[发明专利]一种过滤纤维层及其制备方法和口罩

说明书

本发明涉及一种过滤纤维层及其制备方法和口罩。所述过滤纤维层包含无序交叠的聚合物纤维，可选的是所述聚合物纤维局部融并和/或交互贯穿，并且所述聚合物纤维具有聚合物微球部分‑纤维部分交替分布的结构，所述聚合物微球部分和纤维部分为相同的材料。本发明的过滤纤维层可以作为口罩的过滤层，使得口罩具有较优的过滤效果并且可以水洗后重复使用。

技术领域

本发明涉及一种高效低阻、通过浸泡水洗并晾干后过滤效率不衰减，从而可重复使用的过滤纤维层及其制备方法，还涉及包含其的口罩，属于材料技术领域。

背景技术

随着经济发展与人民生活水平的提升，环境问题与环境安全成为人们关注的焦点。近几十年来工业化的蓬勃发展不可避免的对环境带来了极大污染，有害气体、雾霾、粉尘等都对人们的呼吸系统带来了很大的负担，乃至引发癌症。口罩是大家日常工作与生活中最为常见、防护效果显著且成本较低的工具。现阶段，市场上的口罩商品琳琅满目，其核心是口罩内部起到有效截留粉尘、颗粒以及细菌的过滤层。过滤层大多数是使用熔喷布、无纺布等进行堆叠从而实现高效过滤的目的。近年来，拉伸聚四氟乙烯(PTFE)、静电纺丝纳米纤维等也被用来制备空气滤材。就待祛除粒子的过滤机理而言，一般来说较小(粒径小于300nm)的粒子主要通过布朗运动与滤材的物理拦截进行截留，而较大的粒子(粒径介于300至1000nm)则更多是基于重力沉降与惯性效应被截留。相应地，尺寸在300nm范围的微粒难以被有效截留。除了过滤精度外，作为口罩来说，为了保证佩戴时呼吸顺畅，滤材的低气阻是十分必要的。就已有的技术而言，熔喷布无法达到对300nm范围微粒的有效脱除，且熔喷布过滤机理主要基于其经驻极后带静电而实现截留，水洗后由于失去静电，会带来有效过滤效率的大幅下降。拉伸PTFE滤材虽然具有较好的过滤效率与机械强度，但是PTFE材料本身不易加工，弃用后材料不易降解，不可避免的带来成本较高与环境污染的问题。综上所述，研制过滤效率高、过滤阻力小、可重复使用且规模化制备容易的口罩滤材是迫切需要解决的难题。

就口罩滤材来讲，纳米纤维具备高表面能和高比表面积，较小的纤维直径具有较高的过滤精度与过滤效率；但是，由于细纤维堆积密度大，孔径小，往往伴随带来很高的气体阻力。

目前已有报道，通过多针头混纺粗细纤维、多针头构建多孔纤维与串珠的混合结构以及掺杂无机纳米粒子等方式进行纺丝，降低纤维间堆积密度，使其更加蓬松，从而实现在不牺牲过滤效率的前提下进一步降低滤材气阻。

CN105903271A公布了一种通过改变纺丝液浓度，利用双针头纺丝，构建出多孔纤维和串珠结构的滤材，实现高效低阻。CN105999852B公开了一种具有梯度结构的微珠/纳米纤维复合空气过滤材料及其制备方法，其也利用双针头纺丝，在均匀纳米纤维中引入微珠，以实现高效低阻。

CN104645715A公开了一种口罩过滤材料，其包含过滤夹层，所述过滤夹层由单纤维为均匀圆柱形态的纳米纤维层与单纤维具有串珠结构的纳米纤维层交替层叠构成，以实现高效低阻。

CN104689724A公开了一种有机无机复合纳米纤维膜过滤材料的制备方法，即先将制备好的纳米纤维膜与无机微米颗粒溶于乙醇中制备混合悬浊液，再将悬浊液均匀涂覆于非织造基材表面经干燥后可得有机无机复合纳米纤维膜过滤材料。

CN103706182A公开了一种球线组合型复合纤维空气过滤材料的制备方法，是将二氧化硅微球加入聚砜纺丝液中，经过静电纺丝可以球线组合型纳米纤维膜。

CN105544091A公开了一种纳米纤维复合材料，其将TiO₂纳米颗粒加入PLA纺丝液中进行静电纺丝而成。

然而，如上方法普遍存在步骤复杂，对设备要求高，纺丝均匀性、稳定性不佳的问题。例如，双针头纺丝的两个针头之间会存在互相干扰，影响滤材结构稳定性。