得到铜纳米线分散液；

步骤2、制备PDA-PEI改性反渗透膜，

通过多巴胺在反渗透膜表面自聚，形成超薄聚多巴胺涂层，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜；

步骤3、制备过滤层，

3.1)在铜纳米线分散液中提取铜纳米线粉末，将剂粘接均匀粘结到碳纤维布表面，然后将铜纳米线粉末喷涂到粘结剂上，得到带有铜纳米线的过滤层；

3.2)将PDA-PEI改性反渗透膜利用粘结剂粘接在带有铜纳米线的过滤层上，构成复合材料的过滤层；

步骤4、制备口罩滤片，利用口罩生产线得到防PM2.5的铜纳米线口罩，

4.1)选用透气性好的纤维材质作为口罩滤片的外层和内层材料，将外层、步骤3得到的过滤层、内层三层材料，按照顺序放在一起，通过滚压复合，得到口罩滤片；

4.2)根据口罩设计要求，将口罩滤片剪裁成不同形状大小的尺寸，进入口罩生产线，即成。

实施例4

粘结剂粘接方式。

步骤1、制备铜纳米线溶液，

称取630mg十六胺、63mg二水氯化铜、150mg葡萄糖和30ml超纯水；将该四种组分共同溶解在烧瓶中，封盖，并在室温下搅拌均匀，过夜；然后将烧瓶转移到油浴中，在110℃下搅拌5.5小时，得到粒径17nm的铜纳米线试剂；随后对铜纳米线试剂进行超声处理，得到铜纳米线分散液；

步骤2、制备PDA-PEI改性反渗透膜，

通过多巴胺在反渗透膜表面自聚，形成超薄聚多巴胺涂层，再利用PDA涂层上的活性官能团与PEI反应，制得PDA-PEI改性反渗透膜；

步骤3、制备过滤层，

3.1)在铜纳米线分散液中提取铜纳米线粉末，将剂粘接均匀粘结到碳纤维布表面，然后将铜纳米线粉末喷涂到粘结剂上，得到带有铜纳米线的过滤层；

3.2)将PDA-PEI改性反渗透膜利用粘结剂粘接在带有铜纳米线的过滤层上，构成复合材料的过滤层；

步骤4、制备口罩滤片，利用口罩生产线得到防PM2.5的铜纳米线口罩，

4.1)选用透气性好的纤维材质作为口罩滤片的外层和内层材料，将外层、步骤3得到的过滤层、内层三层材料，按照顺序放在一起，通过滚压复合，得到口罩滤片；

4.2)根据口罩设计要求，将口罩滤片剪裁成不同形状大小的尺寸，进入口罩生产线，即成。