一种含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩及其制备方
法
技术领域
背景技术
[0002] 近两三年，随着我国多个省市出现了不同程度的持续性的雾霾天气，PM2.5及其危害迅速被公众所认知。PM2.5，是指环境空气中空
气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物，也称可入
肺颗粒物。2013年2月， PM2.5的中文名称被全国科学技术名词审定委员会正式命名为“细颗粒物”。尽管细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但是由于它的粒径小，表面积大，活性强，
吸附性强，容易附带有毒、有害物质，且在大气中的
停留时间长、输送距离远，因而细颗粒物对人体健康和大气环境
质量的影响非常大。
[0003] 相比粒径较大的颗粒物，细颗粒物对人体健康的危害更大。一般而言，直径超过10微米的颗粒物，会被挡在鼻子的外面；直径在2.5微米至10微米之间的颗粒物可以进入
呼吸道，但随着吐痰、打喷嚏被部分排出体外；而直径在2.5微米以内的细颗粒物，却会顺利通过下呼吸道，甚至深入肺泡及心血管系统，严重危害人体健康。有研究报告称，长期
接触空气中的污染细颗粒物，不仅会导致呼吸不适及呼吸系统症状、加重已有的
呼吸系统疾病及损害肺部组织，还会诱发慢性阻塞性肺疾病并出现继发感染，最终导致心肺疾病死亡率增高。
[0004] 2013年，我国的持续性严重雾霾天气甚至已经从传统的北方“重灾区”蔓延至上海、江苏、浙江等南方省市。为应对日益严峻的细颗粒物污染，普通民众对防止细颗粒物进入人体的各种措施表现出了极大的热情。口罩是人们外出时最常佩戴的防护装配。但是现有的常规医用和民用口罩并不能够有效抵御细颗粒物，因为它们大都是基于
无纺布，或者类似的大孔径
纤维制成的，微小的细颗粒物仍能够穿过口罩进入鼻腔，基本起不到对细颗粒物的防护作用。而专业级别的防护型口罩如N95型口罩，虽然过滤细颗粒物的效果较明显，但是因其质地厚、透气性差，佩戴后容易造成呼吸困难；特别是儿童、老年人、患有呼吸系统疾病和心
血管疾病的人等特殊人群应该谨慎选择质地过厚、透气性差的口罩。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩及其制备方法。本发明所述口罩结构简单，除菌功能优良，可以有效防止细颗粒物吸入人体，有利于人体健康。
[0006] 本发明所述含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩，它包括罩体、左
耳带和右耳带，所述罩体周边设有罩体框，所述罩体框内设有四层填充物，由外向里依次是：第一层为无纺布层，第二层为
活性炭无纺布层，第三层为含壳聚糖和纳米氧化锌的
脱脂棉纱布功能层，第四层为无纺布层。
[0007] 所述壳聚糖的脱乙酰度为90-95%，分子量为500-1000kDa。
[0008] 所述纳米氧化锌的粒径为10-100nm。
[0009] 所述无纺布、活性炭无纺布、含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布的克重均为2
15-30g/m，厚度为0.5-2mm，孔隙率大于80%。
[0010] 所述罩体在对应鼻梁部位还设有鼻罩，所述罩体在对应下巴部位设有下巴
保护罩。
[0011] 所述鼻罩由可塑性弹性材料制成，罩体框由弹性材料制成，所述口罩的耳带由弹性布料制成。
[0012] 所述左、右耳带上设有分别控制耳带长度的
弹簧扣，所述左耳带和右耳带的尾端均设有防止弹簧扣脱离耳带的限位卡环，所述左耳带或右耳带的限位卡环上设有钩状物，另一耳带上设有与之相配合的环状物。
[0013] 本发明还提供了含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩的制备方法，包括以下步骤：
[0014] (1)称取脱乙酰度为90-95%、分子量为500-1000kDa的壳聚糖溶于0.5-1％的乙
酸溶液中，配制质量体积比为0.5-5％的壳聚糖溶液；
[0015] (2)制备摩尔浓度为1-5M的
硝酸锌
水溶液，缓慢加入NaOH溶液并不断搅拌得氢氧化锌白色沉淀，
抽取沉淀清洗后向其加入
氨水并不断搅拌至恰好看不到沉淀颗粒，溶液呈半透明状态，之后加入少量蒸馏水并移至封闭容器标记备用；
[0016] (3)将脱脂棉纱布浸泡在所述壳聚糖溶液中，4-24 小时后将其转移浸泡在0.1％的氢氧化钠溶液中1-2小时，用水冲洗后，常温干燥获得含有壳聚糖的脱脂棉纱布；
[0017] (4)将步骤(3)所得的壳聚糖脱脂棉纱布浸泡在(2)所得的锌氨溶液中，之后将其用
微波处理5-10分钟，将所得脱脂棉混合溶液放入反应釜中140-160℃晶化，所得产物溶于蒸馏水中，
超声波清洗去除表面的残渣，去除水分后60-80℃烘箱干燥即得含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层；
[0018] (5)利用热熔缝边技术将顺序叠放的无纺布层、活性炭无纺布层、含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层、无纺布层缝合，然后将罩体与耳带缝结起来。
[0019] 所述热熔缝边的
温度为110-185℃，热熔压力为0.3-1MPa。所述壳聚糖为蟹壳壳聚糖。
[0020] 与现有上技术中的口罩相比，本发明的优点和有益效果是：因空气中的颗粒物多数带负电，而壳聚糖是一种带正电荷的天然高分子材料，具有良好的
生物粘附性、
生物相容性、
生物可降解性、无毒性和抗菌性能，不仅能有效吸附空气中的悬浮颗粒物，还能起到抑菌杀菌的作用。纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其粒径介于1-100纳米。纳米氧化锌由于具有
纳米材料和普通氧化锌的双重特性，从而具有更为优良的抗菌、抑菌性能，且无毒、无味、对
皮肤无刺激、安全性高。活性炭是一种多孔性的含炭物质，具有很强的吸附能力。
[0021] 活性炭具有吸附性但没有抗菌性，如果单用活性炭作为口罩的功能层，由于活性炭的吸附而留在口罩罩体内的细颗粒物，其表面附着大量
微生物和有机污染物，容易造成口罩罩体的二次污染。因此加入既有优质吸附性又有良好抗菌性的壳聚糖，在吸附细颗粒物方面，能够与活性炭配合，达到1加1大于2的效果；又能使口罩具备抗菌抑菌性。在加入壳聚糖的同时，加入纳米氧化锌这种纳米无机抗菌材料，能够大大增强口罩的抗菌抑菌性，防止进入口罩的微生物和有机污染物造成二次污染。纳米氧化锌是一种新型的多功能环境友好型
抗菌剂，在与人类生存和健康密切相关的光催化分解有机污染物和抗菌方面有着独特的优势，而且具有良好的生物相容性、安全性以及长效性。
[0022] 本发明口罩在制备时同时加入壳聚糖、纳米氧化锌和活性炭，既能有效吸附细颗粒物，还具有杀菌抗菌、分解小分子有机污染物、除异味的功效，可以有效地阻隔细颗粒物进入人体，防止进入口罩的微生物和有机污染物造成二次污染。同时具有良好的透气性能，佩戴舒适。本发明的防细颗粒物口罩的鼻梁
覆盖部分和罩体边缘由弹性
树脂材料制成，可防止佩戴时在鼻梁的两侧和罩体四周产生缝隙，使罩体与面部贴合良好。而且，本发明防护口罩的制备方法简单，制备材料来源广泛，适合大规模工业化生产，具有良好的市场应用前景。
附图说明
[0023] 图1是本发明所述口罩的整体结构示意图。
[0024] 图2是本发明所述含有纳米氧化锌和壳聚糖的抗菌防护口罩的层状结构示意图。
[0025] 图3是本实用信息所述口罩耳带部分结构示意图。
[0026] 图4是本实用信息所述口罩主体下巴部分结构示意图。
[0027] 其中，1-罩体；2-罩体框；3-鼻罩；4-耳带，5-弹簧扣，6-限位卡环，7-钩状物，8-环状物，9-下巴保护罩，11-无纺布层；12-活性炭无纺布层；13-含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层；14-无纺布层。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和具体
实施例对本发明做进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0029] 本发明所用的主要原料为市售的蟹壳壳聚糖（脱乙酰度95%，分子量在500-1000kDa）、硝酸锌、氢氧化钠、乙酸、氨水、医用脱脂棉纱布和无纺布。化学
试剂均为分析纯。
[0030] 实施例1
[0031] 本发明所述含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩包括罩体1和耳带4（左耳带和右耳带），其整体结构示意图如图1所示，所述罩体周边设有罩体框2，如图2所示，所述罩体框2内设有4层填充物，由外向里依次是：第一层为无纺布层，第二层活性炭无纺布层、第三层含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层，第四层为无纺布层；能有效阻隔细颗粒物进入人体，并防止进入口罩罩体细菌的二次污染，同时透气性良好。
[0032] 所述罩体在对应鼻梁部位还设有可以有效保护鼻子的鼻罩3。所述鼻罩3和罩体框2由弹性树脂材料制成，所述口罩的耳带由弹性布料制成。
[0033] 所述左、右耳带上设有分别控制耳带长度的弹簧扣5，因具体使用人员的不同可以具体调整耳带的长度。
[0034] 所述左耳带和右耳带的尾端均设有防止弹簧扣脱离耳带的限位卡环6。所述左耳带或右耳带的限位卡环上设有钩状物7，另一耳带上设有与之相配合的环状物8。可以将耳带调到合适长度，扣在一起成为头带。
[0035] 所述罩体在对应下巴部位设有下巴保护罩9，所述下巴保护罩呈弧形，用以包裹住下巴，防止口罩发生移动和缩小罩体和下巴之间的空隙。
[0036] 本发明所述含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩的制备方法包括以下步骤：
[0037] (1)称取0.5g蟹壳壳聚糖（脱乙酰度为90-95%，分子量为500-1000kDa）溶于50ml 体积比为0.5％的乙酸溶液中，配制质量体积比为1％的壳聚糖溶液；
[0038] (2)称取14.9gZn(NO3)2溶于50ml蒸馏水中，充分搅拌制成摩尔浓度为1M的硝酸锌水溶液，缓慢加入0.1M NaOH溶液并不断搅拌得氢氧化锌白色沉淀，抽取沉淀清洗后向其加入氨水并不断搅拌至恰好看不到沉淀颗粒，溶液呈半透明状态，之后加入少量蒸馏水并移至封闭容器标记备用；
[0039] (3)将脱脂棉纱布浸泡在所述壳聚糖溶液中，8小时后将其转移浸泡在0.1％的氢氧化钠溶液中1小时，用水冲洗后，常温干燥获得含有壳聚糖的脱脂棉纱布；
[0040] (4)将步骤(3)所得的壳聚糖脱脂棉纱布浸泡在(2)所得的锌氨溶液中，之后将其用微波处理5分钟，将所得脱脂棉混合溶液放入反应釜中150℃晶化，所得产物溶于蒸馏水中，
超声波清洗去除表面的残渣，去除水分后70℃烘箱干燥即得含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层；
[0041] (5) 利用热熔缝边技术将顺序叠放的无纺布层、活性炭无纺布层、含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层、无纺布层缝合，然后将罩体与耳带缝结起来。热熔缝边的温度为110℃，热熔压力为0.5MPa。
[0042] 实施例2
[0043] 本发明所述含壳聚糖和纳米氧化锌的防细颗粒物口罩的制备方法包括以下步骤：
[0044] (1)称取2g蟹壳壳聚糖溶于50ml 1％的乙酸溶液中，配制质量体积比为4％的壳聚糖溶液；
[0045] (2)称取59.5gZn(NO3)2·6H2O溶于100ml蒸馏水中，充分搅拌制成2M硝酸锌水溶液，缓慢加入0.1M NaOH溶液并不断搅拌得氢氧化锌白色沉淀，抽取沉淀清洗后向其加入氨水并不断搅拌至恰好看不到沉淀颗粒，溶液呈半透明状态，之后加入少量蒸馏水并移至封闭容器标记备用；
[0046] (3)将脱脂棉纱布浸泡在步骤(1)所述壳聚糖溶液中，12小时后将其转移浸泡在0.1％的氢氧化钠溶液中2小时，用水冲洗后，常温干燥获得含有壳聚糖的脱脂棉纱布；
[0047] (4)将步骤(3)所得的壳聚糖脱脂棉纱布浸泡在(2)所得的锌氨溶液中，之后将其用微波处理7分钟，将所得脱脂棉混合溶液放入反应釜中155℃晶化，所得产物溶于蒸馏水中，超声波清洗去除表面的残渣，去除水分后60℃烘箱干燥即得含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层；
[0048] (5) 利用热熔缝边技术将顺序叠放的无纺布层、活性炭无纺布层、含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布功能层、无纺布层缝合，然后将罩体与耳带缝结起来。热熔缝边的温度为150℃，热熔压力为0.8MPa。
[0049]
现有技术中存在将纳米
银应用于口罩中的技术方案，纳米银的抗菌原理在于先黏附在细菌外膜上，再穿过外膜对细菌造成损伤。而本发明采用纳米氧化锌用于与活性炭和壳聚糖进行复配，所述纳米氧化锌的抗菌机理是光催化和
金属离子溶出共同作用的结果，即利用纳米氧化锌产生的
活性氧造成微生物损伤或锌离子溶出与微生物体内的
蛋白质或核酸官能团发生反应而实现抗菌。
[0050] 本发明经实验确定选择脱乙酰度为90-95%、分子量为500-1000kDa的蟹壳壳聚糖，此种壳聚糖杀菌性能优良，能良好的吸附微小颗粒物，而且与其他组分具有良好的生物相容性。随着壳聚糖脱乙酰度的增高，糖残基上的伯氨基增加，所带的正电荷数目增加，在此脱乙酰度范围内的壳聚糖，吸附效果显著增强；同时在此分子量范围内的壳聚糖，与脱脂棉纱布结合较好，且有利于增大吸附面积。所述纳米氧化锌粒径选用10-100nm，此粒径范围的纳米氧化锌可以增大
比表面积，方便制备。
[0051] 所述无纺布、活性炭无纺布、含壳聚糖和纳米氧化锌的脱脂棉纱布的克重均为2
15-30g/m，厚度为0.5-2mm，孔隙率大于80%，选择此参数范围的罩体材料在保证吸附效果的同时，使口罩透气性良好，佩戴轻便舒适。
[0052] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
