一种口罩用纳米纤维膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及口罩原材料技术领域，具体涉及一种口罩用纳米纤维膜及其制造方法。
背景技术
口罩是一种卫生用品，戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气，以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫进出佩戴者口鼻的作用，口罩对进入肺部的空气有一定的过滤作用，在呼吸道传染病流行时，或者在粉尘等污染的环境中作业时，佩戴适合的口罩能达到有效的防护作用。
现有的口罩中间过滤层一般采用熔喷布，熔喷布主要以聚丙烯为主要原料，熔喷布空隙多、结构蓬松，具有独特的毛细结构的超细纤维增加了单位面积内的纤维数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性和吸油性。熔喷布的电荷吸附能力会随着时间和环境的变化减弱，导致过滤功能逐渐衰减，因此在污染物密集存在、防护要求严格的场所，口罩佩戴2-4小时就需要更换。
但是当呼吸道传染病流行时，口罩需求量激增，熔喷布产量供给不足，无法满足口罩生产的需要，给防护工作造成困难；同时市场上的熔喷布原料价格大幅上涨，进而使得口罩成本提高，不利于市场稳定。因此研究一种成本低、过滤效果好、且能够取代熔喷布作为口罩过滤层的原料是极为必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种口罩用纳米纤维膜及其制造方法，其成本低、过滤效果好，能够取代熔喷布作为口罩过滤层。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种口罩用纳米纤维膜，包括基础层和设置在所述基础层上的纳米纤维膜层，所述基础层为无纺布，所述纳米纤维膜层通过静电纺丝的方式与基础层结合在一起；所述纳米纤维膜层的纤维直径为50-200纳米，孔径为30-90纳米。
本发明口罩用纳米纤维膜，其中的纳米纤维膜层，采用静电纺丝的方式与无纺布结合在一起，纳米纤维膜层的纤维直径更细，孔径更小，其中的纤维是无序、随机分布的，使得具有更大的比表面积和更高的孔隙率，物理过滤能力比熔喷布更强，由于是静电纺丝制成，其同时具有良好的静电吸附过滤的能力，使该纳米纤维膜兼具物理过滤与静电吸附过滤的功能，是一种能够取代熔喷布作为口罩中间层的过滤层。
优选的，该纳米纤维膜作为口罩中间隔离层使用，其中纳米纤维膜层与口罩内层相邻，基础层与口罩外层相邻。
优选的，所述纳米纤维膜层的孔隙率为60-80％，使得该纳米纤维膜层具有良好的透气性。
优选的，所述基础层的厚度为45-55微米，所述纳米纤维膜层的厚度为3-5微米。
在同等过滤条件下，本发明纳米纤维膜总体比熔喷布更轻、更薄，透气性更好；现有技术中熔喷布为达到过滤效果的要求，通常会增加一定的厚度，这样做成的口罩比较厚重，同时会产生透气性差、气闷、口罩从两侧漏气等问题，而采用本发明纳米纤维膜的口罩，在具备同等过滤效果的条件下，透气性更好，更轻便，不会产生气闷、口罩从两侧漏气等问题。
优选的，所述纳米纤维膜层以聚偏氟乙烯为原料。
优选的，每平方米的纳米纤维膜层所用的聚偏氟乙烯原料为2-4克。每平方米的纳米纤维膜层用料是很少的，制备的纳米纤维膜过滤层更轻薄，成本更低。
本发明还涉及一种口罩用纳米纤维膜的制造方法，包括下列步骤：
（1）将基材无纺布安装在静电纺丝机的进料辊上，基材无纺布的活动端绕过中间过渡辊卷绕在收卷辊上；
（2）静电纺丝机以聚偏氟乙烯为原料，通过喷头向基材无纺布一侧喷涂形成纳米纤维膜层；
（3）将形成纳米纤维膜层后的基材无纺布进行分切、收卷，得到所述口罩用纳米纤维膜产品。
其中，制备每平方米的纳米纤维膜层所用的聚偏氟乙烯原料为2-4克；所述基材无纺布的厚度为45-55微米，所述纳米纤维膜层的厚度为3-5微米；所述纳米纤维膜层的纤维直径为50-200纳米，孔径为30-90纳米，孔隙率为60-80％。
本发明的有益效果在于：
本发明口罩用纳米纤维膜，采用静电纺丝技术将纳米纤维膜与无纺布结合在一起，形成一种能够取代熔喷布的口罩中间过滤层，其实现了物理过滤和静电吸附过滤双重功能相结合，过滤效果好，透气性好、更轻薄，过滤效果与熔喷布相当甚至更好、防护时间更长，且成本更低。
熔喷布的纤维直径一般是1-5微米，而本发明纳米纤维膜的纤维直径为50-200纳米，孔径为30-90纳米，纤维更加细，空隙更小，物料过滤的效果更好；由于是静电纺丝制成，使该纳米纤维膜兼具物理过滤与静电吸附过滤的功能，过滤效果不受电荷影响，解决了熔喷布随时间和环境变化而产生电荷衰减造成过滤效果降低的问题，与熔喷布相比，可延长20倍的防护时间。该纳米纤维膜不仅成本比熔喷布更低，生产速度也更快，该口罩用纳米纤维膜每天产能可以达到500公斤，可供给口罩生产50万只，能够解决熔喷布因市场需求价格大幅上涨的问题，是一种过滤性能良好、性价比更高的替代产品。
本发明口罩用纳米纤维膜防护口罩，打破了目前口罩中间过滤层只能采用熔喷布的限制，将纳米纤维膜过滤层应用在口罩生产中，有利于稳定市场，缓解因供求不平衡造成的原料价格上涨、口罩成本提高的问题，避免原料供应不足造成的口罩供应短缺的问题。
附图说明
图1为本发明口罩用纳米纤维膜的结构示意图；
图2为纳米纤维膜层的纤维结构放大图；
图中标号，1为基础层；2为纳米纤维膜层。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例1：一种口罩用纳米纤维膜，参见图1，包括基础层1和设置在基础层1上的纳米纤维膜层2，基础层1为无纺布，纳米纤维膜层2通过静电纺丝的方式与基础层1结合在一起；纳米纤维膜层2的纤维直径为50-200纳米，孔径为30-90纳米。其中，纳米纤维膜层2的孔隙率为60-80％；基础层1的厚度为50微米，纳米纤维膜层2的厚度为4微米。纳米纤维膜层2以聚偏氟乙烯为原料，每平方米的纳米纤维膜层2所用的聚偏氟乙烯原料为3克。
该纳米纤维膜作为口罩中间隔离层使用，其中纳米纤维膜层2与口罩内层相邻，基础层1与口罩外层相邻。
实施例2：一种口罩用纳米纤维膜，与实施例1的不同之处在于，基础层1的厚度为45微米，纳米纤维膜层2的厚度为3微米。每平方米的纳米纤维膜层2所用的聚偏氟乙烯原料为2克。
实施例3：一种口罩用纳米纤维膜，与实施例1的不同之处在于，基础层1的厚度为55微米，纳米纤维膜层2的厚度为5微米。每平方米的纳米纤维膜层2所用的聚偏氟乙烯原料为4克。
实施例4：一种口罩用纳米纤维膜的制造方法，包括下列步骤：
（1）将基材无纺布安装在静电纺丝机的进料辊上，基材无纺布的活动端绕过中间过渡辊卷绕在收卷辊上；
（2）静电纺丝机以聚偏氟乙烯为原料，通过喷头向基材无纺布一侧喷涂形成纳米纤维膜层；
（3）将形成纳米纤维膜层后的基材无纺布进行分切、收卷，得到口罩用纳米纤维膜产品。
其中，步骤（2）中制备每平方米的纳米纤维膜层所用的聚偏氟乙烯原料为2-4克；基材无纺布的厚度为45-55微米，纳米纤维膜层的厚度为3-5微米，纳米纤维膜层的纤维直径为50-200纳米，孔径为30-90纳米，孔隙率为60-80％。
采用YY 0469-2011《医用外科口罩》的标准对使用本发明口罩用纳米纤维膜的口罩进行检验，检验项目：颗粒过滤效率（PFE）和压力差（△P），检验结果如下：
由以上检验结果可知，采用本发明纳米纤维膜作为口罩的中间隔离层，其对非油性颗粒的过滤效率达到了78%以上，符合YY 0469-2011《医用外科口罩》的颗粒过滤效率检测标准；口罩两侧面的压力差最大只有38Pa，说明本发明纳米纤维膜的透气性更好，作为口罩的中间层，不会产生气闷、不透气的问题，能够避免因透气性不好而使呼出的空气从口罩两侧跑出，造成口罩的防护性降低的问题。
采用GB 19083-2010《医用防护口罩》的标准对使用本发明口罩用纳米纤维膜的口罩进行检验，检验项目：“过滤效率”、“气流阻力”，检验结果如下：
从以上检测结果可知，在气体流量为85L/min情况下，口罩对非油性颗粒的过滤效率达到了95%的要求，而口罩的吸气阻力也完全符合检测标准，说明采用本发明采用纳米纤维膜层作为口罩的中间过滤层，其过滤效果和透气性均是良好的。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
