预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩
技术领域
本发明涉及卫生防护用品技术领域，具体涉及一种预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩。
背景技术
口罩是一种健康防护用品，一般用于戴在口鼻部位以过滤进入口鼻的空气，达到阻挡有害的气体、气味、飞沫、病毒等物质的作用，其材质一般为纱布或其他材质。口罩对进入呼吸系统的空气有一定的过滤作用，面对传染性疾病、花粉纷飞季节或雾霾、粉尘等高污染环境中，戴口罩具有非常好的作用。
新冠肺炎疫情防疫成功的关键就在于多数民众都戴上合格的口罩。来自剑桥大学、伦敦大学学院、巴黎高等经济学院、香港科技大学和芬兰家庭联合会的研究人员利用两种人工智能模型，来预测戴口罩对新冠病毒传播的影响。根据AI 模型的模拟结果，与封锁城市相比，当口罩使用率达到80％时，病毒的传染曲线会显著平滑。同时，当口罩佩戴率低于50％时，将不足以阻止病毒传播(Kai D. et al.Universal Masking is Urgent in theCOVID-19 Pandemic:SEIR and Agent Based Models,Empirical Validation,PolicyRecommendations,Arxiv.org,21April 2020)。
但截至目前，尚无专门可用于新冠病毒防护的口罩。现有口罩大多为普通防粉尘、防雾霾或防普通有机污染物、普通病毒口罩，对传染病极强的新冠病毒的防护能力也打了很大折扣。且现有传统口罩滤网风阻大，使佩戴的人呼吸不畅，且滤网长期使用会被灰尘堵塞、除臭性较差、细菌过滤率BFE(Bacterial Filteration Efficiency)低于95％，颗粒过滤率PFE(Partical Filteration Efficiency)低于95％，使用寿命短，使用成本较高等不足。
因此，有必要针对新型冠状病毒特性及传播特点，设计开发一种适合多场景 (户外、居家、人群密集场所或医疗救护等)使用、过滤效果高且防护新型冠状病毒彻底，呼吸通畅、可循环使用的抗新型冠状病毒专门口罩。
氟化石墨烯成膜型好、抗菌功效突出等特点。且氟化石墨烯氟化比例可调。氟离子本身就具有很强的杀菌效果(杨子辉,田昊,刘伊瑶.含氟杀菌剂品种及中间体评述[J].中国农药，2017，13：68)。
发明内容
为了弥补现有技术中存在的不足，本发明提供了一种预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩，包括多层结构的口罩主体，所述口罩主体上设有鼻梁条和耳挂，所述口罩主体包括一级过滤层、二级过滤层及透气降温层，所述一级过滤层表面覆盖有氟化石墨烯膜，所述二级过滤层含有至少一块氟化石墨烯熔喷布，所述透气降温层为银纤维网眼布包裹石墨烯硅藻瓷。所述银纤维网眼布的孔径在2-50目之间，厚度为0.25-1.2mm。
进一步的，所述石墨烯硅藻瓷为球形，其直径为0.1-3mm。
进一步的，所述二级过滤层还含有分设于所述氟化石墨烯熔喷布两侧的防水无纺布和吸湿无纺布。所述防水无纺布和吸湿无纺布的纤维直径在15-30μm之间。
进一步的，所述二级过滤层内含有三块氟化比例递增或递减的氟化石墨烯熔喷布。
进一步的，含有1块氟化石墨烯熔喷布执行国标GB2626-2006(口罩工业标准)，KN90(PFE≥90％)。适合于常规户外、家庭、有一定人流量的公共场所等。含有3块氟化比例递增或递减的氟化石墨烯熔喷布执行医用防护口罩 GB19083-2010标准：PFE(0.3微米颗粒过滤率：I级大于等于95％)；合成血液穿透率：80mmHg(兼具工业级N95(PFE)和医用抗菌性(BFE)，还防血液溅射，隔离病房内插管、切开等高危工作环境必须佩戴此该口罩)。适合传染病医院医护人员使用、也适合人流较为密集的火车站、汽车站、地铁、餐馆、学校等场所人群使用。
进一步的，所述口罩主体还包括接触面部的亲肤层和外纺层，所述鼻梁条设于所述亲肤层表面且其被一鼻贴部覆盖，所述外纺层、所述一级过滤层、所述二级过滤层、所述透气降温层、所述亲肤层依次层叠设置。
进一步的，所述亲肤层的材料为蚕蛹蛋白纤维布，所述鼻贴部的长度6-10cm，宽度0.8-2cm，高度0.25-0.5cm，材料为聚乳酸、水性聚氨酯、硅橡胶、聚酸酐、聚膦腈、PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)-PEG(聚乙二醇)-PLGA (聚乳酸-羟基乙酸共聚物)三嵌段共聚物水凝胶、甲壳胺-明胶医用薄膜中的任意一种。
进一步的，所述一级过滤层的制备方法为：
S101、将氟化石墨烯(可根据灭菌特性选择不同氟化比例的氟化石墨烯)分散到溶剂中制成分散液；所述溶剂为水、乙醇或N-甲基吡咯烷酮，所述分散液浓度为0.1-1.0mg/ml。
S102、取质量为氟化石墨烯添加量3-10％的粘合剂加入到上述分散液中，加热搅拌25-50min；所述粘合剂为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、壳聚糖中的任意一种。
S103、采用静电纺丝法将步骤S102处理后的分散液在无纺布上纺丝，即可制得含有覆盖有石墨烯膜的一级过滤层；所述静电纺丝法的工作电压为 10-100kV，静电纺丝工作时间为1-6h，温度25-80℃，喷射距离为10-30cm。
采用上述方法制备的一级过滤层，其石墨烯膜的孔隙率可达到60-98％，纤维直径可达到0.02-3μm。该一级过滤层不仅具有较好透气性，还有较好的灭菌消毒(含新型冠状病毒)特性，且灭菌特性可通过调节氟化石墨烯的氟化比例进行调节。
进一步的，所述二级过滤层中，氟化石墨烯熔喷布的制备方法为：
S201、将氟化石墨烯(可根据灭菌特性选择不同氟化比例的氟化石墨烯)通过球磨机或气流粉碎机粉碎成粒径2-6微米的氟化石墨烯粉末，将高分子材料 80-99份和液体石蜡1-2份共同加入搅拌机中，以100-300转/min的速度搅拌 3-8min，得到混合物；所述高分子材料为聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、PA6(尼龙 6)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、丙纶、聚砜中的任意一种。
S202、取所述氟化石墨烯粉末1-8份加入至所述混合物中，在搅拌机中以 2000-6000转/min高速混合7-10min后，用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度设定为165-175℃，主机转速为500-800转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强高分子色母粒；所得氟化石墨烯增强高分子色母粒满足 GB/T 30923-2014等国标要求，可作为熔喷料使用。熔体质量流动速率≥1000。
上述过程中加入的液体石蜡具有良好的流动相和浸润性，可将氟化石墨烯均匀地黏合在高分子色母粒表面，而且氟化石墨烯本身也有较好的润滑性，增强了其在高分子色母粒表面的附着力。液体石蜡不仅减少氟化石墨烯团聚，有助于色母粒的挤出效应，也可随着后续的高温过程挥发掉。
S203、所述氟化石墨烯增强高分子色母粒再通过螺杆挤出机进行搅拌、挤出 (I区进料区，175-185℃)和熔融(II区熔融段，275-290℃)，得到氟化石墨烯增强高分子熔体；所述氟化石墨烯增强高分子熔体经挤出机III区计量段 (295-320℃)和IV区输送段(285-295℃)后，定量输送到喷丝头(V区，320-350℃)，采用高速热空气气流对挤出的熔体流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，收集后得到纤维直径0.25-2.0微米的氟化石墨烯熔喷布。
上述氟化石墨烯熔喷布通过高压驻极处理可提高过滤效率，孔隙率大于等于75％，克重在18-500g/m2之间，宽幅一般在160-180cm之间，其具有低阻、高效、高容尘等特点。所述高压驻极处理的方式为：利用一个均匀电场引起空气局部击穿的电晕放电产生离子束轰击电介质，并使离子电荷沉积于电介质中，材料便带上电荷。
驻极处理使得过滤材料纤维带有电荷，结合熔喷超细纤维材料致密的特点，因此带电纤维间形成了大量的电极，带电纤维不仅能够像磁铁一样吸引环境中大部分的带电微粒，同时也可将未带电的部分颗粒极化，进而吸附一些粒径较小的污染物，甚至新冠病毒、绿脓杆菌等这种纳米级的病毒物质也可进行静电吸附或电荷相斥阻隔。
上述氟化石墨烯熔喷布的制备方法中，可通过控制氟化石墨烯的氟化比例和孔径大小，达到不同的过滤和抗菌效果，从而实现不同场景下的抗病毒需求。
进一步的，所述一级过滤层或所述氟化石墨烯熔喷布的制备方法中，所述氟化石墨烯通过以下方法制备：
S301、将325目的1.5-1.8g氟化石墨(其氟化比例可为F0.25，F0.45，F0.6， F0.8，F1.0，F1.1等)加入到12ml浓H2SO4、2.5g K2S2O8和2.5g P2O5的混合物中，加热至80℃，磁力搅拌5小时后冷却到室温；
S302、将上述混合物倾入500ml去离子水中，静置过夜，然后将静置物经0.2μm微孔滤膜过滤，洗涤并自然晾干，得预氧化石墨；
S303、将所述预氧化石墨加入到0℃的120ml浓H2SO4中，缓慢加入15g KMnO4，并控制反应温度在20℃搅拌，KMnO4加完后控制反应温度在35℃，搅拌4小时，再加入250ml去离子水，外围冰浴控制温度在50℃以下，再搅拌 1.5小时；
S304、再加入700ml去离子水，半小时后，逐滴滴入20ml 30％H2O2，得到棕黄色混合物，过滤该棕黄色混合物，用1L盐酸(1:10)酸洗，再用1L去离子水水洗，得棕色固体，室温干燥；
S305、将所述棕色固体制成水分散液(0.5％w/w)，连续透析一周，过滤，洗涤，再分散超声，过滤后60℃真空干燥24小时，即可制得氟化石墨烯。
使用该方法制得的氟化石墨烯还可根据实际需要，通过功能化修饰制备成银 /氧化氟化石墨烯、银/氟化石墨烯、银/铁酸钴/氟化石墨烯、四氧化三铁/氟化石墨烯、氧化钇/氟化石墨烯、氯氧化铋/氟化石墨烯、溴氧化铋/氟化石墨烯、二氧化钛/氟化石墨烯、二氧化钛/银/氟化石墨烯、氧化锌/氟化石墨烯中的任意一种。
进一步的，所述石墨烯硅藻瓷包括以下重量比的原料炼制而成：
硅藻土37.2-50.0％、高岭土16.5-20.6％、长石11.6-15.4％、石墨烯2.2-5.0％、氧化铝3.0-5.0％、硼玻璃2.6-4.0％、滑石粉2.8-4.6％、石英石粉4.2-6.5％。
相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：
本发明的预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩，充分地利用了氟化石墨烯的灭菌消毒特性，含有氟化石墨烯的一级过滤层和二级过滤层可灭杀包括新冠病毒内的大部分细菌和病毒，并且可通过调节氟化石墨烯的氟化比例改变其抗菌消毒性能，以适合不同场景使用(户外、居家、人群密集场所、医疗机构等)；透气降温层的设置可改善让佩戴者呼吸通畅，始终给人凉爽舒适的感觉，且填充的石墨烯硅藻瓷可辅助进行杀菌消毒。
经测试，本发明的预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩对PM2.5过滤效率在98.3-99.7％之间，抗金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、溶血性链球菌、新型冠状病毒等综合抗菌率在95.3-97.4％之间，透气性在47-86Pa/cm2之间，可有效阻隔飞沫、尘埃、尾气、花粉、病毒微生物等污染物传播。
附图说明
图1是实施例1的预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩的结构图；
图2是实施例2、3的预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩的结构图。
其中：1、外纺层；11、耳挂；2、一级过滤层；21、氟化石墨烯膜；3、二级过滤层；31、防水无纺布；32、氟化石墨烯熔喷布；33、吸湿无纺布；4、透气降温层；41、银纤维网眼布；42、石墨烯硅藻瓷；5、亲肤层；51、鼻梁条； 52、鼻贴部。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1所示，一种预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩，口罩主体包括依次层叠的外纺层1、一级过滤层2、二级过滤层3、透气降温层4和亲肤层5。外纺层1采用聚丙烯纺粘无纺布，其两侧设有聚丙烯纺粘无纺布材质的伸缩耳挂 11。
一级过滤层2表面覆盖有氟化石墨烯膜21，该氟化石墨烯膜21的孔隙率为 69％，纤维直径为0.05μm。一级过滤层2具有具有较好透气性，还有较好的灭菌杀毒(含新型冠状病毒)特性，其制备方法如下：
1.1制备F0.25氟化石墨烯
将F0.25取代的氟化石墨1.6g(325目)加入到12ml浓H2SO4，2.5g K2S2O8和2.5gP2O5的混合物中，加热上述混合体系至80℃，保持该温度，磁力搅拌5 小时。随后冷却反应体系至室温，将混合物倾入500ml去离子水中，静置过夜。第二日将上述静置物经0.2μm微孔滤膜过滤，洗涤并自然晾干，得预氧化石墨。将该预氧化的石墨加入到0℃的浓H2SO4(120ml)中，随后缓慢加入15g KMnO4，并控制反应温度在20℃搅拌。高锰酸钾加毕，控制反应体系在35℃搅拌4小时，随后，加入250ml去离子水，并通过外围冰浴控制温度在50℃以下。搅拌1.5小时后，再加入700ml去离子水，半小时后，逐滴滴入20ml 30％ H2O2，反应体系迅速由棕色转变为棕黄色。撤去搅拌装置，过滤该棕黄混合物，用1:10HCl(1L)洗涤以除去金属离子，随后再用1L去离子水反复洗涤，得棕色固体，室温干燥后，将上述棕色固体制成水分散液(0.5％w/w)，连续透析一周，最后过滤，洗涤，重新分散超声1小时，过滤，60℃真空干燥24小时，即可制备得到F0.25取代的氟化石墨烯氧化物。
1.2制备一级过滤层
将上述F0.25取代的氟化石墨烯均匀分散到乙醇中，制备分散浓度0.5mg/ml 的分散液，取5％氟化石墨烯添加量的聚乙烯醇粘合剂，加入到氟化石墨烯分散液中，并加热至40℃搅拌30min，采用静电纺丝法(工作电压为40kV，工作时间为2.5h，温度45℃，喷射距离为15cm)将稠的分散液在无纺布上纺丝，即制得覆盖有石墨烯膜的一级过滤层。
二级过滤层3包括依次排布的防水无纺布31、氟化石墨烯熔喷布32和吸湿无纺布33。其中，防水无纺布31主要用于隔绝患者喷出的液体，起到防飞沫的效果；吸湿无纺布33为普通无纺布，主要是吸湿功能；防水无纺布31和吸湿无纺布33的纤维均为20μm。氟化石墨烯熔喷布32的制备方法如下：
预先将F0.5的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在4微米。将聚丙烯85份和液体石蜡1份共同加入搅拌机中以150转/分钟搅拌4分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末3份加入到混合物中，在搅拌机中以3000转/min 高速混合8分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为165℃，主机转速为600转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强聚丙烯色母粒。
将上述制备的F0.5氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区，178℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，280℃))熔融形成氟化石墨烯增强聚乳酸熔体。所得熔体经III区计量段(300℃)和IV区输送段(290℃)定量输送到喷丝头(V区，330℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布32。
该氟化石墨烯熔喷布32纤维直径范围0.3微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重40g/m2，宽幅180cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。本方法所制二级过滤层为工业级石墨烯三层熔喷过滤布，执行国标 GB2626-2006(口罩工业标准)，KN90(PFE≥90％)。
透气降温层4为银纤维网眼布41包裹石墨烯硅藻瓷42。其中，银纤维网眼布41孔径为10目，厚度为0.8mm，其能够有效改善现有口罩的透气性差的问题，使口罩佩戴舒适，而且其还可以对口罩起到一定的支撑作用。
由于银可以和病菌或病菌孢子中的DNA结合。与DNA碱基结合的银离子彼此形成交叉链接，置换了嘌呤和嘧啶中相邻氮之间的氢键，导致细菌DNA结构的变性，抑制了DNA复制，使细菌失活。也可以和病原体代谢酶中的巯基结合,使酶失活,病原体不能代谢而死亡。因而，银纤维网眼布有望具有较好的灭杀细菌或病毒功效(含新冠病毒)。
石墨烯硅藻瓷42为球形，直径为0.6mm，其由以下重量比例的原料烧制而成：硅藻土45.0％、高岭土18.1％、长石12.5％、石墨烯3.5％、氧化铝4.0％、硼玻璃2.9％、滑石粉3.0％、石英石粉5.3％。石墨烯硅藻瓷原料无毒副作用，适用于高温使用，该降温层可让佩戴者呼吸通畅，始终给人凉爽舒适的感觉，而且，由于添加有具有出色的细菌灭杀功效的石墨烯纳米材料，其具有较好的抗菌特性。
亲肤层5的材质为蚕蛹蛋白纤维布，蕴含有18种氨基酸，亲肤性好，吸湿透气。亲肤层5贴合鼻梁处设有铝材质的鼻梁条51，鼻梁条51表面覆盖有鼻贴部52。鼻贴部52可与面部、鼻梁处皮肤紧密贴合，避免病毒和污染物从缝隙侵入。鼻贴部52的长度6cm，宽度1.2cm，高度0.25cm，采用材料为聚乳酸。
本实施例的氟化石墨烯口罩适用于常规户外、家庭、有一定人流量的公共场所等。经测试，本实施的氟化石墨烯口罩对PM2.5过滤效率在98.6％左右，抗金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、溶血性链球菌、新型冠状病毒等综合抗菌率在96.1％左右。透气性53Pa/cm2以下，可有效阻隔飞沫、尘埃、尾气、花粉、病毒微生物等污染物传播。
实施例2
如图2所示，一种预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩，口罩主体包括依次层叠的外纺层1、一级过滤层2、二级过滤层3、透气降温层4和亲肤层5。外纺层1采用竹纤维布，其两侧设有聚丙烯纺粘无纺布材质的伸缩耳挂11。
一级过滤层2表面覆盖有氟化石墨烯膜21，该氟化石墨烯膜21的孔隙率为 92％，纤维直径为0.041μm。一级过滤层2具有具有较好透气性，还有较好的灭菌杀毒(含新型冠状病毒)特性，其制备方法如下：
2.1制备F0.8氟化石墨烯
将F0.8取代的氟化石墨1.8g(325目)加入到12ml浓H2SO4,2.5g K2S2O8和2.5g P2O5的混合物中，加热上述混合体系至80℃，保持该温度，磁力搅拌5 小时。随后冷却反应体系至室温，将混合物倾入500ml去离子水中，静置过夜。第二日将上述静置物经0.2μm微孔滤膜过滤，洗涤并自然晾干，得预氧化石墨。将该预氧化的石墨加入到0℃的浓H2SO4(120ml)中，随后，缓慢加入15g KMnO4，并控制反应温度在20℃搅拌。高锰酸钾加毕，控制反应体系在35℃搅拌4小时，随后，加入250ml去离子水，并通过外围冰浴控制温度在50℃以下。搅拌1.5小时后，再加入700ml去离子水，半小时后，逐滴滴入20ml 30％ H2O2，反应体系迅速由棕色转变为棕黄色。撤去搅拌装置，过滤该棕黄混合物，用1:10HCl(1L)洗涤以除去金属离子，随后再用1L去离子水反复洗涤，得棕色固体，室温干燥后，将上述棕色固体制成水分散液(0.5％w/w)，连续透析一周，最后过滤，洗涤，重新分散超声1小时，过滤，60℃真空干燥24小时，即可制备得到F0.8取代的氟化石墨烯氧化物。
2.2制备一级过滤层
将上述F0.8取代的氟化石墨烯均匀分散到乙醇中，制备分散浓度0.6mg/ml 的分散液，取6％氟化石墨烯添加量的聚乙烯醇缩丁醛酯粘合剂，加入到氟化石墨烯分散液中，并加热至50℃搅拌35min，采用静电纺丝法(工作电压为60kV，工作时间为3.2h，温度60℃，喷射距离为20cm)将稠的分散液在无纺布上纺丝，即制得覆盖有石墨烯膜的一级过滤层。
二级过滤层3包括依次排布的防水无纺布31、氟化石墨烯熔喷布32和吸湿无纺布33。其中，防水无纺布31主要用于隔绝患者喷出的液体，起到防飞沫的效果；吸湿无纺布33为普通无纺布，主要是吸湿功能；防水无纺布31和吸湿无纺布33的纤维均为18μm。氟化石墨烯熔喷布32共有三块，分别为M1(靠近口鼻一层)、M2(中间层)、M3(远离口鼻一层)，各块的制备方法如下：
M1：预先将F0.25的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在5微米。将聚对苯二甲酸乙二醇酯92份和液体石蜡1.5份共同加入搅拌机中以150转/分钟搅拌5分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末2份加入到混合物中，在搅拌机中以2500转/min高速混合8分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为168℃，主机转速为550转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强PET色母粒。
将上述制备的F0.25氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区，178℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，282℃))熔融形成氟化石墨烯增强PET熔体。所得熔体经III区计量段(300℃)和IV区输送段(288℃)定量输送到喷丝头(V区，335℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布M1。该氟化石墨烯熔喷布M1纤维直径范围0.8微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重55g/m2，宽幅160cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。
M2：预先将F0.45的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在3微米。将聚丙烯85份和液体石蜡1份共同加入搅拌机中以180转/分钟搅拌3分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末4份加入到混合物中，在搅拌机中以2200转 /min高速混合9分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为172℃，主机转速为650转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强聚丙烯色母粒。
将上述制备的F0.45氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区，183℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，288℃)熔融形成氟化石墨烯增强聚丙烯熔体。所得熔体经III区计量段(310℃)和IV区输送段(287℃)定量输送到喷丝头(V区，335℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布M2。该氟化石墨烯熔喷布M2纤维直径范围0.9微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重52g/m2，宽幅160cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。
M3：预先将F1.0的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在3微米。将PA6材料86份和液体石蜡1份共同加入搅拌机中以220转/分钟搅拌7分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末1-8份加入到混合物中，在搅拌机中以3000 转/min高速混合8分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为166℃，主机转速为650转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强尼龙6色母粒。
将上述制备的F1.0氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区，177℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，283℃)熔融形成氟化石墨烯增强聚丙烯熔体。所得熔体经III区计量段(308℃)和IV区输送段(292℃)定量输送到喷丝头(V区，337℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布M3。该氟化石墨烯熔喷布 M3纤维直径范围1.1微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重45g/m2，宽幅160cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。
透气降温层4为银纤维网眼布41包裹石墨烯硅藻瓷42。其中，银纤维网眼布41孔径为6目，厚度为0.5mm，其能够有效改善现有口罩的透气性差的问题，使口罩佩戴舒适，而且其还可以对口罩起到一定的支撑作用。
由于银可以和病菌或病菌孢子中的DNA结合。与DNA碱基结合的银离子彼此形成交叉链接，置换了嘌呤和嘧啶中相邻氮之间的氢键，导致细菌DNA结构的变性，抑制了DNA复制，使细菌失活。也可以和病原体代谢酶中的巯基结合,使酶失活,病原体不能代谢而死亡。因而，银纤维网眼布有望具有较好的灭杀细菌或病毒功效(含新冠病毒)。
石墨烯硅藻瓷42为球形，直径为0.75mm，其由以下重量比例的原料烧制而成：硅藻土43.6％、高岭土17.3％、长石12.9％、石墨烯3.2％、氧化铝4.0％、硼玻璃3.0％、滑石粉3.2％、石英石粉4.8％。石墨烯硅藻瓷原料无毒副作用，适用于高温使用，该降温层可让佩戴者呼吸通畅，始终给人凉爽舒适的感觉，而且，由于添加有具有出色的细菌灭杀功效的石墨烯纳米材料，其具有较好的抗菌特性。
亲肤层5的材质为蚕蛹蛋白纤维布，蕴含有18种氨基酸，亲肤性好，吸湿透气。亲肤层5贴合鼻梁处设有铝材质的鼻梁条51，鼻梁条51表面覆盖有鼻贴部52。鼻贴部52可与面部、鼻梁处皮肤紧密贴合，避免病毒和污染物从缝隙侵入。鼻贴部52的长度8cm，宽度1.2cm，高度0.30cm，采用材料为硅橡胶。
本实施例的氟化石墨烯口罩适合常传染病医院医护人员使用、也适合人流较为密集的火车站、汽车站、地铁、餐馆、学校等场所人群使用。经测试，所制备预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩对PM2.5过滤效率在98.7％以上，抗金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、溶血性链球菌、新型冠状病毒等综合抗菌率在96.2％以上。透气性在53Pa/cm2以下，可有效阻隔飞沫、尘埃、尾气、花粉、病毒微生物等污染物传播。
实施例3
如图2所示，一种预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩，口罩主体包括依次层叠的外纺层1、一级过滤层2、二级过滤层3、透气降温层4和亲肤层5。外纺层1采用苎麻纤维布，其两侧设有聚丙烯纺粘无纺布材质的伸缩耳挂11。
一级过滤层2表面覆盖有氟化石墨烯膜21，该氟化石墨烯膜21的孔隙率为 81％，纤维直径为1.05μm。一级过滤层2具有具有较好透气性，还有较好的灭菌杀毒(含新型冠状病毒)特性，其制备方法如下：
3.1制备F0.8氟化石墨烯
将F0.8取代的氟化石墨1.7g(325目)加入到12ml浓H2SO4,2.5g K2S2O8和2.5g P2O5的混合物中，加热上述混合体系至80℃，保持该温度，磁力搅拌5 小时。随后冷却反应体系至室温，将混合物倾入500ml去离子水中，静置过夜。第二日将上述静置物经0.2μm微孔滤膜过滤，洗涤并自然晾干，得预氧化石墨。将该预氧化的石墨加入到0℃的浓H2SO4(120ml)中，随后，缓慢加入15g KMnO4，并控制反应温度在20℃搅拌。高锰酸钾加毕，控制反应体系在35℃搅拌4小时，随后，加入250ml去离子水，并通过外围冰浴控制温度在50℃以下。搅拌1.5小时后，再加入700ml去离子水，半小时后，逐滴滴入20ml 30％ H2O2，反应体系迅速由棕色转变为棕黄色。撤去搅拌装置，过滤该棕黄混合物，用1:10HCl(1L)洗涤以除去金属离子，随后再用1L去离子水反复洗涤，得棕色固体，室温干燥后，将上述棕色固体制成水分散液(0.5％w/w)，连续透析一周，最后过滤，洗涤，重新分散超声1小时，过滤，60℃真空干燥24小时，即可制备得到F0.8取代的氟化石墨烯氧化物。
3.2制备一级过滤层
将上述F0.8取代的氟化石墨烯均匀分散到乙醇中，制备分散浓度0.35mg/ml 的分散液，取6.5％氟化石墨烯添加量的聚乙烯醇缩丁醛酯粘合剂，加入到氟化石墨烯分散液中，并加热至45℃搅拌35min，采用静电纺丝法(工作电压为55kV，工作时间为3.5h，温度48℃，喷射距离为18cm)将稠的分散液在无纺布上纺丝，即制得覆盖有石墨烯膜的一级过滤层。
二级过滤层3包括依次排布的防水无纺布31、氟化石墨烯熔喷布32和吸湿无纺布33。其中，防水无纺布31主要用于隔绝患者喷出的液体，起到防飞沫的效果；吸湿无纺布33为普通无纺布，主要是吸湿功能；防水无纺布31和吸湿无纺布33的纤维均为22μm。氟化石墨烯熔喷布32共有三块，分别为M1(靠近口鼻一层)、M2(中间层)、M3(远离口鼻一层)，各块的制备方法如下：
M1：预先将F0.25的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在3.2微米。将聚丙烯83份和液体石蜡1.5份共同加入搅拌机中以120转/分钟搅拌4分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末5.5份加入到混合物中，在搅拌机中以300 转/min高速混合7分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为171℃，主机转速为620转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强聚丙烯色母粒。
将上述制备的F0.25氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区，183℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，285℃)熔融形成氟化石墨烯增强聚丙烯熔体。所得熔体经III区计量段(305℃)和IV区输送段(290℃)定量输送到喷丝头(V区，339℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布M1。该氟化石墨烯熔喷布M1纤维直径范围0.28微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重60g/m2，宽幅180cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。
M2：预先将F0.6的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在4微米。将聚乳酸88份和液体石蜡1份共同加入搅拌机中以180转/分钟搅拌3分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末4份加入到混合物中，在搅拌机中以4000转/min高速混合8分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为170℃，主机转速为650转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强聚乳酸色母粒。
将上述制备的F0.6氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区， 185℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，286℃)熔融形成氟化石墨烯增强聚丙烯熔体。所得熔体经III区计量段(315℃)和IV区输送段(293℃)定量输送到喷丝头(V区，340℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布M2。该氟化石墨烯熔喷布 M2纤维直径范围0.47微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重45g/m2，宽幅180cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。
M3：预先将F1.1的氟化石墨烯通过球磨机粉碎，所得粒径控制在4.6微米。将聚砜92份和液体石蜡1份共同加入搅拌机中以160转/分钟搅拌6分钟。随后将前述预处理的氟化石墨烯粉末3份加入到混合物中，在搅拌机中以3200转/min 高速混合8分钟，将混合物用双螺杆挤出机挤出，挤出机中6个温区温度均设定为175℃，主机转速为5200转/分钟，挤出物在水中冷却硬化后得到氟化石墨烯增强聚砜色母粒。
将上述制备的F1.1氟化石墨烯增强高分子母粒通过搅拌、挤出(I区进料区， 180℃)、经料斗经螺杆挤出机(II区熔融段，280℃)熔融形成氟化石墨烯增强聚丙烯熔体。所得熔体经III区计量段(308℃)和IV区输送段(294℃)定量输送到喷丝头(V区，341℃)，采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，上述纤维以随机方向层叠而成，同时自身粘合而成为氟化石墨烯熔喷布M3。该氟化石墨烯熔喷布 M3纤维直径范围0.63微米，通过高压驻极提高过滤效率，其孔隙率≥75％，克重62g/m2，宽幅180cm，具有低阻、高效、高容尘等特点。
透气降温层4为银纤维网眼布41包裹石墨烯硅藻瓷42。其中，银纤维网眼布41孔径为15目，厚度为0.30mm，其能够有效改善现有口罩的透气性差的问题，使口罩佩戴舒适，而且其还可以对口罩起到一定的支撑作用。
由于银可以和病菌或病菌孢子中的DNA结合。与DNA碱基结合的银离子彼此形成交叉链接，置换了嘌呤和嘧啶中相邻氮之间的氢键，导致细菌DNA结构的变性，抑制了DNA复制，使细菌失活。也可以和病原体代谢酶中的巯基结合,使酶失活,病原体不能代谢而死亡。因而，银纤维网眼布有望具有较好的灭杀细菌或病毒功效(含新冠病毒)。
石墨烯硅藻瓷42为球形，直径为0.75mm，其由以下重量比例的原料烧制而成：硅藻土42.3％、高岭土17.8％、长石12.9％、石墨烯3.6％、氧化铝4.8％、硼玻璃2.9％、滑石粉3.5％、石英石粉4.8％。石墨烯硅藻瓷原料无毒副作用，适用于高温使用，该降温层可让佩戴者呼吸通畅，始终给人凉爽舒适的感觉，而且，由于添加有具有出色的细菌灭杀功效的石墨烯纳米材料，其具有较好的抗菌特性。
亲肤层5的材质为蚕蛹蛋白纤维布，蕴含有18种氨基酸，亲肤性好，吸湿透气。亲肤层5贴合鼻梁处设有铝材质的鼻梁条51，鼻梁条51表面覆盖有鼻贴部52。鼻贴部52可与面部、鼻梁处皮肤紧密贴合，避免病毒和污染物从缝隙侵入。鼻贴部52的长度10cm，宽度1.5cm，高度0.35cm，采用材料为PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)-PEG(聚乙二醇)-PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)三嵌段共聚物水凝胶。
本实施例的氟化石墨烯口罩适合传染病医院医护人员使用、也适合人流较为密集的火车站、汽车站、地铁、餐馆、学校等场所人群使用。经测试，所制备预防新型冠状病毒的多场景氟化石墨烯口罩对PM2.5过滤效率在99.6％以上，抗金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、溶血性链球菌、新型冠状病毒等综合抗菌率在97.3％以上。透气性在47Pa/cm2以下，可有效阻隔飞沫、尘埃、尾气、花粉、病毒微生物等污染物传播。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
