石墨烯防pm2.5口罩濾片功能層及其在濾片中的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬衛生保健范疇，特別是涉及一種石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層及其在濾片中的應用。
【背景技術】
[0002]當前，中國大氣污染形勢嚴峻。城市大氣環境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標；二氧化硫污染一直在較高水平；機動車尾氣污染物排放總量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趨勢。懸浮顆粒物按粒徑分類主要有PM10 (粒徑小于10微米)、PM2.5、ΡΜ0.1，其中PM2.5含量是國際通用用于觀測城市大氣顆粒物的常用指標。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于
2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。它的直徑還不到人的頭發絲粗細的1/20。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。
[0003]長期在空氣質量較差的環境中生活和工作，不僅會引起呼吸功能下降、呼吸道癥狀加重，還會導致慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫等疾病，嚴重的還會導致肺癌、鼻咽癌患病率的增加。因此，預防吸入懸浮顆粒物刻不容緩。在個人防護PM2.5方面，最有效的手段當屬佩戴口罩，而口罩的主要功能部件是濾片。市面上的濾片主要強調的是過濾功能，且過濾效果參差不齊；不僅如此，濾片即使阻擋了空氣中的PM2.5顆粒物，但被過濾的顆粒和細菌容易附著在口罩(濾片)上貼近口鼻的部位，造成細菌的滋生，形成二次污染，再通過口罩(濾片)滲透進入人體，對人體造成危害，不符合衛生的要求。而市場上單純的殺菌口罩，又存在過濾PM2.5效果差的問題。因此，確有必要提供一種既能很好地過濾PM2.5顆粒物，同時又兼顧抗菌功能的濾片。
[0004]目前在這方面已有兩篇專利，但都存在著一些局限性及不足。中國專利號CN104014194 A，公開日2014年09月03日，名稱一種防霧霾口罩用濾材組合物。其濾片濾材由以下重量份數的組份構成，肉桂醛二乙縮醛4-6份，納米級托瑪琳9-11份，活性炭纖維55-65份，稻草顆粒15-25份，納米銀0.9-1.1份，石墨烯0.9-1.1份，干燥劑1.5-2.5份。將上述濾材組合物噴涂在烘干后的無紡布上，然后制備成口罩，口罩由內至外依次為純棉紗布層、無紡布層、純棉紗布層、微孔膜層和無紡布層。和我們的發明相比，此方法濾材成分過于復雜，很多成分功能并不明確；只是利用普通無紡布，過濾效果不如本發明中的駐極處理的熔紡布；納米銀和本發明中的銀納米線相比，對細菌的吸附性和其他濾片材料的結合力都稍差。中國專利號CN 104083946 A，公開日2014年10月08日，名稱為抗菌口罩濾片及其制備方法和抗菌口罩，這個發明提供的抗菌口罩濾片包括依次連接的纖維面層、基材無紡布層、靜電紡纖維膜層及纖維內層，所述靜電紡纖維膜層由聚合物材料和殼聚糖組成。和我們的發明相比，此方法只是利用殼聚糖起到殺菌作用，效果不如銀納米線和殼聚糖的混合材料；其靜電紡纖維膜層需要將聚合物材料和殼聚糖通過靜電混紡或者共混形成混合溶液后靜電紡制成，工藝較為復雜；沒有用到活性炭和石墨烯，僅靠無紡布起到過濾作用，過濾效果一般。
【發明內容】
[0005]針對上述的現有的口罩過濾PM2.5顆粒存在的缺點，本發明提供一種石墨烯防PM2.5 口罩功能層與制備方法以及其在濾片的應用，本發明濾片結構簡單、可以有效去除PM2.5顆粒，并具備抗菌抑菌、預防疾病的效果，適宜大批量生產。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為:
石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層，所述石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層為活性炭添加石墨烯材料。
[0007]優選的，所述濾片功能層還包括銀納米線、殼聚糖中的至少一種。
[0008]優選的，所述活性炭比表面在500-3000平方米/克；所述石墨烯與活性炭重量比在 1:500 到 20:1。
[0009]優選的，所述石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯、帶官能團的石墨烯、石墨烯的復合材料；所述石墨烯材料的層數為1-1000。
[0010]優選的，所述帶官能團的石墨烯為絡合基團、氨基基團、羧基基團修飾過的石墨烯或氧化石墨烯；所述石墨烯的復合材料為金屬納米粒子、無機納米粒子與石墨烯、氧化石墨烯的復合材料。
[0011]優選的，所述銀納米線直徑為1-800 ;所述銀納米線和/或殼聚糖通過浸潰或噴涂固體的方法加入到濾片功能層上；所述銀納米線和/或殼聚糖固體質量為活性炭質量的
0.1%~10%ο
[0012]上述石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層的制備方法，包括以下步驟:
①將活性炭與聚丙烯酸酯類粘合劑混合后；
②加入適量的石墨烯分散液，攪拌、成均勻混合液；
③基層布浸入或噴涂配制的混合液中，得到濾片功能層。
[0013]優選的，所述步驟②石墨烯分散液包括石墨烯、氧化石墨烯、帶官能團的石墨烯、石墨烯的復合材料的甲基吡咯烷酮、乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇、正己烷等有機溶劑溶液或水溶液。
[0014]一種含有上述石墨烯防PM2.5 口罩濾片功能層的濾片，所述濾片包括纖維面層、熔噴無紡布層、濾片功能層和纖維內層，所述濾片功能層不作為最內側，并且重復1-10次。
[0015]優選的，所述纖維面層和纖維內層為紡粘無紡布、針刺無紡布層、水刺無紡布層或竹炭纖維無紡布層，所述熔噴無紡布進行駐極處理，永久帶靜電。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于:
①本發明口罩中的熔噴無紡布層經過駐極處理，能永久帶靜電，能夠更有效地吸附PM2.5 ；
②石墨烯復合材料具有比普通活性炭更高的比表面積，因此吸附能力更強；
③濾片功能層中的銀納米線或殼聚糖能夠抗菌抑菌；
④銀納米線和銀納米顆粒相比，納米線的網狀結構更容易吸附細菌；
⑤銀納米線的網狀結構決定了它與其他濾片材料的結合力更強，正因為如此，濾片添加銀納米線時只需用分散液噴涂或者浸入即可，無需紡絲，制備工藝得到簡化，更利于工業化生產。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明提供的抗菌防PM2.5 口罩濾片的結構示意圖；
以上各圖中，1、纖維面層；2、纖維內層；3、濾片功能層；4、熔噴無紡布層。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但并不用于限定本發明，本發明所述試劑均為通過商業途徑獲得，所述制備方法如無特別說明均為本領域常規制備方法，部分試劑生產商以及規格如下:
石墨烯粉末濟寧利特納米技術有限責任公司LN-GNP-005，
銀納米線濟寧利特納米技術有限責任公司LN-SWD-001。
[0019]實施例1
本發明所述濾片為立體式，不是常規矩形，口罩濾片的尺寸設計為最長處長132 mm，最寬處寬87 mm。為了多級漸進的過濾掉PM2.5。
[0020]本發明的口罩濾片設計為多層結構，采用紡粘無紡布放在最上面做纖維面層，為了更貼合皮膚最內層采用紡粘無紡布作為纖維內層。中間層采用駐極處理后的熔噴無紡布，內層、面層與中間層的夾層為本發明制備的濾片功能層。面層用于防大的粉塵顆粒，熔噴無紡布層帶永久性靜電，可以吸附部分小顆粒，濾片功能層是過濾PM2.5的關鍵層，過濾層單層或者多層都具備顯著降低PM2.5的效果。
[0021]濾片功能層為本發明的核心，制備濾片功能層原料為活性炭和石墨烯材料，本實施例中，活性炭比表面積為500平方米/克，石墨烯材料為帶有絡合基團的石墨烯，帶有絡合基團的石墨烯中石墨烯組分與活性炭重量比在1:500，有絡合基團的石墨烯材料的層數為1層。
[0022]濾片功能層采用如下方法制備:將活性炭與聚丙烯酸酯類粘合劑混合后，加入帶有絡合基團的石墨烯分散液，溶劑為甲基吡咯烷酮，攪拌成均勻混合液，基層材料浸入或噴涂配制的混合液中，得到初步濾片功能層