带除菌功能的口罩的制作方法

1.本发明涉及一种防护口罩，尤其涉及一种带除菌功能的口罩。


背景技术：

2.目前市场上所用的口罩均为一次性口罩，即不经济又不环保。而且，用户佩戴一次性口罩出入公共场合，如果口罩表面被病毒污染，除了无法再次佩戴外，口罩丢弃后，口罩上的病毒依然存在，对环境造成污染，可能带来交叉感染。


技术实现要素：

3.有鉴于此，确有必要提供一种自带除菌功能，可以重复利用的口罩。
4.一种带除菌功能的口罩，包括一口罩本体及一系带，进一步包括一功能层，两个电极以及一电源接入口，所述功能层和两个电极设置于所述口罩本体中，所述两个电极位于所述功能层的表面与所述电源接入口电连接，所述两个电极用于向功能层通入电流，使功能层温度升高，所述功能层为一碳纳米管层，该碳纳米管层包括多个微孔。
5.与现有技术相比，本发明提供的带除菌功能的口罩具有以下优点：通过向功能层提供电流，使功能层温度升高，加热口罩本体，达到除菌效果，使所述带除菌功能的口罩可以重复使用；由于功能层包括多个微孔，功能层的透气性好，而且可以对空气中的污染颗粒起到过滤作用；功能层为导电结构，当有电流通过时，产生焦耳热，使整个功能层的温度身高，功能层为大面积的层状结构，可以覆盖整个口罩的面积，因此，可以快速对口罩内部进行加热，且不会造成口罩局部过热的现象，即使在加热除菌时，口罩外部的温度不会有局部过热现象。
附图说明
6.图1为本发明实施例提供的带除菌功能的口罩的剖面示意图。
7.图2为本发明实施例提供的带除菌功能的口罩的内部结构示意图。
8.图3为本发明提供的带除菌功能的口罩功能层中碳纳米管层的扫描电镜图。
9.图4为本发明提供的带除菌功能的口罩功能层中碳纳米管层的透射电镜图。
10.图5为本发明提供的带除菌功能的口罩中碳纳米管层所使用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
11.图6为图5中碳纳米管拉膜中碳纳米管片段的结构示意图。
12.图7为本发明提供的带除菌功能的口罩中碳纳米管层中所使用的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。
13.图8为本发明提供的带除菌功能的口罩中碳纳米管层中所使用的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。
14.图9为本发明另一个实施例提供的带除菌功能的口罩的示意图。
15.图10为本发明另一个实施例提供的带除菌功能的口罩的内部结构示意图。
16.主要元件符号说明
17.带除菌功能的口罩
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100；200
18.口罩本体
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102；202
19.系带
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104；204
20.功能层
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106；206
21.第一电极
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108a；208a
22.第二电极
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108b；208b
23.电源接入口
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110；210
24.碳纳米管片段
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143
25.碳纳米管
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145
26.如下具体实施方式将结合所述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
27.下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的带除菌功能的口罩作进一步的详细说明。
28.请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种带除菌功能的口罩100，包括一口罩本体102、两个系带104，一功能层106，第一电极108a、第二电极108b以及一电源接入口110。所述功能层106和两个电极108a、108b设置于所述口罩本体102中，所述两个电极108a、108b位于所述功能层106 的表面与所述电源接入口110电连接。所述两个电极108a、108b用于向功能层106通入电流，使功能层106温度升高，所述功能层106包括多个微孔，其为一碳纳米管层或者一碳纤维层。
29.所述口罩本体102至少由内外两层组成，内层和外层层叠设置。所述功能层106设置于所述内层和外层之间。所述两个系带104分别设置于所述口罩本体102的相对的两端。两个系带104分别设置于所述口罩本体102的两个侧边，用于将口罩挂在使用者的耳朵上。可以理解，系带104也可以采用其它设置方式，如套头式。
30.所述口罩本体102的材料优选轻薄且透气性较好的材料，可以为棉布、丝绸、纱布、无纺布、麻、纤维、尼龙、氨纶、聚酯、聚丙烯腈等。优选的，所述口罩本体102的材料为空气负离子改性材料。该空气负离子改性材料中的空气负离子能够降低空气中的微生物和病菌的活性，从而起到抑制微生物或病菌在口罩中的存活。同时能中和空气中带正离子的灰尘、气溶胶等污染微粒子，达到净化空气的目的。
31.所述口罩本体102并不限定于本实施例中的两层结构，也可以为一多层结构。所述口罩本体102可以为一一体成型结构，也可以由至少两层结构通过缝纫或粘结等方式结合在一起形成。可以理解，所述至少两层结构的大小可以相同或不相同，只要保证所述至少两层结构可以形成一容纳空间用于放置功能层106即可。所述口罩本体102的形状可以为圆弧形、半圆球形、杯形、长方形或其它所需的形状。
32.优选的，所述系带104为一弹性系带。所述系带104的设置方式并不限定于本实施例中，只要能够起到将带除菌功能的口罩固定在使用者面部的作用即可。例如：也可以仅设置一个系带104，该系带104的两端分别设置于口罩本体102的两个侧边，该系带可以将口罩固定于使用者的头的后部。可以理解，所述带除菌功能的口罩也可以不设置系带。例如：直
接在所述口罩本体102的内表面设置一可重复粘贴的粘帖件，该粘结件可以直接粘帖在皮肤上，即不会对佩戴者造成压迫感，也不会妨碍微血管血液流动，大幅改善佩戴者的舒适感。
33.所述功能层106为一过滤层和一加热除菌层。功能层106的厚度和形状可以根据实际需要进行设计。所述功能层为一柔性层，包括多个微孔。所述微孔孔径的大小可以为大于1微米。所述微孔的孔径可以为大于1微米小于 5微米。优选地，所述微孔的孔径大于1微米小于2.5微米。所述功能层106 为一导电层，当向功能层106输入电压时，功能层106中有电流产生，从而产生焦耳热，使功能层106的温度升高。
34.请参阅图3及图4，所述功能层106为一碳纳米管层，且所述碳纳米管层由多个碳纳米管组成且不含任何杂质。所述碳纳米管层包括均匀分布的大量碳纳米管，碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。碳纳米管层可以为仅包括碳纳米管的纯碳纳米管层。该碳纳米管层中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管可以为纯碳纳米管管，纯碳纳米管指碳纳米管表面不含其它杂质，如无定形碳、官能团等。所述碳纳米管层可以包括有序排列的碳纳米管，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。所述碳纳米管层也可以包括无序随机排列的碳纳米管。
35.优选地，所述碳纳米管层为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管层无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。该自支撑结构的碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而形成一网络结构，并使碳纳米管结构具有特定的形状，以形成一个一体的自支撑的碳纳米管层。相对于无法自支撑的碳纳米管层，如碳纳米管浆料层，自支撑的碳纳米管层具有更好的柔韧性。所述碳纳米管层包括多层层叠设置的碳纳米管膜。该碳纳米管层中的微孔孔径大小与碳纳米管膜的层数有关，碳纳米管膜的层数越多，碳纳米管层中的微孔孔径越小。所述碳纳米管膜可为碳纳米管絮化膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管拉膜。
36.所述碳纳米管拉膜为从一碳纳米管阵列中拉取所获得的碳纳米管膜。所述碳纳米管层可包括一层碳纳米管拉膜或两层以上碳纳米管拉膜。碳纳米管拉膜包括多个沿同一方向择优取向且平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。请参阅图5及图6，每一碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力紧密连接。该碳纳米管片段143具有任意的宽度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳米管拉膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第cn101239712a 号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
37.当所述碳纳米管层包括两层以上的碳纳米管拉膜时，该多层碳纳米管拉膜相互叠加设置或并列设置。相邻两层碳纳米管拉膜中的择优取向排列的碳纳米管之间形成一交叉角度α，α大于等于0度且小于等于90度(0
°
≤α≤90
°
)。所述多层的碳纳米管拉膜之间或一个碳纳米管拉膜之中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管层中形成多个微
孔。
38.所述碳纳米管絮化膜为通过一絮化方法形成的碳纳米管膜，该碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选为200～900微米。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均匀分布，无规则排列，形成大量的微孔。所述碳纳米管絮化膜的长度和宽度不限。请参阅图7，由于在碳纳米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年4月13日申请的，于2008年10月15日公开的第cn101284662a号中国公开专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
39.所述碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列形成的碳纳米管膜。该碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。碳纳米管也可以是各向同性的。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管层具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0≤β≤15
°
)，该夹角β与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。请参阅图8，当沿不同方向碾压时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列。当从碳纳米管阵列的上方垂直碾压碳纳米管阵列时，碳纳米管碾压膜是各向同性的。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。所述碳纳米管碾压膜之中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管碾压膜中形成多个微孔。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请的，于2008 年12月3日公开的第cn101314464a号中国公开专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
40.本实施例中，所述碳纳米管层由4层碳纳米管拉膜层叠交叉设置形成，该碳纳米管层中相邻碳纳米管拉膜的交叉角度为90度，该碳纳米管层中微孔的平均孔径约为1.5微米。
41.本发明实施例提供的带除菌功能的口罩100中使用碳纳米管层作为功能层，碳纳米管质量较轻，柔韧性较好，所以所述带除菌功能的口罩具有质量轻，厚度薄，耐弯折等特点；由于碳纳米管的比表面积较大，为170m2/g，对空气中的有毒气体具有很好的吸附作用，所以本发明的带除菌功能的口罩可以不用另外设置吸附层即可达到进一步净化空气的目的。另外，由于本实施例的碳纳米管比较纯净，所以包括多个碳纳米管的碳纳米管膜或碳纳米管线具有较大的粘性，无需使用粘结剂即可以很好的粘附在口罩本体中，而且其粘性较大，还可以粘附一些较难过滤的粉尘等杂质，可达到进一步净化空气的目的。
42.所述功能层106还可以为一碳纤维层，该碳纤维层包括相互缠绕且均匀分布的碳
纤维。碳纤维的长度大于100微米。所述碳纤维之间相互缠绕，形成网络状结构。所述碳纤维层中的碳纤维均匀分布，无规则排列，形成大量的微孔。所述碳纤维层的长度和宽度不限。
43.所述第一电极108a和第二电极108b分别位于功能层106的两端，并设置于功能层106的表面。本实施例中，第一电极108a和第二电极108b为叉指电极。具体地，第一电极108a或第二电极108b包括一根横向导线及多根竖向导线，每根竖向导线平行且间隔设置，且每根竖向导线的一端均连接于横向导线，另一端向外延伸。横向导线和竖向导线可以相互垂直。横向导线与所述功能层106的一个边基本齐平。第一电极108a和第二电极108b的横向导线可以相互平行，也可以呈一定角度设置。第一电极108a和第二电极 108b的竖向导线交替间隔设置，且相互平行。第一电极108a和第二电极108b 的横向导线的一端均电连接于所述电源输入口110，外部电源通过电源输入口110向第一电极108a和第二电极108b通电。相邻的竖向导线之间的距离可以根据需要进行调整。优选地，相邻的竖向导线之间的距离可以为1毫米～ 10毫米。本实施例中，所述竖向导线之间的距离为2毫米，如需口罩内部的温度达到56度，外部电源的输入电压为5伏，电流为1安，功率为5瓦。可以理解，电源的输入功率、输入电压以及电流的大小不仅与竖向导线之间的距离有关，还与口罩的其他参数有关，如口罩的厚度，口罩需要加热的温度等。因此，电源的输入功率、输入电压和电流可以根据实际情况进行调节。优选地，电源的输入功率为3～10瓦，电压为3～10伏，电压为0.5～2安。
44.第一电极108a和第二电极108b的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物 (ito)、锑锡氧化物(ato)、导电银胶、导电聚合物或导电性碳纳米管等。该金属或合金材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钕、钯、铯或其任意组合的合金。本实施例中，所述第一电极108a和第二电极108b均为线性铜导电膜，厚度为1微米。所述第一电极108a和第二电极108b应选择柔韧性较好的材料，且厚度较小。
45.所述带除菌功能的口罩100可进一步包括一支撑件，该支撑件设置在口罩本体中，可以使口罩形成一个较大的空腔，扩大有效通流面积，进而减小佩戴者的呼吸阻力。所述支撑件的材料可以为塑料、金属等。
46.所述带除菌功能的口罩100电源接入口110可以与任意外部电源电连接。可选择的，所述带除菌功能的口罩100可进一步专用电源(图未示)，该专用电源包括一功率调节档。该功率调节档包括一高档位及一低档位。当处于高档位时，输入至第一电极108a和第二电极108b的电信号的功率较高，功能层106的温度较高，可以实现口罩内部和外部的温度较高，除去口罩内部和外部的细菌和病毒。当处于低档位时，输入至第一电极108a和第二电极108b的电信号的功率较低，功能层106的温度低于高档位时的温度，保持口罩外部温度较低，但同时杀灭口罩内部的细菌和病毒，由于口罩外部温度低，佩戴者可以一边佩戴口罩，一边开启电源净化口罩。
47.所述带除菌功能的口罩100在佩戴一定时间后，或者出入密闭空间有可能被病毒污染后，可以自加热进行除菌。即，通过电源输入口110向第一电极108a和第二电极108之间通入电信号，第一电极108a和第二电极108b 的竖向导线之间的功能层106处于导通状态，有电流流过相邻的两个竖向导线以及这两个竖向导线之间的功能层106，功能层106产生焦耳热，温度升高。功能层106加热口罩本体102，达到除菌净化的效果，使所述带除菌功能的口罩可以重复使用。由于功能层106包括多个微孔，功能层106的透气性好，还可以对空气中的污染颗粒起到过滤作用。功能层106为大面积的层状结构，可以覆盖整个口罩的横向面
积，因此，可以快速对口罩内部进行加热，且不会造成口罩局部过热的现象，即使在加热除菌时，口罩外部的温度不会有局部过热现象。
48.相较于在口罩中加入金属电热丝对口罩进行加热除菌，本发明所提供的带除菌功能的口罩具有显著优点。通过电热丝加热除菌的口罩中，为了提高金属柔韧性，金属电热丝较细，而且为了保证口罩的透气性，金属电热丝不能大面积覆盖整个口罩，电热丝之间应存在较大间隙。加热过程中，靠电热丝的热量传递给口罩本体，为了使整个口罩温度达到除菌温度，电热丝的局部温度需要高于除菌温度5～15度以上才能使整个口罩的内部温度达到除菌温度；电热丝的温度需要高温除菌温度15～25度以上，才能使口罩外部的温度达到除菌温度。电热丝的温度越高，所需加热功率越高。这将造成跟电热丝直接接触的口罩部分温度过高，有可能在加热除菌过程中造成口罩自燃或者对使用者造成烫伤。因此，这种采用加热丝加热的口罩存在较大的安全隐患。例如，杀死新冠病毒的温度为56度，那么电热丝的温度需要达到66 度甚至更高，才可以使口罩内部的最低温度保持56度，需要达到80度甚至更高，才能使口罩的外部的最低温度保持56度，这将造成口罩局部温度过高。而本发明所提供的带除菌功能的口罩，如需使口罩内部温度达到56度的除菌温度，由于功能层的面积覆盖大部分口罩面积，功能层的温度只要达到56度或者稍微高于56度，即可使口罩整个内部的温度达到除菌温度，当内部温度为56度时，口罩外部的温度为40度以下，佩戴者可以一边加热除菌一边佩戴口罩，时刻保持口罩清洁。如需去除口罩外部的细菌病毒，由于功能层的面积覆盖大部分口罩面积，功能层的温度需要高于70度即可以实现口罩外部的最低温度高于56度，不存在安全隐患。
49.请参见图9和图10，本发明另一实施例提供一带除菌功能的口罩200，包括一口罩本体202、两个系带204，一功能层206，两个电极208a、208b 以及一电源接入口210。所述功能层206和两个线状电极208a、208b设置于所述口罩本体202中，所述两个线状电极208a、208b位于所述功能层206 的表面与所述电源接入口210电连接。所述至少两个线状电极208a、208b 用于向功能层206通入电流，使功能层206温度升高，所述功能层206包括多个微孔，其为一碳纳米管层或者一碳纤维层。
50.所述两个系带204为头戴式。
51.第一电极208a和第二电极208b为两个线状电极，分别位于功能层206 的两端，并与功能层206的两个相对的边基本齐平。第一电极208a和第二电极208b分别通过电极引线连接于电源接入口210。
52.除了系带204和电极108a、208b的结构，所述带除菌功能的口罩200 的其它结构与性能与上一个实施例所提供的带除菌功能的口罩100相同。
53.本实施例所提供的带除菌功能的口罩200仅在功能层206的两个对边的位置设置线状电极，电极不会对整个功能层的柔韧性造成影响，且结构简单，易加工制作。
54.另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。