一种可生物降解的医用口罩及其制备方法

1.本发明属于医用材料领域，具体涉及一种可生物降解的医用口罩及其制备方法。

背景技术：

2.当今，在新型冠状病毒的影响下，全球每月1300亿个一次性口罩被使用后丢弃。传统的一次性医用口罩使用的原料是聚乙烯、聚丙烯或聚酯等合成高分子，不易降解，对环境造成了极大的压力，成为目前亟待解决的问题。所以开发可生物降解的一次性口罩具有重要的意义，不但可以保护人们健康，而且可以保护环境。
3.明胶是动物结缔组织中的胶原经过一定程度的降解而得到的大分子蛋白质。其原料主要包括动物骨和皮食品加工的附产物，所以具有良好的理化性能、营养功能和生物相容性，应用非常广泛，包括食品、医药和化妆品等等。由于明胶是蛋白质，所以可以被细菌和蛋白酶等降解。静电纺丝技术可以通过高压电场作用制备纳米纤维非织造布，已经被应用于新型过滤材料的研发。医用口罩利用织物中交错的纳米纤维使其形成小孔，不但可以透气有利于呼吸，同时可以阻挡病毒。特别是通过静电纺丝使口罩带有静电，更有利于对病毒和细菌的阻挡，从而提升口罩的过滤效率，保证口罩的透气性。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种可生物降解的医用口罩及其制备方法，采用明胶为主要原料制备口罩的滤芯代替熔喷布，制备可生物降解的医用口罩。制得的口罩具有以下优点：（1）可生物降解，保护环境；（2）通过静电纺丝赋予膜静电，不但提供阻挡病毒的能力，而且提高透气的能力；（3）明胶是蛋白质无毒、安全，且因为其原料来源于食品加工副产物，价格低廉；（4）制备了明胶弹性体作为口罩带，解决了口罩带不降解的问题；（5）外层为可降解的纤维素多孔餐巾纸，实现了口罩为纯天然材料的特性，方便使用。口罩的开发成功，为环境保护贡献力量。
5.为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：一种可生物降解的医用口罩，所述医用口罩的中间层为明胶基纳米纤维膜，其中支撑层位于中间层的两侧。
6.在本发明的优选的实施方式中，所述的支撑层选自由天然大分子制备的可降解的多孔餐巾纸中的任一种；更优选为可降解的纤维素多孔餐巾纸。
7.在本发明的优选的实施方式中，所述的明胶基纳米纤维膜通过静电纺丝的方法制备的得到；所述的明胶基纳米纤维膜的厚度为0.01-0.05mm。
8.在本发明的优选的实施方式中，将制备得到的明胶弹性体作为口罩带。该方式有效的解决了现有技术中口罩带不降解的问题。
9.本发明还保护所述的可生物降解的医用口罩的制备方法，包括如下步骤:（1）将原料明胶配制成浓度为10-20wt%的明胶溶液；（2）向胶液中加入抗菌剂和助纺溶剂，配制成明胶基静电纺丝液；（3）将步骤（2）得到的明胶基静电纺丝液进行纺丝，制得明胶基纳米纤维膜；
（4）将支撑层作为外层，明胶基纳米纤维膜作为内层，再以明胶为粘合剂，制得可生物降解的医用口罩。
10.在本发明的优选的实施方式中，步骤（1）中，所述的原料明胶选自凝冻强度为150-260bloom g的明胶；步骤（1）中，在60℃的恒温水浴中加热溶解，配制成10-20wt%的明胶溶液。
11.在本发明的优选的实施方式中，步骤（2）中，所述的抗菌剂选自硝酸亚铈，所述的助纺溶剂选自卡比醇；更优选的，水与卡比醇质量比为0.4，铈盐的加入量为0.86wt%。
12.与现有技术相比，本发明具有如下优点：（1）传统的一次性医用口罩使用的原料是聚乙烯、聚丙烯或聚酯等合成高分子，不易降解，对环境造成了极大的压力。明胶是动物结缔组织中的胶原经过一定程度的降解而得到的大分子蛋白质。用明胶为主要原料制备口罩的滤芯代替熔喷布，研制出可生物降解的口罩，为环境保护贡献力量.（2）本发明中的明胶基纳米纤维膜通过静电纺丝的方式制备得到，其中通过静电纺丝赋予膜静电，更有利于对病毒和细菌的阻挡，从而提升口罩的过滤效率，保证口罩的透气性；明胶是蛋白质无毒，安全，且因为其原料来源于食品加工副产物，价格低廉。
13.（3）本发明应用明胶为原料制备了新型可生物降解的一次性口罩，并探究了其制备工艺条件。在水与卡比醇质量比为0.4时，铈盐的加入量为0.86wt%时候，可以纺出高性能的纤维。采用口罩过滤性能测试仪测定口罩的过滤效率和呼吸阻力。内层纳米纤维用扫描电子显微镜进行观察。明胶膜对大肠杆菌的抑菌效果采用抑菌圈的方法进行测定。将口罩放入含有中性蛋白酶的水中测试其生物可降解性。研发得到的口罩其明胶静电纺丝膜的厚度为0.038mm时，其过滤效率可以高达97.8%，且阻力仅为39.8pa，完全达到了标准的要求，是一种高性能的口罩。研发制得的口罩在室温搅拌后约20分钟就被完全降解，说明具有较高的生物可降解性。这为新型可降解口罩的开发提供了新思路，为明胶开发了新用途，且可带来良好的环境效益。
附图说明
14.以下结合附图对本发明作进一步说明, 附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：图1为实施例1制备得到的明胶基静电纺丝纤维膜的sem图（a, b）；图2为实施例1制备得到的明胶基可生物降解口罩对大肠杆菌的抑制作用照片（左）和口罩照片（右）。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚，本发明用以下具体实施例进行说明，但本发明绝非限于这些例子。
16.实施例1称取明胶3克，加水17克，在室温条件下溶胀1小时，然后在60℃的恒温水浴中加热溶解，配制成30wt%的明胶溶液。向明胶溶液中加入0.86%的硝酸铈。加入的卡比醇与水的加入量的质量比为0.4，配制成明胶基静电纺丝液。随后用静电纺丝机器进行纺丝，一定时间
后得到平均膜厚度为0.038mm的静电纺丝纳米纤维膜。选择两张压纹餐巾纸为外层材料，内层为明胶基纳米纤维膜，再以明胶为粘合剂制作口罩。
17.采用口罩过滤性能测试仪测定口罩的过滤效率和呼吸阻力，测试结果见表1。内层纳米纤维用扫描电子显微镜进行测定（图1）。该明胶基静电纺丝膜的丝粗细均匀，且交错之间有明显的孔分布，将有利于呼吸透气性的提升。因为明胶是天然大分子胶原蛋白的降解产物，其分子结构为纤维状，所以有利于形成纤维；且因为明胶中含有很多活性的基团，有利于与铈离子结合形成交联，提交纤维的强度。同时，因为通过静电纺丝得到的膜，所以在实验过程中可以看到有静电保留在明胶纤维上的现象，所以其过滤性能很高。这有利于对病毒的过滤，防止病毒的进入人体，保证大家的健康。明胶纤维的直径大概在100-200nm之间。制得的口罩如图2所示。另外，采用抑菌圈的方法对口罩抑制细菌能力进行测定，直径为10mm的膜片，考察其对大肠杆菌的抑菌效果。明胶基可生物降解口罩对大肠杆菌有一定的抑制作用，虽然没有明显的抑菌圈出现，但是在膜上没有发现大肠杆菌的生长，所以说明该口罩中铈盐的加入起到了一定的防止细菌滋生的作用。将口罩放入含有中性蛋白酶的水中，室温搅拌后约20分钟就被完全降解。
[0018] 表1 压纹餐巾纸为载体的明胶基静电纺丝膜的性能测试结果实施例2称取明胶3克，加水17克，在室温条件下溶胀1小时，然后在60。c的恒温水浴中加热溶解，配制成30wt%的明胶溶液。向明胶溶液中加入0.86%的硝酸铈。加入的卡比醇与水的加入量的质量比为1，配制成明胶基静电纺丝液。随后用静电纺丝机器进行纺丝，一定时间后得到平均膜厚度为0.017mm的静电纺丝纳米纤维膜。选择两张压纹餐巾纸为外层材料，内层为明胶基纳米纤维膜，再以明胶为粘合剂制作口罩。采用口罩过滤性能测试仪测定口罩的过滤效率和呼吸阻力，测试结果见表2。
[0019]
表2 压纹餐巾纸为载体的明胶基静电纺丝膜的性能测试结果以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：

1.一种可生物降解的医用口罩，其特征在于，所述医用口罩的中间层为明胶基纳米纤维膜，其中支撑层位于中间层的两侧。2.根据权利要求1所述的医用口罩，其特征在于，所述的支撑层选自由天然大分子制备的可降解的多孔餐巾纸中的任一种。3.根据权利要求2所述的医用口罩，其特征在于，所述的支撑层为可降解的纤维素多孔餐巾纸。4.根据权利要求1所述的医用口罩，其特征在于，所述的明胶基纳米纤维膜通过静电纺丝的方法制备的得到；所述的明胶基纳米纤维膜的厚度为0.01-0.05mm。5.根据权利要求1所述的医用口罩，其特征在于，将制备得到的明胶弹性体作为口罩带。6.根据权利要求1-5中任一项所述的医用口罩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将原料明胶配制成浓度为10-20wt%的明胶溶液；（2）向胶液中加入抗菌剂和助纺溶剂，配制成明胶基静电纺丝液；（3）将步骤（2）得到的明胶基静电纺丝液进行纺丝，制得明胶基纳米纤维膜；（4）将支撑层作为外层，明胶基纳米纤维膜作为内层，再以明胶为粘合剂，制得可生物降解的医用口罩。7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的原料明胶选自凝冻强度为150-260 bloom g的明胶。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，在60℃的恒温水浴中加热溶解，配制成10-20wt%的明胶溶液。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的抗菌剂选自硝酸亚铈，所述的助纺溶剂选自卡比醇或三氟乙醇。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，水与助纺剂质量比为0.4，铈盐的加入量为0.86wt%。

技术总结

本发明涉及一种可生物降解的医用口罩及其制备方法，采用明胶为主要原料制备口罩的滤芯代替熔喷布，制备可生物降解的医用口罩。所述医用口罩的中间层为明胶基纳米纤维膜，其中支撑层位于中间层的两侧，其为天然材料制备的餐巾纸，具有多孔结构。本发明的可生物降解的医用口罩具有以下优点：（1）可生物降解，保护环境，所用材料皆为天然材料；（2）通过静电纺丝赋予明胶纤维膜静电，不但提供阻挡病毒的能力，而且提高透气的能力；（3）明胶是蛋白质无毒、安全，且因为其原料来源于食品加工副产物，价格低廉；（4）制备了明胶弹性体作为口罩带，解决了目前口罩带不降解的问题；（5）外层为可降解的纤维素多孔餐巾纸，实现了口罩为纯天然材料的特性，方便使用。方便使用。方便使用。