摘  要：本發(fā)明公開了一種納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩及其制備方法，為含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲排布形成的規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層，含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲的表面附著有超疏水層；所述含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲的材質(zhì)包括殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇和苧麻纖維，殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇和苧麻纖維的質(zhì)量比為30?45：5?12：5?10：50?70。

 

技術(shù)要點(diǎn)

1.一種納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料，其特征在于：為含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲排布形成的規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層，含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲的表面附著有超疏水層；

所述含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲的材質(zhì)包括殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇和苧麻纖維，殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇和苧麻纖維的質(zhì)量比為30?45：5?12：5?10：50?70。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料，其特征在于：中空微絲的外徑為400?500nm，內(nèi)徑為300?400nm，介孔孔徑為20?40nm。

3.權(quán)利要求1或2所述納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

將苧麻纖維經(jīng)過低堿高溫蒸煮處理，制得苧麻纖維的納米化漿料；

將殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙烯醇按比例加入至苧麻纖維的納米化漿料中，攪拌1?3h，得混合漿液；

將稀釋劑加入所述混合漿液中，稀釋劑為乙酰檸檬酸三丁酯或檸檬酸三丁酯，得生物質(zhì)均質(zhì)溶液；

所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液中，殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇、苧麻纖維、稀釋劑和水的質(zhì)量比為30?45：5?12：5?10：50?70：1?5：200?260；

靜電紡絲噴頭自內(nèi)向外為三層套筒結(jié)構(gòu)，靜電紡絲時(shí)，內(nèi)層套筒中通入高速氣流，中層與內(nèi)層套筒之間通入生物質(zhì)均質(zhì)溶液，外層與中層套筒之間通入熱氣流，制備含有介孔的中空微絲；

中空微絲在微米結(jié)構(gòu)的紡絲模板上排布，形成規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層；

最后，利用低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法對(duì)微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔層表面進(jìn)行超疏水處理，得醫(yī)用口罩材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：苧麻纖維的低堿高溫蒸煮處理的溫度為95?100℃，堿液中NaOH的濃度為

0.3?0.7wt％，蒸煮時(shí)間為60?120min。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：將苧麻纖維蒸煮完成后，采用清水清洗2?4遍，在60?80℃浸泡12?24h，然后利用膠體機(jī)碾磨15?20遍，制備苧麻纖維的納米化漿料。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：靜電紡絲噴頭的由3個(gè)套筒組成，套筒的壁厚為1mm，高速氣流通過的的內(nèi)層套筒的內(nèi)徑為3?5mm，生物基漿料通過的中間套筒的內(nèi)徑為6?8mm，熱氣流通過的外層套筒的內(nèi)徑為9?11mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：所述高速氣流的流速為8?12m/s；所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液的流速為7?11m/s；所述熱氣流的溫度為80?160℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層的厚度為500?600μm，網(wǎng)孔的孔徑為1?5μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，其特征在于：低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法對(duì)微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔層表面進(jìn)行超疏水處理。

10.一種醫(yī)用口罩，其特征在于：其本體的材料為權(quán)利要求1或2所述納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料。

 

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)用口罩領(lǐng)域，具體涉及一種納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料及其制備方法。

 

背景技術(shù)

這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

醫(yī)用防護(hù)口罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般為SMS的三層結(jié)構(gòu)，其中起到過濾細(xì)菌病毒主要作用的是中間超細(xì)熔噴聚丙烯纖維過濾層，此類醫(yī)用防護(hù)口罩存在如下問題需要改進(jìn)：1)聚丙烯為不可降解高分子材料，醫(yī)用口罩廢棄物難以處理，作為一次性產(chǎn)品，口罩大量使用會(huì)帶來一定環(huán)境問題；2)現(xiàn)有醫(yī)用防護(hù)口罩過濾層的熔噴類纖維多為實(shí)心纖維，纖維自身無透氣性，纖維高密度排列，口罩透氣性有待提高；3)現(xiàn)有醫(yī)用防護(hù)口罩表面材料具有疏水性質(zhì)，并不具有表面超疏水特性，液體在口罩外表面長(zhǎng)時(shí)間停留，部分小液滴可滲透到口罩內(nèi)層導(dǎo)致感染，一定時(shí)間需要更換，存在防護(hù)隱患。

 

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩及其制備方法，該醫(yī)用口罩材料具有高透氣、超疏水、抑菌，可生物全降解等特征，具有良好的實(shí)際效用和應(yīng)用價(jià)值。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供一種納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料，為含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲排布形成的規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層，含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲的表面附著有超疏水層；

所述含介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲的材質(zhì)包括殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇和苧麻纖維，殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇和苧麻纖維的質(zhì)量比為30?45：5?12：5?10：50?70。

在一些實(shí)施例中，中空微絲的外徑為400?500nm，內(nèi)徑為300?400nm，介孔孔徑為20?40nm。

第二方面，本發(fā)明提供一種納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的制備方法，包括如下步驟：

將苧麻纖維經(jīng)過低堿高溫蒸煮處理，制得苧麻纖維的納米化漿料；

將殼聚糖、海藻酸鈉和聚乙烯醇按比例加入至苧麻纖維的納米化漿料中，攪拌1?3h，得混合漿液；

將稀釋劑加入所述混合漿液中，稀釋劑為乙酰檸檬酸三丁酯或檸檬酸三丁酯，得生物質(zhì)均質(zhì)溶液；

所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液中，殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇、苧麻纖維、稀釋劑和水的質(zhì)量比為30?45：5?12：5?10：50?70：1?5：200?260；

靜電紡絲噴頭自內(nèi)向外為三層套筒結(jié)構(gòu)，靜電紡絲時(shí)，內(nèi)層套筒中通入高速氣流，中層與內(nèi)層套筒之間通入生物質(zhì)均質(zhì)溶液，外層與中層套筒之間通入熱氣流，制備含有介孔的中空微絲；

中空微絲在微米結(jié)構(gòu)的紡絲模板上排布，形成規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層；

最后，利用低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法對(duì)微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔層表面進(jìn)行超疏水處理，得醫(yī)用口罩材料。

殼聚糖的作用：作為基體，殼聚糖起到抑菌的作用。

海藻酸鈉的作用：起到粘結(jié)劑，和穩(wěn)定劑的作用，將其他幾種物質(zhì)粘結(jié)在一起，同時(shí)具有良好生物相容性。

聚乙烯醇的作用：提高纖維粘結(jié)強(qiáng)度。

苧麻纖維的作用：作為纖維的組織架構(gòu)，起到增強(qiáng)作用。

稀釋劑的作用：相分離劑，以制備介孔。

在一些實(shí)施例中，苧麻纖維的低堿高溫蒸煮處理的溫度為95?100℃，堿液中NaOH的濃度為0.3?0.7wt％，蒸煮時(shí)間為60?120min。

低堿高溫蒸煮的目的是去除苧麻纖維表面的蠟質(zhì)、灰質(zhì)、果膠等雜質(zhì)。

優(yōu)選的，將苧麻纖維蒸煮完成后，采用清水清洗2?4遍，在60?80℃浸泡12?24h，然后利用膠體機(jī)碾磨15?20遍，制備苧麻纖維的納米化漿料。

浸泡目的使苧麻纖維結(jié)構(gòu)變得松軟，有利于下一步的膠體機(jī)碾磨為納米纖維漿料。

在一些實(shí)施例中，靜電紡絲噴頭的由3個(gè)套筒組成，套筒的壁厚為1mm，高速氣流通過的的內(nèi)層套筒的內(nèi)徑為3?5mm，生物基漿料通過的中間套筒的內(nèi)徑為6?8mm，熱氣流通過的外層套筒的內(nèi)徑為9?11mm。

優(yōu)選的，所述高速氣流的流速為8?12m/s；所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液的流速為7?11m/s；所述熱氣流的溫度為80?160℃。

高速氣流的作用是形成纖維中間的中空結(jié)構(gòu)，同時(shí)帶動(dòng)纖維前進(jìn)，提高紡絲的生產(chǎn)效率。

熱氣流的作用是實(shí)現(xiàn)相分離，使稀釋劑在纖維生成過程中分離出來，以形成介孔。

在一些實(shí)施例中，所述規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層的厚度為500?600μm，網(wǎng)孔的孔徑為1?5μm。

第三方面，本發(fā)明提供一種醫(yī)用口罩，其本體的材料為所述納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料。

上述本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例取得的有益效果如下：

不同于現(xiàn)有口罩運(yùn)用聚丙烯材料，本發(fā)明以天然生物質(zhì)材料為原料制備醫(yī)用防護(hù)口罩，可生物全降解，廢棄物綠色無污染；利用合理的復(fù)合微觀體系實(shí)現(xiàn)材料高透氣性。

通過低溫等離子體增強(qiáng)的氣相沉積法在材料表面制備疏水層實(shí)現(xiàn)材料表面超疏水，實(shí)現(xiàn)高透氣超疏水兩種功能協(xié)同存在。

此外，常規(guī)納米級(jí)纖維為實(shí)心纖維，自身不具備透氣性，本發(fā)明將靜電紡絲?相分離復(fù)合技術(shù)和微流控(3層套筒結(jié)構(gòu)，每層套筒中不同的流體，內(nèi)層為高速氣流，中間層為生物基漿料，外層為高溫氣流)的思想融合，設(shè)計(jì)出靜電紡絲聯(lián)合射流噴頭，制備了內(nèi)部中空的納米級(jí)纖維，且纖維外壁具有更小尺寸的介孔結(jié)構(gòu)，纖維自身具有透氣性，極大地提高了織構(gòu)物的透氣性能。

 

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。除非另有指明，本發(fā)明使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

 

實(shí)施例1

(1)選取苧麻纖維經(jīng)過低堿高溫蒸煮處理，高溫溫度為100℃，低堿采用0.5wt％的NaOH溶液，蒸煮時(shí)間為60分鐘，蒸煮后的植物纖維經(jīng)清水清洗3遍，在60℃條件下浸泡12h，利用SuperMasscolloider(膠體機(jī))碾磨15遍，制備苧麻纖維的納米化漿料。

(2)稱取殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇，放入到苧麻纖維納米漿料中，利用磁力攪拌機(jī)均勻攪拌2h。

(3)按重量比例稱取稀釋劑乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)，放入到步驟(2)中的混合溶液中，利用磁力攪拌機(jī)快速攪拌1h。

殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇、苧麻纖維、稀釋劑和水的質(zhì)量比為30：5：6：50：1：200。

(4)將步驟(3)中的混合漿料放到具有特殊結(jié)構(gòu)噴頭的靜電紡絲機(jī)中，特殊結(jié)構(gòu)的噴頭如圖2所示，利用靜電紡絲?相分離復(fù)合技術(shù)制備含有介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲。靜電紡絲噴頭自內(nèi)向外為三層套筒結(jié)構(gòu)，靜電紡絲時(shí)，內(nèi)層套筒中通入高速氣流，中層與內(nèi)層套筒之間通入生物質(zhì)均質(zhì)溶液，外層與中層套筒之間通入熱氣流。

所述高速氣流的流速為10m/s；所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液的流速為10m/s；所述熱氣流的溫度為150℃。

含有介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲如圖3所示，熱能是引起相分離的一個(gè)重要的參數(shù)，隨著溫度降低聚合物逐漸固化，稀釋劑也從均相體系中脫離出來，從而在中空纖維壁上形成大量的介孔結(jié)構(gòu)。

(5)將步驟(4)中制備的中空微絲在微米結(jié)構(gòu)的紡絲模板上排布，形成規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層的厚度為500?600μm，網(wǎng)孔的孔徑為1?5μm。

最后，通過低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法對(duì)敷料表面進(jìn)行超疏水處理，利用疏水表面的微尺寸界面效應(yīng)獲得超疏水?高透氣協(xié)同作用的醫(yī)用防護(hù)口罩材料。

制備的納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料的實(shí)物如圖4(a)所示，其在不同pH值下的水接觸角如圖4(b)所示，結(jié)果顯示不同pH值下的水接觸角均大于150°，具有明顯超疏水特征。

  

圖4

此外，測(cè)試了其透氣率，采用YG(B)461G織物透氣性能測(cè)試儀進(jìn)行透氣性測(cè)試，測(cè)試原理如圖5所示，在100Pa壓差條件下，測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)試樣表面通過的氣體流量，測(cè)試結(jié)果顯示，其透氣率達(dá)到2600mm/s，具有高透氣性。

 

實(shí)施例2

納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料制備方法，如圖1所示，包括以下步驟：

  

圖1

(1)選取苧麻纖維經(jīng)過低堿高溫蒸煮處理，高溫溫度為100℃，低堿采用0.5wt％的NaOH溶液，蒸煮時(shí)間為120分鐘，蒸煮后的植物纖維經(jīng)清水清洗4遍，在70℃條件下浸泡20h，利用SuperMasscolloider(膠體機(jī))碾磨20遍，制備苧麻纖維的納米化漿料。

(2)稱取殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇，放入到苧麻纖維納米漿料中，利用磁力攪拌機(jī)均勻攪拌2h。

(3)按重量比例稱取稀釋劑乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)，放入到步驟(2)中的混合溶液中，利用磁力攪拌機(jī)快速攪拌1h

殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇、苧麻纖維、稀釋劑和水的質(zhì)量比為45：10：10：60：4：250。

(4)將步驟(3)中的混合漿料放到具有特殊結(jié)構(gòu)噴頭的靜電紡絲機(jī)中，特殊結(jié)構(gòu)的噴頭如圖2所示，利用靜電紡絲?相分離復(fù)合技術(shù)制備含有介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲。靜電紡絲噴頭自內(nèi)向外為三層套筒結(jié)構(gòu)，靜電紡絲時(shí)，內(nèi)層套筒中通入高速氣流，中層與內(nèi)層套筒之間通入生物質(zhì)均質(zhì)溶液，外層與中層套筒之間通入熱氣流。

所述高速氣流的流速為8m/s；所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液的流速為11m/s；所述熱氣流的溫度為130℃。

含有介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲如圖3所示，熱能是引起相分離的一個(gè)重要的參數(shù)，隨著溫度降低聚合物逐漸固化，稀釋劑也從均相體系中脫離出來，從而在中空纖維壁上形成大量的介孔結(jié)構(gòu)。

(5)將步驟(4)中制備的中空微絲在微米結(jié)構(gòu)的紡絲模板上排布，形成規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層的厚度為550?600μm，網(wǎng)孔的孔徑為2?4μm。

最后，通過低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法對(duì)敷料表面進(jìn)行超疏水處理，利用疏水表面的微尺寸界面效應(yīng)獲得超疏水?高透氣協(xié)同作用的醫(yī)用防護(hù)口罩材料。

 

實(shí)施例3

納米纖維織構(gòu)超疏水高透氣的生物質(zhì)醫(yī)用口罩材料制備方法，包括以下步驟：

(1)選取苧麻纖維經(jīng)過低堿高溫蒸煮處理，高溫溫度為100℃，低堿采用0.5wt％的NaOH溶液，蒸煮時(shí)間為100分鐘，蒸煮后的植物纖維經(jīng)清水清洗4遍，在80℃條件下浸泡24h，利用SuperMasscolloider(膠體機(jī))碾磨18遍，制備苧麻纖維的納米化漿料。

(2)稱取殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇，放入到苧麻纖維納米漿料中，利用磁力攪拌機(jī)均勻攪拌2h。

(3)按重量比例稱取稀釋劑乙酰檸檬酸三丁酯(ATBC)，放入到步驟(2)中的混合溶液中，利用磁力攪拌機(jī)快速攪拌1h。

殼聚糖、海藻酸鈉、聚乙烯醇、苧麻纖維、稀釋劑和水的質(zhì)量比為40：12：8：70：5：260；

(4)將步驟(3)中的混合漿料放到具有特殊結(jié)構(gòu)噴頭的靜電紡絲機(jī)中，特殊結(jié)構(gòu)的噴頭如圖2所示，利用靜電紡絲?相分離復(fù)合技術(shù)制備含有介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲。靜電紡絲噴頭自內(nèi)向外為三層套筒結(jié)構(gòu)，靜電紡絲時(shí)，內(nèi)層套筒中通入高速氣流，中層與內(nèi)層套筒之間通入生物質(zhì)均質(zhì)溶液，外層與中層套筒之間通入熱氣流。

  

圖2

所述高速氣流的流速為12m/s；所述生物質(zhì)均質(zhì)溶液的流速為8m/s；所述熱氣流的溫度為90℃。

含有介孔結(jié)構(gòu)的中空微絲如圖3所示，熱能是引起相分離的一個(gè)重要的參數(shù)，隨著溫度降低聚合物逐漸固化，稀釋劑也從均相體系中脫離出來，從而在中空纖維壁上形成大量的介孔結(jié)構(gòu)。

  

圖3

(5)將步驟(4)中制備的中空微絲在微米結(jié)構(gòu)的紡絲模板上排布，形成規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。規(guī)則的微納復(fù)合網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)層的厚度為500?550μm，網(wǎng)孔的孔徑為1?4μm。

最后，通過低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法對(duì)敷料表面進(jìn)行超疏水處理，利用疏水表面的微尺寸界面效應(yīng)獲得超疏水?高透氣協(xié)同作用的醫(yī)用防護(hù)口罩材料。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

 

摘自國(guó)家發(fā)明專利，發(fā)明人：張傳偉 王申 李方義 李劍峰 楊繼華 劉璇 王超，申請(qǐng)?zhí)枺?/font>202310206010.X，申請(qǐng)日：2023.03.06