熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩及其制备方

本发明属于透明材料，涉及一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩及其制备方法。背景技术：1、口罩的主要功能有两个：一是防止外来固体颗粒、液体或飞沫等物质进入人体口鼻，如防雾霾口罩可以吸附过滤掉空气中的固体颗粒，减少雾霾颗粒对人体的损害；医用口罩能够抗菌杀菌同时阻止含有病原体的血液和唾液飞沫等有害物质感染医护人员；二是防止佩戴者自身产生的唾液飞沫等不洁物质影响或感染他人，如感冒患者佩戴口罩可以减小病毒的传播；餐饮服务人员佩戴口罩可防止污染食物，更加卫生和健康。口罩已经人们生活中成为不可或缺的东西，更是生理和心理上的一道屏障。然而现有的口罩基本上是不透明的，会遮挡住人们的大部分面部，影响人们直接的沟通交流和信息传递，尤其对于一些特殊人群(如聋哑、孤独症患者等)，给他们的生活带来非常大的不便。如果口罩是透明的，刷脸支付、接受安检、聋哑、孤独症患者交流就都不用摘掉口罩，同时病人能够看到医护人员的表情，有利于医患沟通和病情的治疗，所以，透明口罩给人们的生活带来极大的便利。2、现有的透明口罩是由透明的塑料板或硅胶材料制成的，是实心无孔的，无法起到透气的作用，而且透气和过滤部件是拼装的，使用起来不方便，制造工艺较繁琐和成本较高。而口罩中常用的熔喷布和其他微纳米纤维膜材料因其比表面积大和孔隙率高，具有良好的透气性和过滤效率，是目前最常用的空气过滤材料。但由于这些材料对光的反射和散射现象十分严重，难以实现透明化。3、因此，开发一种制备方法简单、透气性好、过滤效率好、透光性好的透明口罩是迫切需要的。技术实现思路1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩及其制备方法；本发明采用了一种简单有效的机械压制法制备透光率高的复合膜的方法，压制后，待复合膜可以保持纤维形貌、微米级孔隙和所需的孔隙率。此外，膜的孔隙率、孔径和透光率可以通过压力调节，制备的复合膜具有良好的柔性、透光性、透气性等。2、本发明首次公开了透明性与聚合物分子链结构的关系，如下：3、第一类：分子链结构为线型的含有苯环的刚性链，这类聚合物的分子链刚性大，受到外力作用时化学键不会发生旋转，容易发生脆断，表现为纤维易脆性变形使纤维膜更容易致密化，从而表现出最高的透明度，例如ps(聚苯乙烯)、psu(聚砜)这些高分子聚合物的纤维膜用该方法处理后拥有最好的透明度；4、第二类：由软链段和硬链段交替镶嵌形成的嵌段共聚物，如pu(聚氨酯)类嵌段共聚物，其共同的主体部分为氨基甲酸酯，氨基甲酸酯左右两端分别连接硬链段和软链段，因此具有非常好的回弹性，在受到外力作用时会发生弹性形变，经压制后，其厚度不会明显减小(即形变小)，所以纤维膜致密程度差，纤维膜的透明度偏低；5、第三类：分子链柔性介于第一类和第二类之间的聚合物，这类聚合物分子链具有较好的柔性，受到外力作用时纤维变形程度也较大，纤维膜表现出良好的透明度，例如pan(聚丙烯腈)、pvdf(聚偏氟乙烯)、ca(醋酯纤维)纤维膜等。6、为达到上述目的，本发明采用的方案如下：7、一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，先在待复合膜上施加一定压力(室温环境下)制得复合膜，再在复合膜上安装鼻梁条和松紧耳带制得熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩；8、待复合膜由静电纺纤维膜及其两侧的熔喷布依次叠放组成；9、复合膜为三层结构，中间层的厚度为10～20μm，孔隙率为25～45％，孔径分布为0.2～4.0μm；内层和外层的厚度都为10～20μm，孔隙率都为30～50％，孔径分布都为1～8μm。10、作为优选的技术方案：11、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，熔喷布和静电纺纤维膜中的纤维均随机分布。12、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，静电纺纤维膜的材质为聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或者聚乙烯醇；13、熔喷布的材质为聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚乙烯或者聚苯乙烯。其中，聚丙烯为最常见的口罩材料。14、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，待复合膜中的静电纺纤维膜的厚度为15～25μm，纤维平均直径为500～700nm，孔隙率为40～98％，孔径分布为2～25μm；纤维平均直径过小会使孔径过小，压制后堵孔现象更严重，降低复合膜的孔隙率；孔隙率过低会导致压制后复合膜的孔隙率过低；厚度过大会导致复合膜难以压制透光率高，过低会导致膜的自支撑性能过差。15、待复合膜中的熔喷布的厚度为15～25μm，纤维平均直径为1～4μm，孔隙率为40～60％，孔径分布为3～30μm。所用熔喷布和静电纺纤维膜的厚度越大，相同压力下，可获得的透光率越低；相同厚度下，压力越大，可获得的透光率越大，但透气性和过滤效率会下降。16、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的内层对应的熔喷布中纤维平均直径大于外层对应的熔喷布中纤维平均直径；外层是纤维平均直径更细的熔喷布，除了支撑外也能起到一定的过滤作用；内层是纤维平均直径更粗的熔喷布，除了支撑外更有利于透气。17、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，一定压力在待复合膜上产生的压强为20～30mpa，压力的方向为沿待复合膜的厚度方向，施加压力的时间为5～10min，施加压力的模具与待复合膜直接接触的表面粗糙度ra≤50nm。18、施加压力的模具的表面(含与待复合膜接触的上下两个表面)的粗糙度越大，得到的复合膜表面粗糙度越大，会增加光线的反射，会降低复合膜的透光率。施加压力的方向为沿待复合膜的厚度方向时，可以使待复合膜的受压更加均匀；当施加的压力越大时，更容易使待复合膜中的纤维发生形变，且不易回弹；施加压力的时间过短时，待复合膜中的纤维还来不及完全形变。19、当受到垂直方向的压力时，会发生沿着压力方向的形变，这种形变的具体呈现是：一方面，模具挤压待复合膜时，可以压平待复合膜的表面，使得待复合膜表面粗糙程度大大降低，则极大减小了对光的反射作用；另一方面，压制后，待复合膜内部的纤维堆积的更加紧密，孔隙率降低，空气含量大量减少，降低了复合膜内部空气对光线的散射作用；20、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，待复合膜的制备过程为：先以一张熔喷布作为接收基材，制备静电纺纤维膜；再将另一张熔喷布覆盖在静电纺纤维膜上。熔喷布作接收基材既有利于静电纺纤维的成型及堆砌，又可以将二者简单贴合在一起。21、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，鼻梁条为塑料条，塑料条内部含有细铁丝。22、本发明还提供采用如上所述的方法制得的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩，主要由鼻梁条、松紧耳带和表面粗糙度ra≤400nm的复合膜构成；表面粗糙度越小，则对光线的反射作用越小，可以使得更多的光线进入纤维膜内部，则增加透光率；中间层的纤维平均直径为500～700nm，内层和外层的纤维平均直径为1～4μm。23、作为优选的技术方案：24、如上所述的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩，复合膜的透光率为60～80％(透光率是透明度的测试表征指标，仪器测试处来的是光线的透过率，习惯上用其来表示透明度)，压阻为100～300pa(透气性采用压阻大小表征，压阻越大，透气性越小)，过滤效率为80～95％(测试方法参照gb/t 32610)。25、本发明的原理是：26、对于纤维形态的膜材料，当纤维排列的取向度越高，对光线的散射作用就会越小，则光的透过率也会提升；当纤维膜厚度越小，光通过纤维膜的损失越小，则透过率越高；而由于空气和纤维是两种不同的组分，它们的折射率不同，当二者折射率差值越大，对光的散射越严重；当孔隙率越低时，空气含量减少，则相应地因空气和纤维对光的散射作用会减小；当纤维膜中的孔径分布窄且较集中时，孔径较小，会减小了对光的散射，增加透过率，但同时，由于存在这些微小的孔，导致光会发生小角度的散射，造成雾度较大。27、对于静电纺纤维膜和熔喷布(都是微纳米纤维膜)而言，其是纤维随机分布(无取向)的各向同性材料，这意味着对光线的散射作用很大，存在难以实现透光率高的问题。一般，未经处理的纤维膜内部含有大量的空气，且纤维随机分布，同时，由于纤维膜中的纤维堆积不平、高低起伏而呈现出粗糙表面，而越粗糙的表面其对光线的反射越大，这就导致光线照射到纤维膜表面时，光线会被大量的反射，仅有少部分光线可以进入到纤维膜内部，而进入纤维膜内部的光线，仍然会因纤维膜内部含有的大量空气和堆叠的纤维而发生严重的散射，所以未经处理的纤维膜的透光率非常低。28、本发明采用对待复合膜施加压力的方式，当待复合膜受到压力后，由于纤维因具有应力形变特性，会发生沿着压力方向的形变，这种形变的具体呈现是：一方面，压力可以压平待复合膜的表面，使得待复合膜表面粗糙程度大大降低，则极大减小了对光的反射作用；另一方面，压力使得待复合膜内部的纤维堆积的更加紧密，孔隙率降低，空气含量大量减少，降低了复合膜内部空气对光线的散射作用；29、而在施加压力的过程中，虽然复合膜膜内部的孔隙率降低，但仍然保持一定的孔结构；这是因为，本发明中纤维膜而是纤维随机分布(无取向)的各向同性材料，而孔径的分布也是随机的，则受压后，仍会保留部分孔隙，从而在具有高透光率的基础上，仍具有高的孔隙率；30、透气性主要取决于孔隙率的高低和孔径的大小，孔隙率越高、孔径越大，透气性越好，而孔隙率越低、孔径越小，透气性越差；过滤效率主要取决于膜的吸附能力。本发明的复合膜的中间层为静电纺纤维膜，一方面因为其纤维平均直径细，比表面积大，吸附能力强，具有优异的过滤效率，另一方面，静电纺纤维膜具有高的孔隙率和可调的孔径，可以提供良好的透气性；而且本发明采用的熔喷布有较好的机械强度和较大的孔隙，还可以起到支撑和透气作用。31、本发明的有益效果在于：32、(1)本发明的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩的制备方法，工艺简便，可广泛应用；33、(2)本发明的一种熔喷布/静电纺纤维膜复合的透明口罩，透光性好、透气性好、过滤效率好，有助于使用者在不摘下口罩的情况下，实现刷脸支付、接受安检、聋哑、孤独症患者交流，同时也有利于医患沟通和病情治疗。