用于口罩的五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，屬于醫(yī)療衛(wèi)生【技術(shù)領(lǐng)域】。聚合物超薄膜復(fù)合膜支撐層是由多孔材料制成的多孔超薄膜載體層，在所述的多孔超薄膜載體層的表面覆蓋均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層，所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層是由高氧氣滲透率或?qū)ρ鯕飧哌x擇性的滲透遵守溶解擴散模型的聚合物制成的均質(zhì)無孔致密層；所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層的氧氣對氮氣的滲透系數(shù)的比率為1.5-6；所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層的厚度為0.001-5微米。本發(fā)明的復(fù)合膜使口罩既能阻止塵粒(包括PM2.5)、病毒、病菌、污染物、煙塵，還能提供富氧功能。
【專利說明】用于口罩的五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療衛(wèi)生【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能用于口罩；使其產(chǎn)生五防及富氧功能的，由高氧氣滲透率或?qū)ρ鯕飧哌x擇性的滲透遵守溶解擴散模型的聚合物制成的復(fù)合膜。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，高分子氣體分離膜是用于分離混合氣體的高分子膜，通常分為多孔膜和非多孔膜，主要參數(shù)為滲透系數(shù)和分離系數(shù)。不同的高分子膜對不同種類的氣體分子的透過率和選擇性不同，因而可以從氣體混合物中選擇分離某種氣體，如從空氣中收集氧。美國通用電器公司采用聚碳酸酯和有機硅的共聚物作為分離膜，經(jīng)過一級分離就可獲得40%富氧的空氣，若以富氧的空氣代替普通空氣，將大大提高各種燃燒裝置的效率，并可減少公害。
[0003]因氮常與氧一起滲透，用聚合物膜分離生產(chǎn)純氧比較困難，所以主要用于生產(chǎn)富氧空氣，而非純氧。目前，通過壓縮機將空氣壓縮至高壓后，應(yīng)用聚合物膜可生產(chǎn)質(zhì)量分數(shù)為25%?60%富氧空氣，用于FCC催化劑的再生，或在高溫爐或窯中使用甲烷有效燃燒。
[0004]本 申請人:在深入研究了現(xiàn)有技術(shù)的已有物質(zhì)和膜技術(shù)以及膜的應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種能用于口罩的高氧氣滲透率或?qū)ρ鯕飧哌x擇性的滲透遵守溶解擴散模型的聚合物制成的復(fù)合膜，設(shè)置有這種復(fù)合膜的口罩能夠在滿足五防(即防塵(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防煙塵)功能的同時，提供富氧功能?，F(xiàn)有技術(shù)中，用以分離不同氣體的膜是已知的，現(xiàn)有技術(shù)已開發(fā)了一系列的具有高分離因子或高氣體流量，即具有高選擇性或高滲透性的膜。但是，這些聚合物分離材料都應(yīng)用在工業(yè)上，它具有一系列的工業(yè)應(yīng)用的特點，尚無人將它們應(yīng)用于人們普通使用的口罩上。應(yīng)用于口罩的復(fù)合膜必須是具有柔軟性且能與口罩相配合，它既能阻擋各種對人體有害的PM2.5和病菌等，又不會對佩帶者造成呼吸障礙，還能為佩帶者提供富氧的空氣，同時，還需要其價格能為人們所能接受。為達到如上目的，用于口罩的復(fù)合膜是需要具有一定的技術(shù)和性能要求的，如，必須是具有一定韌性的，使其能自如地插入和脫離口罩，必須足夠薄和足夠均勻，既能阻擋對人體有害的物質(zhì)，又呼吸順暢和能提供富氧的空氣，現(xiàn)有技術(shù)中尚無適用的已知薄膜。
[0005]隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對能源的需求隨之增加，尤其在大、中城市，各類車輛和私家車大幅增加。由于對這些因素形成的空氣污染缺乏足夠的認識和重視，近年來，在人口密度大的地區(qū)，尤其是大、中城市常產(chǎn)生霧霾天氣，嚴重威脅人民的身體健康和生命。霧霾天氣產(chǎn)生的機制很復(fù)雜，其化學(xué)成分也非常復(fù)雜。它含有大量的含氮有機顆粒物，它的成分非常復(fù)雜，它不是一種物質(zhì)，而是好幾十種物質(zhì)，這些物質(zhì)可能引發(fā)癌癥及其它嚴重疾病。更重要的是，病毒、病菌都能在這種很小的顆粒物上存活和繁殖，附著在大氣的顆粒物上，在空氣中產(chǎn)生大量的游離著的病毒和病菌分子，就會傳播疾病。PM2.5是空氣污染物中對人危害最大的細顆粒物，此細顆粒物的直徑等于或者小于2.5微米，PM2.5在醫(yī)學(xué)上叫可入肺顆粒物，一般來說我們外科的口罩大概能夠有PM4的微粒可以預(yù)防，到PM2.5就不行了，到PM2.5現(xiàn)在一般是要N95的那種口罩，但那種口罩很悶，不能長期用。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，因應(yīng)不同的用途和需求，口罩有不同的種類與分級，簡單說明如下。一般口罩:這種口罩沒有經(jīng)過額外的處理，其纖維結(jié)構(gòu)的孔隙相當(dāng)大(約I微米)，所以無法有效阻止經(jīng)空氣傳染的病原。此外，一般的口罩對於比較容易進入人類呼吸系統(tǒng)的灰塵，并沒有防護的效果，但對於顆粒大的灰塵，還是有一些阻絕的作用。這種口罩可以作為保暖、避免灰頭土臉與鼻孔骯髒等用途，但是不可作為防止病菌侵入之用。
[0007]活性碳口罩:活性碳具有多孔隙的結(jié)構(gòu)。其過濾層的主要功用在于吸附有機氣體、具惡臭的分子及毒性粉塵，并非用于過濾粉塵，不具殺菌的功能。但活性碳的使用有一項限制，一旦所有的細孔都被填滿，便失去效用，此時必須置換口罩，但何時到達飽和點并不太容易判斷。活性碳會將病毒粒子吸引到口罩表面，但是卻無法「殺死病毒」，因此，手、眼、鼻或嘴意外接觸到使用過的活性碳口罩表面，依然有可能導(dǎo)致疾病的傳染。
[0008]醫(yī)療用口罩:醫(yī)用口罩主要是為了避免醫(yī)生的飛沫影響病人，功能設(shè)計并不是要免于吸入粒狀有害物，其效果雖然比棉紗口罩及布質(zhì)印花口罩好，但是頂多也只有70%的效果，拿這樣的口罩來阻絕病菌，效果可能非常有限。標準的外科醫(yī)療用口罩分叁層，外層有阻塵阻水作用，可防止飛沫進入口罩里面，中層有過濾作用，可擋住90%以上的5微米顆粒，近口鼻的一層作為吸濕之用。
[0009]帶電濾材口罩:根據(jù)這種口罩的主要生產(chǎn)廠商3M公司所提供的資料顯示，帶電濾材的功用主要在于便利呼吸，而不在于過濾。這種口罩實際有過濾作用的是位于帶電濾材下的一層碳。其過濾機制可能與活性碳口罩相同，這表示它與活性碳口罩有相同的使用限制。其中還有一層所謂的「附著電阻過濾材質(zhì)」，其作用在于延長口罩的壽命及增加舒適度。
[0010]美國職業(yè)安全衛(wèi)生研究所(NationalInstitute for Occupational Safety andHealth)的認證，將防護性口罩分為叁個系列，除N系列外，尚有P及R系列，各含95、99及100叁型，分別表示在特殊環(huán)境下，可阻絕95、99及99.7%的病菌。
[0011]SARS流行期間大家爭相搶購的N95型口罩，是美國指定防範肺結(jié)核病菌的防疫口罩，可以有效過濾結(jié)核桿菌(直徑約為0.3-0.6微米，長1-4微米)，防止經(jīng)由空氣的感染。其檢驗的標準為，用0.3微米氯化鈉微粒進行測試，阻隔效率須達95%以上，并經(jīng)佩戴者臉龐緊密度測試，確保在密貼臉部邊緣狀況下，空氣能透過口罩進出。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)中，一般口罩的孔洞最小約為0.3微米，而SARS病毒的大小約為0.08-0.14微米，所以一般的觀念都是認為口罩并不能有效地過濾SARS病毒。世界衛(wèi)生組織(WHO)認定SARS是飛沫傳染，所謂的飛沫傳染就說明了病毒并不是個別地散布在空氣中，主要是藏在口鼻飛沫(其大小約為病毒的上百倍大，超過0.3微米)內(nèi)，以醫(yī)療用的口罩來說，它就有65%以上的飛沫阻絕效率，因此口罩對于「飛沫傳染」的疾病預(yù)防，還是有一定的效用。
[0013]新近誕生的納米光觸媒口罩具有相當(dāng)?shù)臍⒕δ?，其原理是利用光催化反?yīng)來分解有害物質(zhì)與殺菌。光催化反應(yīng)是藉由一種半導(dǎo)體光電陶瓷作為觸媒，以達到將吸附物質(zhì)氧化或還原的目的。許多半導(dǎo)體光電陶瓷皆可作為光觸媒，如二氧化鈦(Ti02)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)等。目前使用最多的光觸媒為二氧化鈦，它除了具有相當(dāng)強的氧化與還原能力外，還具有化學(xué)安定性、對環(huán)境無害、價格低廉等優(yōu)點。我國吉林省惟升科貿(mào)發(fā)展有限公司新開發(fā)的納米防護系列口罩產(chǎn)品，集中了納米材料技術(shù)，高效率過濾、殺菌材料技術(shù)等，以突出的防護性能，已獲得以下專利:1、折疊形納米防護口罩。(專利號:03252129)。2、防飛沫抗菌口罩。(專利號:03252128)。3、平板折疊形納米防護口罩。(專利號:03252131 )。
4、罩杯形納米防護口罩。(專利號:03252130)。
[0014]中國人口密度大的各大地區(qū)，尤其是大、中城市，不僅空氣污染極為嚴重，并且這種污染也導(dǎo)致空氣中氧的濃度從大自然的21%降到19%以下，長期處于貧氧狀態(tài)。對于汽車出行高峰期的某些地區(qū)，由于空氣中的氧大量用于汽車燃油的燃燒，空氣中氧的濃度甚至低于18%，處于極度貧氧狀態(tài)。因此真正吸入到人體體內(nèi)的氧氣量大大降低。生活在這種貧氧或者極度貧氧環(huán)境下的人們，其健康將受到嚴重威脅，其身體將處于亞健康狀態(tài)，并且很容易患上或者誘發(fā)多種慢性疾病，缺氧將是造成許多疾病的主因之一，比如頭痛、心腦血管疾病，心絞痛，等等。眾所周知，氧氣是人類生存不可或缺的氣體。如果能有一種技術(shù)能制造一種具有防塵(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防煙塵和富氧功能的口罩給人們佩戴，非常方便地給人們提供清新健康的富氧，它將大大改善人們大腦供氧的狀況，并因此緩解或者根治由缺氧而引起的各種不良身體癥狀，可大大緩解腦疲勞，醒腦提神，保持旺盛精力；可消除因體內(nèi)血液中氧濃度低而導(dǎo)致的疲勞，倦怠和頭暈、頭疼等不適癥狀。在清新健康富氧的環(huán)境下，人們的體力機能，大腦智力，血液氧濃度等能達到身體最佳狀態(tài)。這種狀態(tài)對于老年人、孕婦、兒童，以及學(xué)習(xí)強度和心理壓力大的學(xué)生，和工作強度和心理壓力大的各類群體，都將具有特別顯著的保健和醫(yī)療作用。
[0015]盡管如上所述的現(xiàn)有技術(shù)通過過濾和吸附乃至光催化，納米技術(shù)等提供了“五防”(即防塵(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防煙塵)中的某項或某幾項功能的口罩。但目前尚無任何技術(shù)和產(chǎn)品能夠滿足五防(即防塵(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防煙塵)功能，且在滿足五防功能的同時，提供富氧功能的口罩。而且，絕大多數(shù)口罩都不能防PM2.5大小的可入肺顆粒物，有少數(shù)能防PM2.5的可入肺顆粒物的口罩，如N95型口罩，但這些種類的口罩佩載時讓人感覺很悶，不能長期使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，它不僅能使口罩滿足五防，即防塵(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防煙塵的功能，同時使口罩具有富氧功能，使口罩成為一種具有特別顯著的保健和醫(yī)療功能的用品。
[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其支撐層是由多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜載體層，所述的多孔超薄膜載體層是一層或多層；在所述的多孔超薄膜載體層的表面覆蓋均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層，所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層是由高氧氣滲透率或?qū)ρ鯕飧哌x擇性的滲透遵守溶解擴散模型的聚合物制成的均質(zhì)無孔致密層；所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層的氧氣對氮氣的滲透系數(shù)的比率為1.5-6 ;所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層的厚度為0.001-5微米。所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層的最佳厚度為0.05-1微米。
[0018]所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層由以下物質(zhì)中的一種，但不限于以下物質(zhì)，為原料制備而成:[0019](I)美國杜邦，即DuPont，公司生產(chǎn)的Teflon AF2400粉末樹脂；它是縮寫為I3DD的無定形的2，2-二 (三氟甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戍烯)，即2，2-bistrif Iuoromethyl-4, 5-difluoro-1, 3-dioxole,與縮寫為 TFE 的四氟乙烯，即 tetrafIuoroethylene,的
共聚物；此共聚物中含87%摩爾的PDD和13%摩爾的TFE ;共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的聚合物超薄膜復(fù)合膜(3)的支撐層是由多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜載體層(6)，所述的多孔超薄膜載體層(6)是一層或多層；在所述的多孔超薄膜載體層(6)的表面覆蓋均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5 )，所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5 )是由高氧氣滲透率或?qū)ρ鯕飧哌x擇性的滲透遵守溶解擴散模型的聚合物制成的均質(zhì)無孔致密層；所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5)的氧氣對氮氣的滲透系數(shù)的比率為1.5-6 ;所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5)的厚度為0.001-5微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5)的厚度為0.05-1微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5)由以下物質(zhì)中的一種，但不限于以下物質(zhì)，為原料制備而成: (O美國杜邦公司生產(chǎn)的Teflon AF2400粉末樹脂；它是縮寫為TOD的無定形的2，2- 二 (三氟甲基_4，5- 二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯)，與縮寫為TFE的四氟乙烯的共聚物；此共聚物中含87%摩爾的PDD和13%摩爾的TFE ;共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的多孔超薄膜載體層(6)由以下三大類物質(zhì)中的一種為原料制備而成:[I]不對稱孔徑分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜載體層(6) ; [2]均勻孔徑分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜載體層(6); [3]至少兩層多孔聚合物材料疊加制成的多孔超薄膜載體層(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的[I]不對稱孔徑分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜載體層(6)的厚度和孔隙率分別為0.05-0.26毫米和40%-80% ;所述的多孔超薄膜載體層(6)從與所述均質(zhì)無孔聚合物薄膜層(5)的交接面到所述的多孔超薄膜載體層(6)的外表面，其平均孔徑從0.001-0.01微米擴大到0.1-10微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的[2]均勻孔徑分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜載體層(6)，其厚度、孔隙率和平均孔徑分別為0.05-0.26毫米、40%-90%和0.01-1微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的[3]至少兩層多孔聚合物材料疊加制成的多孔超薄膜載體層(6)的接觸所述均質(zhì)無孔聚合物薄膜層(5)的第一層的厚度、孔隙率和平均孔徑分別為0.01-0.05毫米、40%-80%和0.01-0.06微米，所述的[3]至少兩層多孔聚合物材料疊加制成的多孔超薄膜載體層(6)的第二層的厚度、孔隙率和平均孔徑分別為0.1-0.15毫米、40%-80% 和 0.1-10 微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜，其特征在于:所述的多孔超薄膜載體層(6)是以下物質(zhì)中的一種、或兩種、或兩種以上為原料制成: 聚四氟乙烯，PolytetrafIuoroethylene,縮寫為 PTFE ； 聚醚諷，Polyether sulfone,縮寫為 PES ； 聚偏二氟乙烯，Polyvinylidene Fluoride,縮寫為 PVDF ； 聚醚，Polyetherimide,縮寫為 PEI ； 丙烯酸共聚物，Acrylic Copolymer ； 聚酰亞胺，Polyimides,縮寫為PI ； 聚多芳基化合物，Polyarylates ； 聚碳酸酯，Polycarbonates,縮寫為PC ； 聚芳基醚或芳基醚，Poly aryl ethers或aryl ethers ； 聚芳基麗或芳基麗，Poly aryl ketones 或 aryl ketones ； 聚丙烯，Polypropylene，縮寫為PP ； 透氣性好的多孔性無紡布；所述多孔性無紡布材料包括，但不限于以下材料:多孔性聚酯無紡布，即Polyester無紡布；或者多孔性聚砜無紡布，即Polysulfone無紡布；或者多孔性尼龍無紡布，即Nylon無紡布。
9.一種具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜在口罩中的應(yīng)用，其特征在于:所述的聚合物超薄膜復(fù)合膜(3)用于口罩，將其置于或活動插入在口罩體(I)中央時，所述均質(zhì)無孔聚合物超薄膜層(5 )與口罩體(I)的外側(cè)面(7 )相鄰，所述的多孔超薄膜載體層(6 )與所述的口罩體(I)的內(nèi)側(cè)面(8 )相鄰。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜復(fù)合膜在口罩中的應(yīng)用，其特征在于:所述的聚合物超薄膜復(fù)合膜(3)的面積占所述的口罩體(I)面積的40% 至 90%。
【文檔編號】B01D69/12GK103463995SQ201310362253
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】黃河 申請人:武漢利英唯爾科學(xué)技術(shù)有限公司