通用型口罩
技术领域
本实用新型属于卫生用品领域，具体涉及一种通用型口罩。
背景技术
目前，环境问题，尤其是空气污染，已经成为严重的社会问题，越来越多地影响了人们的正常生活和身体健康。例如，随着工业发展，工厂增多，人们焚烧化石燃料，如石油，煤炭等，排放到空气中的污染物与日俱增，导致雾霾天气越来越多。据报道，雾霾是造成心血管疾病以及呼吸道系统疾病的重要原因，空气中可吸入颗粒物浓度每上升10μg/m3，呼吸系统疾病上升3.4％，心血管病上升1.4％，每日总死亡率上升1％。此外，中国传统的烹饪方式会产生大量的油烟，这些油烟含有各种醛、酮、醇及其衍生物以及多环芳烃类和杂环胺类等有毒化学物质，从而严重危害长期从事烹调的家庭主妇和长期在厨房油烟浓度高的环境下工作的厨师的健康，尤其是苯并芘、挥发性亚硝胺、杂环胺类化合物等一级致癌物。此外，空气中的病菌也无时不刻在威胁人们的健康。为了保护人们的健康，已经研发了越来越多的新型口罩。然而，目前现有的口罩的防雾霾性能十分有限，抗菌性能也不足，或者对于厨房油烟无能为力。尽管有的口罩具有一定的防雾霾性能，但是其并不适用于在厨房以及医院等场所使用或者在厨房和医院等场所使用时并不能起到效果；或者尽管有的口罩具有一定的抗病菌性能，但是其并不适用于在厨房以及雾霾天气等露天场所使用或者在厨房以及雾霾天气等露天场所使用时并不能起到效果。因此亟需开发一种能够同时预防雾霾、厨房油烟和病菌的通用型口罩。此外，现有的防雾霾口罩的主体通常较柔软，在佩戴时并非完全贴合在人面部上，尤其是在人面部的某些特征例如鼻梁和嘴唇处，导致佩戴不舒适，很难避免空气泄漏进去并且佩戴不美观。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种同时具有优异的PM2.5过滤效率、细菌过滤性能和油烟去除率并且佩戴舒适美观的通用型口罩。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种通用型口罩，其包括口罩主体以及对称地连接在该口罩主体两侧的耳挂或头带，其中所述口罩主体具有与人面部特征完全吻合的刚性轮廓，并且所述口罩主体从外到内由第一无纺布层、蜂窝状催化金属层、多孔抗菌吸附复合层、纳米多孔过滤聚合物层和第二无纺布层构成，所述纳米多孔过滤聚合物层具有其中密布平均孔径在30nm-45nm的范围内的纳米孔隙的微观结构。根据本实用新型的上述技术方案，可以同时提供优异的PM2.5过滤效率、细菌过滤性能和油烟去除率，因此本实用新型的口罩可以同时实现防雾霾、防油烟和抗病菌等多种功能。此外，根据本实用新型的通用型口罩同时还可以提高佩戴舒适性，防止由于口罩与面部不吻合而导致的空气泄漏以及提升佩戴的美感。
进一步地，所述多孔抗菌吸附复合层具有其中密布平均孔径在65nm-100nm的范围内的纳米孔隙的微观结构。根据本实用新型的上述技术方案，可以提供更优异的PM2.5过滤效率和细菌过滤性能。
进一步地，所述蜂窝状催化金属层具有其中在催化金属泡沫上负载贵金属催化粒子的微观结构。根据本实用新型的上述技术方案，可以提供特别优异的油烟去除率。
进一步地，所述通用型口罩还包括用于调节耳挂或头带松紧程度的松紧调节装置。根据本实用新型的上述技术方案，可以进一步提高佩戴舒适性，避免由于耳挂或头带过松或过紧导致的不舒适感。
进一步地，所述多孔抗菌吸附复合层包含10-20重量％活性炭、35-45重量％聚季铵盐和35-45重量％成膜剂。根据本实用新型的上述技术方案，将对空气中的异味、粉尘、VOC等具有强吸附能力的活性炭与具有良好的抗菌能力的聚季铵盐在成膜剂的存在下形成单一膜，从而使得该单一膜具备抗菌和吸附的双重功能，简化口罩结构。
有益效果
根据本实用新型，可以提供一种同时具有优异的PM2.5过滤效率、细菌过滤性能和油烟去除率并且佩戴舒适美观的通用型口罩。所述通用型口罩既可以防雾霾，又可以抗病菌，还可以防油烟，因此既可以在雾霾天气等露天场所使用，又可以在医院等场所使用，还可以在厨房等场所使用。
附图说明
图1是显示根据本实用新型的通用型口罩的主体的层状结构的示意图。
具体实施方式
根据本实用新型的通用型口罩包括口罩主体以及对称地连接在该口罩主体两侧的耳挂或头带，其中所述口罩主体具有与人面部特征完全吻合的刚性轮廓，并且所述口罩主体从外到内由第一无纺布层、蜂窝状催化金属层、多孔抗菌吸附复合层、纳米多孔过滤聚合物层和第二无纺布层构成，所述纳米多孔过滤聚合物层具有其中密布平均孔径在30nm-45nm的范围内的纳米孔隙的微观结构。
根据本实用新型，所述口罩主体具有与人面部特征完全吻合的刚性轮廓。现有的防雾霾口罩的主体通常是柔软的，在佩戴时贴合在人面部上，但是在人面部的某些特征例如鼻梁和嘴唇处并非完全吻合，这导致有空气泄漏进去并且佩戴不舒适和美观，而根据本实用新型，由于金属层的存在，口罩主体可以具有与人面部特征(包括鼻梁和嘴唇)完全吻合的刚性轮廓，因此可以提高佩戴舒适性，防止由于口罩与面部不吻合而导致的空气泄漏以及提升佩戴的美感。口罩主体的刚性轮廓是通过用具有与人面部特征完全吻合的轮廓的模具冲压而形成的。
图1是显示根据本实用新型的通用型口罩的主体的层状结构的示意图。如图1所示，根据本实用新型的通用型口罩的主体10包括第一无纺布层100、蜂窝状催化金属层101、多孔抗菌吸附复合层102、纳米多孔过滤聚合物层103和第二无纺布层104。
根据本实用新型，纳米多孔过滤聚合物层具有2100-2500m2/g的比表面积。所述纳米多孔过滤聚合物层的材料可以选自聚乙烯醇、醋酸纤维素、聚酰胺、聚(甲基)丙烯腈、聚砜、聚醚砜、PVC或它们的组合。所述纳米多孔过滤聚合物层可以通过如下方法制备：将聚合物溶解于有机溶剂比如丙酮或乙醇中，然后加水静置；在预定的温度比如20℃和湿度比如60％的条件下，将溶液涂敷成湿膜并且静置；将湿膜进行凝胶浴(比如20℃蒸馏水)处理直至湿膜凝胶化；然后将凝胶化的膜浸泡在溶剂(比如丁醇水溶液)中；最后将膜进行干燥(比如室温干燥)。
根据本实用新型，所述蜂窝状催化金属层可以具有其中在催化金属泡沫上负载有贵金属催化粒子的内部微观结构。作为催化金属泡沫，其通常具有0.2mm-0.4mm的厚度，本身对厨房油烟具有催化效果，可以选用泡沫镍、泡沫铁镍和泡沫铜，贵金属(金、银和铂族金属)泡沫是最佳的，因为它们本身对厨房油烟具有最佳的催化效果，但是鉴于成本并不是优选的；并且其可以商购。贵金属催化粒子可以包括金、银和铂族金属(钌、铑、钯、锇、铱、铂)。所述蜂窝状催化金属层可以通过如下方法制备：将催化金属泡沫进行预处理；将预处理后的催化金属泡沫浸渍在催化剂前驱体溶液中；将浸渍后的催化金属泡沫进行干燥；将干燥后的催化金属泡沫焙烧；重复上述浸渍、干燥和焙烧步骤。在上述方法中，预处理可以通过使用有机溶剂去脂和酸液浸泡10-30分钟来进行。有机溶剂的实例包括丙酮、乙醇等。酸液的实例包括HCL和HNO3等，并且其浓度可以为5mol/L-7mol/L。在预处理后，可以将催化金属泡沫进行干燥，并且干燥温度通常为50-70度。催化剂前驱体溶液可以包括H2PtCl6·6H2O溶液、RuCl3·3H2O溶液、PdCl2·2H2O溶液等。催化剂前驱体溶液的浓度可以为2-4mol/L。浸渍时间可以为30-60分钟。将浸渍后的催化金属泡沫进行干燥的温度可以是70-100度，干燥时间可以为8-24小时。焙烧温度可以为300-400℃，焙烧时间可以为2-4小时，焙烧气氛可以为氢气气氛。
多孔抗菌吸附复合层，顾名思义，其是具有抗菌和吸附双重功能的单一多孔层。所述多孔抗菌吸附复合层具有其中密布平均孔径在65nm-100nm的范围内的纳米孔隙的微观结构。所述多孔抗菌吸附复合层具有1800-2300m2/g的比表面积。所述多孔抗菌吸附复合层包含10-20重量％活性炭、35-45重量％聚季铵盐和35-45重量％成膜剂。所述成膜剂的实例可以包括PVA，EVA，聚酯或其组合等。多孔抗菌吸附复合层可以通过如下方法制备：将活性炭、聚季铵盐和成膜剂在溶剂比如丙酮中按照预定比例混合以得到涂敷液；将致孔剂加入到涂敷液中；将涂敷液涂敷以得到抗菌吸附涂层；将抗菌吸附涂层干燥。致孔剂约为活性炭、聚季铵盐和成膜剂的总重量的1-5％。致孔剂可以包括碳酸氢铵、草酸铵或其组合。干燥温度为60-80度，干燥时间为1-2小时。在干燥过程中致孔剂将挥发从而形成纳米孔隙。
第一无纺布层和第二无纺布层的材料可以相同或不同，并且选用本领域内常规的无纺布材料，包括丙纶(PP)、涤纶(PET)、锦纶(PA)、粘胶纤维、腈纶、乙纶(HDPE)、氯纶(PVC)。耳挂或头带的材料也是本领域内常规的材料。
根据本实用新型，所述通用型口罩还包括用于调节耳挂或头带松紧程度的松紧调节装置。具体地，耳挂或头带可以穿过松紧调节装置，因此口罩使用者可以方便地调节耳挂或头带松紧程度，从而避免耳挂或头带过松或过紧所带来的不适感。
实施例
以下，将通过一些实施例来具体说明本实用新型。应当懂得，这些实施例仅用于说明的目的，它们并不以任何方式对本实用新型构成限制。
实施例1
使用0.3mm厚的泡沫镍作为载体。对泡沫镍进行如下处理：首先用丙酮超声30分钟去脂。然后将泡沫镍投入6.5mol/L的HCl中浸泡15分钟，然后用去离子水进行清洗，之后在60度干燥箱中干燥3小时。
将经过处理的泡沫镍在2.5mmol/L的H2PtCl6·6H2O溶液中浸泡45分钟。之后，将泡沫镍在85℃干燥8小时，然后在通入氢气的情况下于300℃烘箱中焙烧3小时。然后重复上述浸泡、干燥和焙烧步骤。
接着，将10g活性炭、15g聚季铵盐-10和75gPVA加入120mL丙酮中并且使其溶解，之后加入2.0g草酸铵在40mL水中的溶液并且混合均匀。在上述泡沫镍的一侧涂敷上述混合物以得到抗菌吸附涂层。然后在70℃的烘箱中干燥2小时。
接着，将2g醋酸纤维素和8g聚乙烯醇投入150ml的乙醇中搅拌1天，然后加入20ml的蒸馏水搅拌1小时，静置48小时。于20℃的温度和60％的相对湿度条件下，用刮板将上述溶液在洁净玻璃板上刮制成200μm厚度的湿膜。将湿膜在上述条件下静置2分钟。将上述静置后的湿膜浸入20℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至湿膜充分凝胶，固化成膜。在室温条件下，将上述膜依次浸泡在体积浓度为25％、50％、70％的丁醇水溶液中各4小时。然后再浸入环己烷中4小时，得聚乙烯醇/醋酸纤维素复合过滤膜。将复合过滤膜在室温下自然晾干24小时。
使用聚丙烯无纺布作为无纺布材料，并且通过常规编织工艺或编织机将聚丙烯无纺布、复合过滤膜以及具有抗菌吸附涂层的泡沫镍编织成口罩主体，该口罩主体从外到内由聚丙烯无纺布、蜂窝状催化金属层、多孔抗菌吸附层、聚乙烯醇/醋酸纤维素复合多孔过滤层和聚丙烯无纺布构成。
使用具有人面部特征的模具对口罩主体冲压使得其具有与人面部特征完全吻合的刚性轮廓。之后，使用编织机在口罩主体两侧连接耳挂。
实施例2
使用0.4mm厚的泡沫铁镍作为载体。对泡沫铁镍进行如下处理：首先用丙酮超声30分钟去脂。然后将泡沫铁镍投入6.5mol/L的HCl中浸泡15分钟，然后用去离子水进行清洗，之后在60度干燥箱中干燥3小时。
将经过处理的泡沫铁镍在3.5mmol/L的RuCl3·3H2O溶液中浸泡45分钟。之后，将泡沫铁镍在85℃干燥8小时，然后在通入氢气的情况下于320℃烘箱中焙烧3小时。然后重复上述浸泡、干燥和焙烧步骤。
接着，将20g活性炭、45g聚季铵盐-7和35g乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA在140mL丙酮中，之后加入2.5g草酸铵在50mL水中的溶液并且混合均匀。在上述泡沫铁镍的一侧涂敷上述混合物以得到抗菌吸附涂层。然后在75℃的烘箱中干燥2小时。
接着，将10g聚乙烯醇投入150ml的乙醇中搅拌1天，然后加入20ml的蒸馏水搅拌1小时，静置48小时。于20℃的温度和60％的相对湿度条件下，用刮板将上述溶液在洁净玻璃板上刮制成190μm厚度的湿膜。将湿膜在上述条件下静置2分钟。将上述静置后的湿膜浸入20℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至湿膜充分凝胶，固化成膜。在室温条件下，将上述膜依次浸泡在体积浓度为25％、50％、70％的丁醇水溶液中各4小时。然后再浸入环己烷中4小时，得聚乙烯醇过滤膜。将过滤膜在室温下自然晾干24小时。
使用聚丙烯无纺布作为无纺布材料，并且通过常规编织工艺或编织机将聚丙烯无纺布、过滤膜以及具有抗菌吸附涂层的泡沫铁镍编织成口罩主体，该口罩主体从外到内由聚丙烯无纺布、蜂窝状催化金属层、多孔抗菌吸附层、聚乙烯醇多孔过滤层和聚丙烯无纺布构成。
使用具有人面部特征的模具对口罩主体冲压使得其具有与人面部特征完全吻合的刚性轮廓。之后，使用编织机在口罩主体两侧连接耳挂。
实施例3
使用0.3mm厚的泡沫铜作为载体。对泡沫铜进行如下处理：首先用丙酮超声30分钟去脂。然后将泡沫铜投入6.0mol/L的HCl中浸泡15分钟，然后用去离子水进行清洗，之后在60度干燥箱中干燥3小时。
将经过处理的泡沫铜在3.0mmol/L的PdCl2·2H2O溶液中浸泡45分钟。之后，将泡沫铜在90℃干燥8小时，然后在通入氢气的情况下于350℃烘箱中焙烧3小时。然后重复上述浸泡、干燥和焙烧步骤。
接着，将20g活性炭、35g聚季铵盐-7和45gPET在140mL丙酮中，之后加入2.5g碳酸氢铵在50mL水中的溶液并且混合均匀。在上述泡沫铜的一侧涂敷上述混合物以得到抗菌吸附涂层。然后在75℃的烘箱中干燥2小时。
接着，将10gPVC投入100ml的NMP中搅拌1天，然后加入20ml的蒸馏水搅拌1小时，静置48小时。于20℃的温度和60％的相对湿度条件下，用刮板将上述溶液在洁净玻璃板上刮制成180μm厚度的湿膜。将湿膜在上述条件下静置2分钟。将上述静置后的湿膜浸入25℃蒸馏水中进行凝胶浴处理，直至湿膜充分凝胶，固化成膜。在室温条件下，将上述膜依次浸泡在体积浓度为25％、50％、70％的丁醇水溶液中各4小时。然后再浸入环己烷中4小时，得PVC过滤膜。将过滤膜在室温下自然晾干24小时。
使用聚丙烯无纺布作为无纺布材料，并且通过常规编织工艺或编织机将聚丙烯无纺布、过滤膜以及具有抗菌吸附涂层的泡沫铜编织成口罩主体，该口罩主体从外到内由聚丙烯无纺布、蜂窝状催化金属层、多孔抗菌吸附层、PVC多孔过滤层和聚丙烯无纺布构成。
使用具有人面部特征的模具对口罩主体冲压使得其具有与人面部特征完全吻合的刚性轮廓。之后，使用编织机在口罩主体两侧连接耳挂。
性能测试
(1)平均孔径
通过JST-3000电子扫描电镜(日本电子)对实施例1至3中制备的口罩进行微观检测，然后测量并且计算其各层的平均孔径。
(2)PM2.5过滤效率
使用激光PM2.5检测仪SDL307测试实施例1至3中制备的口罩的过滤效率。PM2.5过滤效率＝(滤前PM2.5值-滤后PM2.5值)/滤前PM2.5值*100％。
(3)细菌过滤性能
根据标准YY0469-2011对实施例1至3中制备的口罩进行测试。
(4)油烟去除率
使用常规油烟检测仪测试实施例1至3中制备的口罩的过滤效率。测试结果如下：
表1
如表1所示，根据本实用新型的口罩具有优异的PM2.5过滤效率、细菌过滤性能和油烟去除率。
上述实施例仅例示性的说明了本实用新型，而非用于限制本实用新型。熟知本领域的技术人员应当理解，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，对本实用新型实施例所作的任何更改和变化均落在本实用新型的范围内。且本实用新型的保护范围应由所附的权利要求确定。
