一种口袋-插入式口罩

技术领域

本发明属于口罩技术领域，涉及一种口袋-插入式口罩。

背景技术

目前在抗击病毒过程中使用的口罩都是用隔离病毒的方法来达到防护作用，主要起隔离作用的或者是活性炭，或者是纳米纤维，或者是N95无纺布。这些口罩要频繁更换，因为吸附在口罩上的病毒可能成为新的污染源，因此口罩的应用效率很低，需要大量生产，并且这种废弃的口罩通常需要无害化处理，也给垃圾处理造成一定压力。制备口罩的原料包括无纺布、N95布及纳米纤维，要使口罩具有抗菌或者是抗病毒性能，就是要在这些布料中加入抗菌或抗病毒药物。近年来，研究者们大多通过表面整理的办法将金属离子、金属氧化物等抗病毒药物整理到织物表面上以赋予织物抗病毒特性，不仅方法较为复杂，制得的口罩的防护效果和持久性能也有待于进一步提高。

发明内容

本发明目的是解决现有技术存在的问题，提供一种口袋-插入式口罩，该口罩的中间层可抽离，且为抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料，是通过以价格低廉、来源广泛的抗病毒药物作为添加剂，通过静电纺丝法制备得到的，其制备方法简单高效、可重复性强，抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料在使用过程中能够抑制口罩上增殖的病毒细菌，有效地避免病毒扩散，保护医生安全。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种口袋-插入式口罩，具有三层复合结构，内层和外层连接形成口袋，中间层为插入口袋中可抽离的插片；中间层为抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料，纤维平均直径为100～500nm，起过滤作用，制备方法为：将同时含聚合物材料和抗病毒药物的静电纺丝溶液制成纳米纤维膜后，对其进行交联处理得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种口袋-插入式口罩，所述聚合物材料为X或X的改性聚合物，其无毒无害，可静电纺丝制备出纳米纤维膜负载抗病毒药物，具体地，X为聚乙烯醇(PVA)、醋酸纤维素(CA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSU)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、海藻酸钠(SA)、明胶(GE)、聚丙烯腈(PAN)或聚醚砜(PES)。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，所述抗病毒药物为目前报道中常用的抗病毒药物，具体为有机硅季铵盐、瑞德西韦、阿比多尔、达芦那韦、双黄连口服液、磷酸氯喹、青蒿素、拉米夫定、泛昔洛韦和奈韦拉平中的一种以上。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料的制备步骤如下：

(1)将聚合物材料溶解于溶剂I中配制成第一均一溶液；

(2)将抗病毒药物溶解于步骤(1)的第一均一溶液中得到静电纺丝溶液；

(3)将步骤(2)的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维无纺布，经过冷压处理增强其力学性能后得到表面平整的纳米纤维膜；

(4)将盐酸混合于溶剂II中配置成第二均一溶液；

(5)将交联剂混合于步骤(4)的第二均一溶液中得到交联剂溶液；

(6)将步骤(3)的纳米纤维膜浸入步骤(5)的交联剂溶液中进行交联处理得到复合膜；

(7)将步骤(6)的复合膜用去离子水漂洗，得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，步骤(1)中，溶剂I为水、乙酰胺、N,N-二甲基乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇、正丁醇、丙酮、1,4-二氧六环、四氢呋喃、醋酸、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种以上；第一均一溶液的浓度为6～25wt％；步骤(2)中，静电纺丝溶液中抗病毒药物的浓度为5～48.4wt％。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，步骤(3)中，静电纺丝的工艺参数为：电压5～25kV，喷口孔径0.2～3mm，溶液流速2～30μL/min，纺丝环境的温度15～50℃，纺丝环境的相对湿度40～60％，接收距离10～20cm，接收滚筒转速300～800r/min；冷压处理的压力为2～8MPa，时间为10～40s；纳米纤维膜的厚度为10～40μm，孔隙率为45％～80％，在保证分离效率的前提下，最大限度地增加膜材料的透气性。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，步骤(4)中，溶剂II为水、乙酰胺、N,N-二甲基乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇、正丁醇、丙酮、1,4-二氧六环、四氢呋喃、醋酸、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种以上；第二均一溶液的浓度为0.2～1wt％。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，步骤(5)中，交联剂为戊二醛、乙二醛、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、三羟甲基丙烷、聚丙二醇缩水甘油醚、氮丙啶和丙烯腈中的一种以上；交联剂溶液中交联剂的浓度为1～5wt％。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，步骤(6)中，纳米纤维膜与交联剂溶液的质量比为1～5:50～200，以保证纳米纤维膜充分交联；交联处理的温度为15～35℃，时间为1～4h。

如上所述的一种口袋-插入式口罩，内层和外层为聚丙烯无纺布，纤维平均直径为10～50μm，有阻水作用，防止飞沫进入或穿出口罩。

本发明将口罩设计为口袋-插入式结构，内层和外层为聚丙烯无纺布，纤维平均直径为10～50μm，有阻水作用，防止飞沫进入或穿出口罩，中间层为抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料，且为插入口袋中可抽离的插片，能够多次重复使用，当病毒附着在抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料上时增殖被抑制，进而凋亡，避免了病毒的扩散，保护医生安全，此外中间层的纤维平均直径为100～500nm，纳米纤维的高比表面积和细微的网格可以阻隔pm2.5和病毒细菌。

有益效果：

(1)本发明采用静电纺丝法制备纳米纤维膜，并将其作为口罩的中间层的主体材料，纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔隙率以及相互贯穿的孔结构，在保证膜材料截留效率的前提下，极大地改善其透气性；

(2)本发明在纳米纤维膜(即口罩的中间层的主体材料)上负载抗病毒药物，其在使用过程中可抑制口罩上增殖的病毒细菌，有效地避免病毒扩散，保护医生安全；

(3)本发明的口罩为口袋-插入式结构，中间层可重复使用，提高了口罩的应用效率；

(4)本发明的抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料的制备方法简单易行，并且能够通过优化抗病毒药物制备出高效抗病毒医用口罩膜材料，易于实现规模化生产。

附图说明

图1为对比例1的复合膜的表面SEM形貌图(a)以及实物图(b)；

图2为实施例2的复合膜的表面SEM形貌图(a)以及实物图(b)。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种口袋-插入式口罩，具有三层复合结构，包括内层、中间层、外层；

内层和外层为聚丙烯无纺布，连接形成口袋，纤维平均直径为50μm；

中间层为插入口袋中可抽离的插片；中间层为抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料，纤维平均直径为230nm，制备方法为：将同时含聚合物材料和抗病毒药物的静电纺丝溶液制成纳米纤维膜后，对其进行交联处理得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料；

抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料的具体制备步骤如下：

(1)将聚合物聚乙烯醇(PVA)(Mw＝146000，醇解度99％)溶解于水中，在95℃下搅拌12h，配制成浓度为9.75wt％的第一均一溶液；

(2)将一滴非离子表面活性剂Triton X-100和抗病毒药物有机硅季铵盐溶解于步骤(1)的第一均一溶液中得到静电纺丝溶液；其中抗病毒药物有机硅季铵盐的浓度为12.2wt％

(3)将步骤(2)的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维无纺布，经过冷压处理后得到纳米纤维膜；

其中静电纺丝的工艺参数为：电压为15kV，喷口孔径为0.7mm，溶液流速为12.0μL/min，纺丝环境的温度为25℃，纺丝环境的相对湿度为40％，接收距离为15cm，接收滚筒转速为600r/min；冷压处理的压力为4MPa，时间为20s；纳米纤维膜的厚度为20μm，孔隙率为70％；

(4)将盐酸混合于丙酮中配置成的浓度为0.23wt％的第二均一溶液；

(5)将交联剂戊二醛混合于步骤(4)的第二均一溶液中，室温下搅拌10min，得到浓度为1.9wt％的交联剂溶液；

(6)将步骤(3)的纳米纤维膜浸入步骤(5)的交联剂溶液中进行交联处理得到复合膜；其中纳米纤维膜与交联剂溶液的质量比为1:50；交联处理的温度为25℃，时间为2h；

(7)将步骤(6)的复合膜用去离子水漂洗，得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料。

本发明的一种口袋-插入式口罩，其中间层抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料进行气溶胶颗粒过滤测试时，当测试用的NaCl气溶胶颗粒平均直径为260nm，流量为85L/min时，其过滤效率和空气阻力分别为84.28％和105.4Pa；使用ISO 18184：2014(E)检测方法对抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料进行抗病毒(甲型流感病毒，H1N1)性能测试，当宿主为MDCK细胞时，抗病毒存活率为61.3％。

对比例1

一种口袋-插入式口罩，基本同实施例1，不同之处仅在于步骤(2)中未加抗病毒药物有机硅季铵盐；制得的复合膜，如图1所示，(a)为制得的复合膜的表面SEM形貌图；(b)为实物图。

最终发明的一种口袋-插入式口罩，其中间层医用纳米纤维口罩膜材料进行气溶胶颗粒过滤测试时，当测试用的NaCl气溶胶颗粒平均直径为260nm，流量为85L/min时，过滤效率和空气阻力分别为89.32％和110.3Pa；使用ISO 18184：2014(E)检测方法对医用纳米纤维口罩膜材料进行抗病毒(甲型流感病毒，H1N1)性能测试，当宿主为MDCK细胞时，抗病毒存活率为3.32％。

将对比例1与实施1作对比，在气溶胶颗粒过滤测试中，两者的过滤效果与空气阻力的测试结果无明显差异，而进行抗病毒性能的测试中，对比例1制备的医用纳米纤维口罩膜材料的抗病毒存活率远远低于实施例1的抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料的，这是因为对比例1中没有添加抗病毒药物有机硅季铵盐，在使用过程中无法抑制口罩上增殖的病毒细菌，无法有效地避免病毒扩散。

实施例2

一种口袋-插入式口罩，具有三层复合结构，包括内层、中间层、外层；

内层和外层为聚丙烯无纺布，连接形成口袋，纤维平均直径为50μm；

中间层为插入口袋中可抽离的插片；中间层为抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料，纤维平均直径为230nm，制备方法为：将同时含聚合物材料和抗病毒药物的静电纺丝溶液制成纳米纤维膜后，对其进行交联处理得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料；

抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料的具体制备步骤如下：

(1)将聚合物聚乙烯醇(PVA)(Mw＝146000，醇解度99％)溶解于水中，在95℃下搅拌12h，配制成浓度为11.11wt％的第一均一溶液；

(2)将一滴非离子表面活性剂Triton X-100和抗病毒药物有机硅季铵盐溶解于步骤(1)的第一均一溶液中，室温下搅拌1h，得到静电纺丝溶液；其中抗病毒药物有机硅季铵盐的浓度为27.78wt％

(3)将步骤(2)的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维无纺布，经过冷压处理后得到纳米纤维膜；

其中静电纺丝的工艺参数为：电压为15kV，喷口孔径为0.7mm，溶液流速为12μL/min，纺丝环境的温度为25℃，纺丝环境的相对湿度为40％，接收距离为15cm，接收滚筒转速为600r/min；冷压处理的压力为4MPa，时间为20s；纳米纤维膜的厚度为20μm，孔隙率为70％；

(4)将盐酸混合于丙酮中配置成的浓度为0.23wt％的第二均一溶液；

(5)将交联剂戊二醛混合于步骤(4)的第二均一溶液中，室温下搅拌10min，得到浓度为1.9wt％的交联剂溶液；

(6)将步骤(3)的纳米纤维膜浸入步骤(5)的交联剂溶液中进行交联处理得到复合膜，如图2所示，(a)为制得的复合膜的表面SEM形貌图；(b)为实物图；其中纳米纤维膜与交联剂溶液的质量比为1:200；交联处理的温度为25℃，时间为2h；

(7)将步骤(6)的复合膜用去离子水漂洗，得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料。

本发明的一种口袋-插入式口罩，其中间层抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料进行气溶胶颗粒过滤测试时，当测试用的NaCl气溶胶颗粒平均直径为260nm，流量为85L/min时，过滤效率和空气阻力分别为80.64％和101.9Pa；使用ISO 18184：2014(E)检测方法对抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料进行抗病毒(甲型流感病毒，H1N1)性能测试，当宿主为MDCK细胞时，抗病毒存活率为91.63％。

实施例3

一种口袋-插入式口罩，具有三层复合结构，包括内层、中间层、外层；

内层和外层为聚丙烯无纺布，连接形成口袋，纤维平均直径为50μm；

中间层为插入口袋中可抽离的插片；中间层为抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料，纤维平均直径为230nm，制备方法为：将同时含聚合物材料和抗病毒药物的静电纺丝溶液制成纳米纤维膜后，对其进行交联处理得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料；

抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料的具体制备步骤如下：

(1)将聚合物聚乙烯醇(PVA)(Mw＝146000，醇解度99％)溶解于水中，在95℃下搅拌12h，配制成浓度为12.9wt％的第一均一溶液；

(2)将一滴非离子表面活性剂Triton X-100和抗病毒药物有机硅季铵盐溶解于步骤(1)的第一均一溶液中，室温下搅拌1h，得到静电纺丝溶液；其中抗病毒药物有机硅季铵盐的浓度为48.4wt％；

(3)将步骤(2)的静电纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米纤维无纺布，经过冷压处理后得到纳米纤维膜；

其中静电纺丝的工艺参数为：电压为15kV，喷口孔径为0.7mm，溶液流速为12μL/min，纺丝环境的温度为25℃，纺丝环境的相对湿度为40％，接收距离为15cm，接收滚筒转速600r/min；冷压处理的压力为4MPa，时间为20s；纳米纤维膜的厚度为230μm，孔隙率为70％；

(4)将盐酸混合于丙酮中配置成的浓度为0.23wt％的第二均一溶液；

(5)将交联剂戊二醛混合于步骤(4)的第二均一溶液中，室温下搅拌10min，得到浓度为1.9wt％的交联剂溶液；

(6)将步骤(3)的纳米纤维膜浸入步骤(5)的交联剂溶液中进行交联处理得到复合膜；其中纳米纤维膜与交联剂溶液的质量比为1:150；交联处理的温度为25℃，时间为2h；

(7)将步骤(6)的复合膜用去离子水漂洗，得到抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料。

本发明的一种口袋-插入式口罩，其中间层抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料进行气溶胶颗粒过滤测试时，当测试用的NaCl气溶胶颗粒平均直径为260nm，流量为85L/min时，过滤效率和空气阻力分别为75.41％和96.4Pa；使用ISO 18184：2014(E)检测方法对抗病毒医用纳米纤维口罩膜材料进行抗病毒(甲型流感病毒，H1N1)性能测试，当宿主为MDCK细胞时，抗病毒存活率为93.21％。