CN103463995B

CN103463995B - 用于口罩的五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜及应用

Info

Publication number: CN103463995B
Application number: CN201310362253.9A
Authority: CN
Inventors: 黄河
Original assignee: WUHAN LONGFEIXIANG TECHNOLOGY PRODUCTS MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: Wuhan Longfeixiang Technology Products Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-08-19
Also published as: CN103463995A

Abstract

本发明公开了一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，属于医疗卫生技术领域。聚合物超薄膜复合膜支撑层是由多孔材料制成的多孔超薄膜载体层，在所述的多孔超薄膜载体层的表面覆盖均质无孔聚合物超薄膜层，所述的均质无孔聚合物超薄膜层是由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层；所述的均质无孔聚合物超薄膜层的氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6；所述的均质无孔聚合物超薄膜层的厚度为0.001-5微米。本发明的复合膜使口罩既能阻止尘粒(包括PM2.5)、病毒、病菌、污染物、烟尘，还能提供富氧功能。

Description

用于口罩的五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜及应用

技术领域

本发明属于医疗卫生技术领域，具体涉及一种能用于口罩；使其产生五防及富氧功能的，由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的复合膜。

背景技术

现有技术中，高分子气体分离膜是用于分离混合气体的高分子膜，通常分为多孔膜和非多孔膜，主要参数为渗透系数和分离系数。不同的高分子膜对不同种类的气体分子的透过率和选择性不同，因而可以从气体混合物中选择分离某种气体，如从空气中收集氧。美国通用电器公司采用聚碳酸酯和有机硅的共聚物作为分离膜，经过一级分离就可获得40%富氧的空气，若以富氧的空气代替普通空气，将大大提高各种燃烧装置的效率，并可减少公害。

因氮常与氧一起渗透，用聚合物膜分离生产纯氧比较困难，所以主要用于生产富氧空气，而非纯氧。目前，通过压缩机将空气压缩至高压后，应用聚合物膜可生产质量分数为25%～60%富氧空气，用于FCC催化剂的再生，或在高温炉或窑中使用甲烷有效燃烧。

本申请人在深入研究了现有技术的已有物质和膜技术以及膜的应用领域的基础上，发明了一种能用于口罩的高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的复合膜，设置有这种复合膜的口罩能够在满足五防（即防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘）功能的同时，提供富氧功能。现有技术中，用以分离不同气体的膜是已知的，现有技术已开发了一系列的具有高分离因子或高气体流量，即具有高选择性或高渗透性的膜。但是，这些聚合物分离材料都应用在工业上，它具有一系列的工业应用的特点，尚无人将它们应用于人们普通使用的口罩上。应用于口罩的复合膜必须是具有柔软性且能与口罩相配合，它既能阻挡各种对人体有害的PM2.5和病菌等，又不会对佩带者造成呼吸障碍，还能为佩带者提供富氧的空气，同时，还需要其价格能为人们所能接受。为达到如上目的，用于口罩的复合膜是需要具有一定的技术和性能要求的，如，必须是具有一定韧性的，使其能自如地插入和脱离口罩，必须足够薄和足够均匀，既能阻挡对人体有害的物质，又呼吸顺畅和能提供富氧的空气，现有技术中尚无适用的已知薄膜。

随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对能源的需求随之增加，尤其在大、中城市，各类车辆和私家车大幅增加。由于对这些因素形成的空气污染缺乏足够的认识和重视，近年来，在人口密度大的地区，尤其是大、中城市常产生雾霾天气，严重威胁人民的身体健康和生命。雾霾天气产生的机制很复杂，其化学成分也非常复杂。它含有大量的含氮有机颗粒物，它的成分非常复杂，它不是一种物质，而是好几十种物质，这些物质可能引发癌症及其它严重疾病。更重要的是，病毒、病菌都能在这种很小的颗粒物上存活和繁殖，附着在大气的颗粒物上，在空气中产生大量的游离着的病毒和病菌分子，就会传播疾病。PM2.5是空气污染物中对人危害最大的细颗粒物，此细颗粒物的直径等于或者小于2.5微米，PM2.5在医学上叫可入肺颗粒物，一般来说我们外科的口罩大概能够有PM4的微粒可以预防，到PM2.5就不行了，到PM2.5现在一般是要N95的那种口罩，但那种口罩很闷，不能长期用。

现有技术中，因应不同的用途和需求，口罩有不同的种类与分级，简单说明如下。一般口罩：这种口罩没有经过额外的处理，其纤维结构的孔隙相当大（约1微米），所以无法有效阻止经空气传染的病原。此外，一般的口罩对於比较容易进入人类呼吸系统的灰尘，并没有防护的效果，但对於颗粒大的灰尘，还是有一些阻绝的作用。这种口罩可以作为保暖、避免灰头土脸与鼻孔肮髒等用途，但是不可作为防止病菌侵入之用。

活性碳口罩：活性碳具有多孔隙的结构。其过滤层的主要功用在于吸附有机气体、具恶臭的分子及毒性粉尘，并非用于过滤粉尘，不具杀菌的功能。但活性碳的使用有一项限制，一旦所有的细孔都被填满，便失去效用，此时必须置换口罩，但何时到达饱和点并不太容易判断。活性碳会将病毒粒子吸引到口罩表面，但是却无法「杀死病毒」，因此，手、眼、鼻或嘴意外接触到使用过的活性碳口罩表面，依然有可能导致疾病的传染。

医疗用口罩：医用口罩主要是为了避免医生的飞沫影响病人，功能设计并不是要免于吸入粒状有害物，其效果虽然比棉纱口罩及布质印花口罩好，但是顶多也只有70％的效果，拿这样的口罩来阻绝病菌，效果可能非常有限。标准的外科医疗用口罩分叁层，外层有阻尘阻水作用，可防止飞沫进入口罩里面，中层有过滤作用，可挡住90％以上的5微米颗粒，近口鼻的一层作为吸湿之用。

带电滤材口罩：根据这种口罩的主要生产厂商3M公司所提供的资料显示，带电滤材的功用主要在于便利呼吸，而不在于过滤。这种口罩实际有过滤作用的是位于带电滤材下的一层碳。其过滤机制可能与活性碳口罩相同，这表示它与活性碳口罩有相同的使用限制。其中还有一层所谓的「附著电阻过滤材质」，其作用在于延长口罩的寿命及增加舒适度。

美国职业安全卫生研究所（National Institute for Occupational Safety andHealth）的认證，将防护性口罩分为叁个系列，除N系列外，尚有P及R系列，各含95、99及100叁型，分别表示在特殊环境下，可阻绝95、99及99.7％的病菌。

SARS流行期间大家争相抢购的N95型口罩，是美国指定防範肺结核病菌的防疫口罩，可以有效过滤结核桿菌（直径约为0.3-0.6微米，长1-4微米），防止经由空气的感染。其检验的标准为，用0.3微米氯化钠微粒进行测试，阻隔效率须达95％以上，并经佩戴者脸庞紧密度测试，确保在密贴脸部边缘状况下，空气能透过口罩进出。

现有技术中，一般口罩的孔洞最小约为0.3微米，而SARS病毒的大小约为0.08-0.14微米，所以一般的观念都是认为口罩并不能有效地过滤SARS病毒。世界卫生组织（WHO）认定SARS是飞沫传染，所谓的飞沫传染就说明了病毒并不是个别地散布在空气中，主要是藏在口鼻飞沫（其大小约为病毒的上百倍大，超过0.3微米）内，以医疗用的口罩来说，它就有65％以上的飞沫阻绝效率，因此口罩对于「飞沫传染」的疾病预防，还是有一定的效用。

新近诞生的纳米光触媒口罩具有相当的杀菌功能，其原理是利用光催化反应来分解有害物质与杀菌。光催化反应是藉由一种半导体光电陶瓷作为触媒，以达到将吸附物质氧化或还原的目的。许多半导体光电陶瓷皆可作为光触媒，如二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）、硫化镉（CdS）等。目前使用最多的光触媒为二氧化钛，它除了具有相当强的氧化与还原能力外，还具有化学安定性、对环境无害、价格低廉等优点。我国吉林省惟升科贸发展有限公司新开发的纳米防护系列口罩产品，集中了纳米材料技术，高效率过滤、杀菌材料技术等，以突出的防护性能，已获得以下专利：1、折叠形纳米防护口罩。（专利号：03252129）。2、防飞沫抗菌口罩。（专利号：03252128）。3、平板折叠形纳米防护口罩。（专利号：03252131）。4、罩杯形纳米防护口罩。（专利号：03252130）。

中国人口密度大的各大地区，尤其是大、中城市，不仅空气污染极为严重，并且这种污染也导致空气中氧的浓度从大自然的21%降到19%以下，长期处于贫氧状态。对于汽车出行高峰期的某些地区，由于空气中的氧大量用于汽车燃油的燃烧，空气中氧的浓度甚至低于18%，处于极度贫氧状态。因此真正吸入到人体体内的氧气量大大降低。生活在这种贫氧或者极度贫氧环境下的人们，其健康将受到严重威胁，其身体将处于亚健康状态，并且很容易患上或者诱发多种慢性疾病，缺氧将是造成许多疾病的主因之一,比如头痛、心脑血管疾病，心绞痛，等等。众所周知，氧气是人类生存不可或缺的气体。如果能有一种技术能制造一种具有防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘和富氧功能的口罩给人们佩戴，非常方便地给人们提供清新健康的富氧，它将大大改善人们大脑供氧的状况，并因此缓解或者根治由缺氧而引起的各种不良身体症状，可大大缓解脑疲劳，醒脑提神，保持旺盛精力；可消除因体内血液中氧浓度低而导致的疲劳，倦怠和头晕、头疼等不适症状。在清新健康富氧的环境下，人们的体力机能，大脑智力，血液氧浓度等能达到身体最佳状态。这种状态对于老年人、孕妇、儿童，以及学习强度和心理压力大的学生，和工作强度和心理压力大的各类群体，都将具有特别显著的保健和医疗作用。

尽管如上所述的现有技术通过过滤和吸附乃至光催化，纳米技术等提供了“五防”（即防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘）中的某项或某几项功能的口罩。但目前尚无任何技术和产品能够满足五防（即防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘）功能，且在满足五防功能的同时，提供富氧功能的口罩。而且，绝大多数口罩都不能防PM2.5大小的可入肺颗粒物，有少数能防PM2.5的可入肺颗粒物的口罩，如N95型口罩，但这些种类的口罩佩载时让人感觉很闷，不能长期使用。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，它不仅能使口罩满足五防，即防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘的功能，同时使口罩具有富氧功能，使口罩成为一种具有特别显著的保健和医疗功能的用品。

本发明的技术方案是：一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其支撑层是由多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层，所述的多孔超薄膜载体层是一层或多层；在所述的多孔超薄膜载体层的表面覆盖均质无孔聚合物超薄膜层，所述的均质无孔聚合物超薄膜层是由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层；所述的均质无孔聚合物超薄膜层的氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6；所述的均质无孔聚合物超薄膜层的厚度为0.001-5微米。所述的均质无孔聚合物超薄膜层的最佳厚度为0.05-1微米。

所述的均质无孔聚合物超薄膜层由以下物质中的一种，但不限于以下物质，为原料制备而成：

（1）美国杜邦，即DuPont，公司生产的Teflon AF2400粉末树脂；它是缩写为PDD的无定形的2,2-二（三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯），即2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole，与缩写为TFE的四氟乙烯，即tetrafluoroethylene，的共聚物；此共聚物中含87%摩尔的PDD和13%摩尔的TFE；共聚物的化学结构式如下：

式中：x=89，y=11；

（2）美国杜邦，即DuPont，公司生产的Teflon AF1600粉末树脂；它是缩写为PDD的无定形的2,2-二（三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯），即2,2-bistrifluoromethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxole，与缩写为TFE的四氟乙烯，即tetrafluoroethylene，的共聚物；此共聚物中含65%摩尔的PDD和35%摩尔的TFE；共聚物的化学结构式与如上式相同，但式中：x=65，y=35；

（3）比利时苏威公司生产的Hyflon AD80X粉末树脂；它是一种无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯，即2,2,4-trifluoro-5-trifluoromethoxy-1,3-dioxole与缩写为TFE的四氟乙烯，即tetrafluoroethylene，的共聚物，此共聚物中含85％摩尔的无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯，dioxole；

（4）比利时苏威公司生产的Hyflon AD60X粉末树脂，它是一种无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯，即2,2,4-trifluoro-5-trifluoromethoxy-1,3-dioxole与缩写为TFE的四氟乙烯，即tetrafluoroethylene，的共聚物，此共聚物中含60％摩尔的无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯，dioxole；

（5）含硅聚合物或其中的聚二甲基硅氧烷；

（6）硅橡胶或其中的聚醚嵌段酰胺，Polyether block amide,缩写为PEBA。

所述的多孔超薄膜载体层由以下三大类物质中的一种为原料制备而成：[1]不对称孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层；[2]均匀孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层；[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层。

所述的[1]不对称孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层的厚度和孔隙率分别为0.03-0.26毫米和20%-80%；所述的多孔超薄膜载体层中的不对称孔，从与所述均质无孔聚合物薄膜层（5）的交接面到所述的多孔超薄膜载体层的外表面，其平均孔径从0.001-0.01微米扩大到0.1-10微米。

所述的[2]均匀孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层，其厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.03-0.26毫米、20%-90%和0.01-2微米。

所述的[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层（6）的接触所述均质无孔聚合物薄膜层（5）的第一层多孔超薄膜载体层的厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.01-0.05毫米、40%-80%和0.01-0.06微米，所述的[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层（6）的第二层的多孔超薄膜载体层的厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.1-0.15毫米、40%-80%和0.1-10微米。

所述的多孔超薄膜载体层是以下物质中的一种、或两种、或两种以上为原料制成：聚四氟乙烯，Polytetrafluoroethylene，缩写为PTFE；聚醚砜，Polyethersulfone，缩写为PES；聚偏二氟乙烯，Polyvinylidene Fluoride，缩写为PVDF；聚醚，Polyetherimide，缩写为PEI；丙烯酸共聚物，Acrylic Copolymer；聚酰亚胺，Polyimides，缩写为PI；聚多芳基化合物，Polyarylates；聚碳酸酯，Polycarbonates，缩写为PC；聚芳基醚或芳基醚，Poly aryl ethers或aryl ethers；聚芳基酮或芳基酮，Poly aryl ketones或aryl ketones；聚丙烯，Polypropylene，缩写为PP；透气性好的多孔性无纺布；所述多孔性无纺布材料包括，但不限于以下材料：多孔性聚酯无纺布，即Polyester无纺布；或者多孔性聚砜无纺布，即Polysulfone无纺布；或者多孔性尼龙无纺布，即Nylon无纺布。

一种具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜在口罩中的应用，所述的聚合物超薄膜复合膜用于口罩，将其置于或活动插入在口罩体中央时，所述均质无孔聚合物超薄膜层与口罩体的外侧面相邻，所述的多孔超薄膜载体层与所述的口罩体的内侧面相邻。所述的聚合物超薄膜复合膜的面积占所述的口罩体面积的40%至90%。

本发明的用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜是一种现有技术中没有的能适用于在口罩中使用的复合膜。本发明选用现有技术中已有的高氧气渗透率或对氧气高选择性的，渗透遵守溶解扩散模型的聚合物为原料，制作成聚合物超薄膜复合膜，使口罩既能阻止尘粒(包括PM2.5)、病毒、病菌、污染物、烟尘，还能提供富氧功能。

附图说明

附图1是本发明的复合膜一实施例剖视结构示意图；

附图2是本发明的复合膜另一实施例剖视结构示意图；

附图3是本发明的复合膜置于口罩体中剖视结构示意图；

附图4是本发明的复合膜用于口罩的一实施例结构示意图；

附图5是本发明的复合膜用于口罩的另一实施例结构示意图；

附图6是描述分子通过孔渗透模型膜的示意图；

附图7是描述分子通过溶解扩散模型膜的示意图；

附图8是示意性表达渗透物分子的大小和主要膜分离过程的理论模型；

附图9是不同渗透系数的复合膜制成的口罩的透气性能比较示意图；

附图10是用于检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置简化示意图；

附图11是用于检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置简化示意图；

附图12是用于检测超薄膜聚合物复合膜的防病毒性能的试验装置简化示意图；

附图13是佩载有复合膜的口罩后血中氧浓度随时间变化的试验数据之一；

附图14是佩载有复合膜的口罩后血中氧浓度随时间变化的试验数据之二；

附图15是佩载有复合膜的口罩后血中氧浓度随时间变化的试验数据之三；

附图16是佩载有复合膜的口罩后血中氧浓度随时间变化的试验数据之四；

附图17是佩载有复合膜的口罩后血中氧浓度随时间变化的试验数据之五；

附图18是佩载有复合膜的口罩后血中氧浓度随时间变化的试验数据之六；

附图19是复合膜的微流延浸涂连续生产设备和工艺示意图。

附图中标记分述如下：1—口罩体；2—口罩带；3—聚合物超薄膜复合膜；4—空腔；5—均质无孔聚合物超薄膜层；6—多孔超薄膜载体层；7—外侧面；8—内侧面；9—插入口；10—尼龙搭扣类开合结构；1a—多孔膜；2a—永久性的小孔；3a—需要分离的分子；1b—无孔聚合物致密膜；2b—需要分离的分子；1c—遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜,2c—遵从孔渗透模型的多孔膜；3c—两种膜（即无孔聚合物致密膜和多孔膜）均适用的过渡范围；4c—气体分离和渗透汽化膜；5c—反渗透膜；6c—陶瓷膜和碳膜；7c—纳滤膜；8c—微孔努森扩散（Knudsen diffusion）膜；9c—超滤膜；10c—微滤膜；10a—物料滚筒；11—多孔聚合物载体层原料薄片；12—多孔聚合物复合膜载体层原料薄片放大效果图；13—聚合物浸涂溶液的容器；14—聚合物浸涂溶液；15—高精密计量泵；15a和15b—红外线液位传感器；16—聚合物浸涂溶液输送管道；17—微浸涂槽；18—聚合物浸涂溶液；19—微浸涂辊；20—湿的超薄膜聚合物复合膜薄片；21—均质无孔聚合物超薄膜层的放大效果图；22—多孔聚合物复合膜载体层的放大效果图；23—输送滚筒；24—第一级真空烘箱；25—第二级真空烘箱；26—第三级真空烘箱；27—第一级真空烘箱的氮气进口；28—第一级真空烘箱的氮气出口；28c—第一级真空度控制阀,29—第二级真空烘箱的氮气进口；30—第二级真空烘箱的氮气出口；30c—第二级真空度控制阀；31—第三级真空烘箱的氮气进口；32—第三级真空烘箱的氮气出口；32c—第三级真空度控制阀；33—管道；34—冷凝器；35—回收溶剂的储瓶；36—回收的溶剂；37—真空管道；38—真空泵；39—氮气瓶；40—氮气流量控制器；41—氮气分配管道；42—无油空气压缩机；43—空气管道；44—空气过滤器；45—空气干燥器；46—空气吹扫冷却护膜器；47—空气吹扫冷却护膜器的空气进口；48—空气吹扫冷却护膜器的空气出口；49—空气出口管道；50—成品滚筒；51—计算机控制系统；52—电缆；60—氧气瓶；61—氧气管道；62—氮气瓶；63—氮气管道；64—三通阀；65—压力调节器；66—原料气管道；67—测试箱；68—测试箱进气口；69—托网；70—测试箱出气口；71—原料气出口；72—气体压力表；73—气体阀；74—透出气管道；75—气体流速计量器；76—大气连通口；80—空气瓶；81—空气压力调节器；82—空气管道；83—测试箱；84—测试箱空气进口；85—托网；86—渗透气出口；87—气体压力表；88—尾气压力调节器；89—尾气气体流速控制器；90—尾气出口；91—透过气体的出口；92—透过气体的气体管道；93—气体流速计量器；94—气体测氧仪；95—大气连通口；80a—空气瓶；81a—空气管道；82a—空气流速控制器；83a—含试验病毒的缓冲溶液；84a—缓冲溶液的容器；85a—气雾发生器；86a—含试验病毒的空气导管；87a—复合膜病毒阻碍性能的测试箱；88a—含有试验病毒的空气进口；89a—含有试验病毒的尾气出口导管；90a—气体压力表；91a—空气压力调节器；92a—含有试验病毒的尾气出口；93a—托网；94a—渗透气出口；95a—渗透气导管；96a—病毒收集液；97a—病毒收集液的容器；98a—气体流速计量器；99a—渗透气的出口；100a—二级生物安全柜；100—测试样品。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。如附图1所示的聚合物超薄膜复合膜3是由多孔超薄膜载体层6为支撑，其上覆盖有均质无孔聚合物超薄膜层5，此均质无孔聚合物超薄膜层5即是所述的由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守（或适用）溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层，由于它的致密性，能阻挡尘粒(包括PM2.5)、病毒、病菌、污染物、烟尘等，由于均质无孔聚合物超薄膜层5的氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6，它还能提供富氧功能。附图2中显示，多孔超薄膜载体层6由两层组成，即6-1和6-2两层。附图3是本发明的复合膜置于口罩体中剖视结构示意图，聚合物超薄膜复合膜3由均质无孔聚合物超薄膜层5和多孔超薄膜载体层6紧密结合而成。多孔超薄膜载体层6可以是一种超薄膜载体原料物质组成的一层，也可以是两种超薄膜载体原料物质依次紧密叠加而成。本发明中不仅要求所选择的所述多孔超薄膜载体层6有足够的机械强度，而且所选择的多孔超薄膜载体层6必须有较高的透气率。所选择的多孔超薄膜载体层6的透气率至少是聚合物超薄膜复合膜3中的均质无孔聚合物超薄膜层5的透气率的20倍以上。需要说明的是，图示中为了分清层次，将空腔4边沿和聚合物超薄膜复合膜3边沿留有较大空隙，其实它们应该是相互邻接得紧密的（以下同）。附图4、5是使用本发明的复合膜的两种口罩的实施例结构，附图4中口罩带2和口罩体1之间是连接成半环形的，口罩体1的中央设置有空腔4，聚合物超薄膜复合膜3嵌合在空腔4内。空腔4上沿开设有插入口9，插入口9设置在口罩体1的上侧，它也可以设置在口罩体1的其它各侧。在插入口9处可以设置或不设置尼龙搭扣类开合结构。附图5是口罩另一实施例结构示意图。本实施例中口罩体1是向外凸出的凸形曲面的，口罩带2是直条形的，其一端与口罩体1相连接，在本例中，空腔4的上方和左方开有插入口9，插入口9位于口罩体1的外侧面7上，插入口9处设置有尼龙搭扣类开合结构10。

附图6是描述分子通过孔渗透模型膜的示意，多孔膜1a上有永久性的小孔2a，需要分离的分子3a穿过永久性的小孔2a从多孔膜1a的一面运动到另一面。附图7是描述分子通过溶解扩散模型膜的示意，无孔聚合物致密膜1b上没有永久性的小孔，需要分离的分子2b首先在膜表面吸附，然后溶解在膜材料中，再因渗透物在膜材料中的浓度梯度经扩散而通过膜，然后吸附在膜表面的另一面，最后渗透物经脱附而通过膜。附图8是示意性表达渗透物分子的大小和主要膜分离过程的理论模型，1c是遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜,2c是遵从孔渗透模型的多孔膜，3c是两种膜（即无孔聚合物致密膜和多孔膜）均适用的过渡范围。4c是气体分离和渗透汽化膜，5c是反渗透膜，它们都是遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜。6c是陶瓷膜和碳膜，7c是纳滤膜，它们有一部分是属于遵从溶解扩散模型的无孔聚合物致密膜，有一部分是过渡范围的膜。8c是微孔努森扩散（Knudsen diffusion）膜，9c是超滤膜，它们大部分是遵从孔渗透模型的多孔膜，也有一部分是过渡范围的膜。10c是微滤膜，它们是遵从孔渗透模型的多孔膜。

本申请中的所述均质无孔聚合物超薄膜层5是本申请人用现有技术的已知的聚合物原料制备而成，这里所述的“无孔”并非是指这种均质无孔聚合物超薄膜层5是任何物质都完全不能透过的意思，而是指这种均质无孔聚合物超薄膜层5没有人们普通所称的物理上永久固定的孔。因此，任何大于1纳米的渗透物分子都不可能穿过均质无孔聚合物超薄膜层5，所以，带有均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物超薄膜复合膜3具有100%地制止空气中的尘粒（包括PM2.5的微尘颗粒）、病毒、病菌、和烟尘的穿透的能力。渗透物质透过均质无孔聚合物超薄膜层5过程的机制遵循溶解扩散模型（the solution-diffusionmodel）。

现有技术中，膜最重要的特性是他们有能力控制不同物质的渗透速率。根据膜材料的结构和分离过程的原理，膜可划分为两类，与之相应的有两种模型被用来描述这两类膜的物质渗透过程的两种机制。一个模型是孔渗透模型(thepore-flow model)，遵从这一模型的膜中渗透物因压力差（或者分压压力差）为渗透驱动力流过膜中大小不一的小孔（这里的小孔是物理上永久固定的孔）。另一种模型是溶解扩散模型（the solution-diffusion model），遵从这一模型的膜的渗透物首先在膜表面吸附，然后溶解在膜材料中，再因渗透物在膜材料中的浓度梯度经扩散而通过膜，然后吸附在膜表面的另一面，最后渗透物经脱附而通过膜。所述的均质无孔聚合物超薄膜层5即是这种遵从溶解扩散模型的膜，通过这种膜的时候，不同物质的分离是由不同物质在膜中的溶解度和扩散速率的差异来决定的。

渗透物在均质无孔聚合物超薄膜层5中的传输过程是由溶解扩散模型和菲克定律（Fick’s law）来描述，在均质无孔聚合物超薄膜层5中的聚合物的自由体积（the free volume of the polymer）是由聚合物分子的热运动引起的聚合物链之间的狭小的空间组成。这些聚合物的自由体积与渗透物因浓度梯度穿越均质无孔聚合物超薄膜层5中的聚合物的运动规模大约在同一时间上出现和消失。目前人们公认的知识认为，对于渗透物分子的大小来讲，是均质无孔聚合物超薄膜层5瞬态产生的聚合物自由体积作为渗透物的穿越空间，遵从溶液扩散模型和菲克定律。与其不同的另一类多孔膜，具有永久小孔，遵从孔渗透模型和达西定律，它们之间的过渡范围是在5-10埃（0.5-1纳米）内。（参见文献：R.W.Baker,“Membrane Technology and Applications”第三版，2012，由John Wiley&Sons Ltd出版。）由此可见，任何大于1纳米的渗透物分子都不可能穿过均质无孔聚合物超薄膜层5。因此，带有均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物超薄膜复合膜3具有100%地阻止空气中的尘粒（包括PM2.5的微尘颗粒）、病毒、病菌、和烟尘穿透的能力，即可选用任何氧气渗透率高的无孔聚合物作为聚合物超薄膜复合膜3的材料，这种材料能用于口罩来阻绝尘粒和病菌等。

如上所述，空气中的物质（比如尘粒（包括PM2.5的微尘颗粒）、病毒、病菌、烟尘、氧气、氮气、污染物分子等）透过或者穿透所述均质无孔聚合物超薄膜层5的机制遵从溶解扩散的传递机理，其透过或者穿透所述均质无孔聚合物超薄膜层5的具体过程可描述如下：

1、所述空气中的物质首先与所述均质无孔聚合物超薄膜层5的表面发生碰撞接触。

2、所述空气中的物质与空气接触的所述均质无孔聚合物超薄膜层5表面发生碰撞后，所述空气中的物质吸附在与空气接触的所述均质无孔聚合物超薄膜层5表面上。

3、所述空气中的物质吸附在与空气接触的所述均质无孔聚合物超薄膜层5表面上后，所述空气中的物质溶解于所述均质无孔聚合物超薄膜层5内。

4、溶解于所述均质无孔聚合物超薄膜层5内的所述空气中的物质，经浓度差而扩散到所述均质无孔聚合物超薄膜层5的另一表面。

5、吸附在所述均质无孔聚合物超薄膜层5的另一表面的所述空气中的物质经脱附进入所述多孔超薄膜载体层6内。

下面对本发明的用于口罩的聚合物超薄膜复合膜3的富氧功能及其依据的原理进行简单的描述。如上所述，所述均质无孔聚合物超薄膜层5遵循溶解扩散的物质（包括分子）的传递机理，气体通过均质无孔聚合物超薄膜层5传输的渗透系数(the permeability coefficient)P可表示为：

P＝D×S 【1】其中D是一个平均的扩散系数,其单位为cm²/s；S是溶解度系数，其单位为cm³（STP）/(cm³)(torr)，其中STP代表着Standard Temperature and Pressure,即标准温度(0℃)与标准压力(100kPa)，也被称为标准状态。渗透系数P的单位为cm³（STP）/(cm)(torr)(s)。

所述均质无孔聚合物超薄膜层5对于气体A和气体B的选择性可定义为气体A和气体B渗透系数的比率（α_A,_B）：

α_{A, B} = \frac{P_{A}}{P_{B}}

【2】

将方程【1】代入方程【2】，所述均质无孔聚合物超薄膜层5对于气体A和气体B的选择性（α_A,_B）可表示为:

α_{A, B} = (\frac{D_{A}}{D_{B}}) (\frac{S_{A}}{S_{B}})

【3】

因此，如方程式【3】中所定义的选择性是两个参数相乘。第一项参数，（D_A/D_B），是气体A和气体B扩散系数的比率，并通常被称为流动性或扩散选择性。此参数反映了渗透气体相对于所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物中链的流动性和相对于所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物分子间的链的间距的大小以及相对于所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物分子内的链的间距的大小。第二项参数，（S_A/S_B），是吸附或溶解性的比率,它反映了气体在所述均质无孔聚合物超薄膜层5的聚合物中的相对吸附或溶解性。在一般情况下，越易冷凝的气体，其吸附越高。

所述均质无孔聚合物超薄膜层5对于空气中的氧气和氮气的选择性可遵循前述的方程式【2】，即：

α_{O_{2,} N_{2}} = \frac{P_{O_{2}}}{P_{N_{2}}}

【4】

正如前述，尽管污染空气中含有尘粒（包括PM2.5的微尘颗粒）、病毒、病菌、烟尘和污染物分子等，但其主要成份仍为氧气和氮气组成，其中氮气对人体来讲为惰性气体，而氧气才是人们生存所需的气体。因此，应用目前现有技术生产的口罩，其透气率与人们每次呼吸时的空气量成正比，也就与人们每次呼吸时吸入的氧气量成正比。当人们不戴口罩时，其透气率为100%。如果空气中含氧浓度为21%，如图9所示，当人们不戴口罩时每次呼吸时吸入的氧气量设定为0.21个单位时（即该状态可用于比较口罩透气性能参数的基准线），当人们戴的口罩的透气率为90%，如果空气中含氧浓度仍为21%，这时每次呼吸时吸入的氧气量将降低为0.189个单位。然而当戴上带聚合物超薄膜复合膜3的口罩，不仅有防尘粒（包括防PM2.5的微尘颗粒）、防病毒、防病菌、防烟尘和防污染物的功能，而且还兼具富氧功能。当所述均质无孔聚合物超薄膜层5的氧气对氮气的渗透系数的比率为2.0时，如果所述口罩体1的透气率也为90%，空气中含氧浓度仍为21%，这时每次呼吸时吸入的氧气量为0.312个单位。与不戴口罩时相比（即每次呼吸时吸入的氧气量为0.21个单位），当戴上本发明的复合复合膜制备的兼具富氧功能的口罩后，每次呼吸时吸入的氧气量远远大于不戴口罩时，每次呼吸时吸入的氧气量比不戴口罩时多出48%以上，且每次呼吸时吸入的为无尘(包括无PM2.5)、无病毒、无病菌、无污染、无烟尘的清新健康的空气；与现有技术制造的透气率为90%的口罩相比，每次呼吸时吸入的氧气量将多出65%以上。以不戴口罩为比较基准，图9显示了在各种条件下，包括目前现有技术的口罩和带本发明的聚合物超薄膜复合膜3的口罩。图9显示了对于均质无孔聚合物超薄膜层5的α_O2,N2分别为1.5、2.0、2.5、和3.0的透气率及每次呼吸时吸入的氧气量的关系。

本发明的用于口罩的聚合物超薄膜复合膜3是一种具有柔软性和一定韧性的膜，它既具有与空腔4相嵌合的韧性，又有与口罩体形状相随相配合的柔软性。随着使用时间的不断推移，所述的聚合物超薄膜复合膜3的性能（无论是透气性还是过滤效率）保特不变。所述的聚合物超薄膜复合膜3仅因机械损坏而可能导致其性能降低。如果没有机械损坏或者没有其它物理破坏（即完好地保护聚合物超薄膜复合膜3），从原理和寿命实验中表明，聚合物超薄膜复合膜3的使用寿命至少5年。当需要清洗口罩体1时，将聚合物超薄膜复合膜3取出（注意不要对膜造成机械损坏！），清洗完口罩体后，再将聚合物超薄膜复合膜3插入口罩体1中的空腔4中，口罩又可以继续使用，其功能完全与新口罩相同。

当本发明的聚合物超薄膜复合膜3用于医用口罩时，如果重复使用聚合物超薄膜复合膜3时，再次使用之前必须对所述聚合物超薄膜复合膜3进行消毒（即杀菌、杀病毒）处理。由于所述聚合物超薄膜复合膜3具有极强的化学和物理稳定性，所以，所述聚合物超薄膜复合膜3可通过各种物理或者化学以及物理和化学并用的方式进行消毒（即杀菌、杀病毒）处理而不影响其性能。所述聚合物超薄膜复合膜3进行消毒（即杀菌、杀病毒）处理的方式包括但不限于以下方式：将所述聚合物超薄膜复合膜3浸泡在浓度为75％的酒精中；或将所述聚合物超薄膜复合膜3浸泡在福尔马林中；或将所述聚合物超薄膜复合膜3浸泡在pH为2到3的含有亚铁离子（Fe⁺²）催化剂的双氧水中；或将所述聚合物超薄膜复合膜3暴露在高强度的紫外线中；或将所述聚合物超薄膜复合膜3暴露在臭氧中；或将所述聚合物超薄膜复合膜3暴露在高强度的紫外线和臭氧中。

本申请人用不同的聚合物材料和载体材料制作了所述聚合物超薄膜复合膜3，并对其中A样品和B样品的氧气和氮气的透气渗透率、富氧性能、病毒阻碍性能进行了试验，下面简要描述相关试验的情况。

A样品的聚合物超薄膜复合膜3，采用所述Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料，选择高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔超薄膜载体层6。所述高度不对称的亚微米级聚砜的孔径分布特征表现在：1、与所述均质无孔聚合物超薄膜层5的表面接触的平均孔径为0.05微米，2、平均孔径为0.05微米的厚度仅为约10微米、3、外表面的平均孔径为5.0微米，4、总厚度为约120微米，孔隙率为约60%。因此，所选择的高度不对称亚微米级聚砜具有足够的机械强度和透气性能，尤其是其优秀的高度不对称亚微米级的孔径分布特质非常适合作为制造聚合物超薄膜复合膜3。由上述实施例中生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜A。复合膜A中的Teflon AF2400均质无孔聚合物超薄膜层5的厚度约为0.5微米。

所述复合膜A随机用直径为90毫米的穿孔机冲压出3个样品，并且用标签分别标明为样品1A、样品2A、和样品3A。对样品1A、样品2A、和样品3A进行氧气和氮气的透气性的试验，实验结果列入表1。表1的测试结果表明所述复合膜A的质量优良且非常均匀，对氧气的择择性为2.0（即α_O2,N2=2.0）。

表1、A样品聚合物超薄膜复合膜的氧气和氮气的透气渗透率试验

B样品的聚合物超薄膜复合膜3，采用Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料，选择聚四氟乙烯多孔聚合物作为均质无孔聚合物超薄膜层5的多孔超薄膜载体层6-1，再采用聚酯无纺布作为所述聚四氟乙烯多孔聚合物的支撑衬底6-2。所述聚四氟乙烯多孔聚合物和所述聚酯无纺布支撑衬底通过层压粘合方式制成多孔超薄膜载体层6。所述多孔超薄膜载体层6材料的特征是：1、所述聚四氟乙烯多孔聚合物为载体层的平均孔径为0.02微米、厚度为40-60微米、孔隙率为60%；2、所述聚酯无纺布支撑衬底可为所述聚四氟乙烯多孔聚合物载体层，它们组合而成的多孔超薄膜载体层6提供极高的透气性和足够强的机械强度，厚度为80-120微米。如此生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以聚四氟乙烯多孔聚合物和聚酯无纺布为多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜B。复合膜B中的Teflon AF2400均质无孔聚合物超薄膜层5的厚度约为0.05微米。

将所述复合膜B中随机用直径为90毫米的穿孔机冲压出3个样品，并且用标签分别标明为样品1B、样品2B、和样品3B。用检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置进行试验，所述复合膜B的样品1B、样品2B、和样品3B的氧气和氮气的透气渗透率的实验结果列入表2。如表2中列出的测试结果表明按如上所述的工艺方法制造的所述复合膜的质量优良且非常均匀，对氧气的择择性为2.0（即α_O2,N2=2.0）。

表2、B样品聚合物超薄膜复合膜的氧气和氮气的透气渗透率试验

表1和表2数据的具体测试方法、过程和步骤描述如附图10所示：

1、将复合膜A的样品1A按图10所示的安装在测试箱67中，所述均质无孔聚合物超薄膜层5与原料气管道66相通，所述复合膜A的多孔超薄膜载体层6与用于支撑复合膜的托网69相接触，并与渗透气出口70相通，在所述均质无孔聚合物超薄膜层5的一侧将用一O形圈进行密封。

2、将图10所示的三通阀64设置成氧气管道61与原料气管道66相通，然后打开氧气瓶60并将氧气瓶60上的压力调节器的表压（即与外界的大气压力差）设置为60kPa，然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5kPa，然后打开图10所示的气体阀73，让氧气瓶60中的氧气充分替换原料气管道66和测试箱67中的原料气空间，然后关闭气体阀73。

3、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5.0kPa，通过图10所示的气体流速计量器75测量在稳定状态下的所述复合膜的氧气渗透率。

4、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72分别设置为10.0、15.0、20.0、25.0、和30.0kPa，通过图10所示的气体流速计量器75分别测量在设置的每一个表压下的稳定状态下的所述复合膜的氧气渗透率。

5、关闭氧气瓶60，然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为小于1kPa，然后将慢慢打开气体阀73。

6、将图10所示的三通阀64设置成氮气管道63与原料气管道66相通，然后打开氮气瓶62并将氮气瓶62上的压力调节器的表压（即与外界的大气压力差）设置为60kPa，然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5kPa，然后打开图10所示的气体阀73，让氮气瓶60中的氮气充分替换原料气管道66和测试箱67中的原料气空间，然后关闭气体阀73。

7、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为5.0kPa，通过图10所示的气体流速计量器75测量在稳定状态下的所述复合膜的氮气渗透率。

8、将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72分别设置为10.0、15.0、20.0、25.0、和30.0kPa，通过图10所示的气体流速计量器75分别测量在设置的每一个表压下的稳定状态下的所述复合膜的氮气渗透率。

9、关闭氮气瓶60，然后将原料气管道66上的压力调节器65根据气体压力表72设置为小于1kPa，然后将慢慢打开气体阀73，最后将测试箱67拆卸并仔细拿出所述复合膜的样品，并可对其进行其它检测和分析。

重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置的具体测试方法的过程和步骤，可获得所述复合膜A的样品2A和3A的氧气和氮气的透气渗透率。

重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的氧气和氮气的透气性的试验装置的具体测试方法的过程和步骤，可获得所述复合膜B的样品1B、2B和3B的氧气和氮气的透气渗透率。

所述复合膜的富氧性能可应用如图11所示的用于检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置进行直接测试。所述富氧性能的试验装置的主要部件包括空气瓶80，空气压力调节器81，测试箱83，气体压力表87，尾气压力调节器88，气体流速控制器89，气体流速计量器93，和气体测氧仪94。空气瓶80中的空气纯度将大于99.99%，其空气组成为20.98%（摩尔）的氧气和79.02%（摩尔）的氮气。气体压力表87上所显示的压力为表压（即P–P_a，其中P为气体压力，P_a为大气压力）或者称为与外界的大气压力差。用于所述复合膜富氧性能测试箱83中的复合膜的直径为190毫米，复合膜透气性有效测试直径为168毫米，其外径11毫米将用于复合膜周边的密封。因此，复合膜透气性有效测试面积为22156平方毫米（或者221.56平方厘米）。

在上述方案中，从如上所述复合膜A中随机用直径为190毫米的穿孔机冲压出3个样品，并且用标签分别标明为样品4A、样品5A、和样品6A。以下就具体测试方法的过程和步骤描述如下：

1、将所述复合膜A的样品4A按图11所示的安装在复合膜富氧性能测试部件83中，所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层与空气管道82相通，所述复合膜的载体层与用于支撑复合膜的细网状片85相接触并与复合膜富氧性能测试部件的渗透气出口91相通，在所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的一侧将用一O形圈进行密封；

2、打开图11所示的空气瓶80并将空气瓶80上的压力调节器的表压（即与外界的大气压力差）设置为60kPa，然后将空气管道82上的空气压力调节器81根据气体压力表87设置为大于30kPa，然后将图11所示的尾气压力调节器88根据气体压力表87设置为30kPa,然后将图11所示的气体流速控制器89的气体流速设置为标准状态下的每分钟10升，让空气瓶80中的空气充分替换空气管道82和复合膜富氧性能测试部件83以及复合膜富氧性能测试部件的尾气出口86的气体；

3、将空气管道82上的空气压力调节器81和尾气压力调节器88根据气体压力表87进行设置，最终经调节将气体压力表87控制为30kPa，通过如图11所示的气体流速计量器93和气体测氧仪94分别测量在稳定状态下的所述复合膜的空气渗透率和含氧量（或者透过复合膜气体的氧浓度）；

4、关闭空气瓶80，然后将空气管道82上的空气压力调节器81根据气体压力表87设置为小于1kPa，然后将试验装置内的所有空气排放出，最后将复合膜富氧性能测试部件83拆卸并仔细拿出所述复合膜的样品，并可对其进行其它检测和分析。

重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤，可获得所述复合膜A的样品5A和样品6A的空气渗透率和含氧量（或者透过复合膜气体的氧浓度）。对所述复合膜的样品4A、样品5A、和样品6A的空气渗透率和含氧量（或者透过复合膜气体的氧浓度）的实验结果列入表3。如表3中列出的测试结果表明按如上所述的工艺方法制造的所述复合膜A具有富氧性能，可将含氧量为21%（摩尔）的空气增加到含氧量为35%（摩尔）的富氧气体。

表3、A样品的富氧性能测试试验

在上述方案中，从如上所述复合膜Ｂ中随机用直径为190毫米的穿孔机冲压出3个样品，并且用标签分别标明为样品4Ｂ、样品5Ｂ、和样品6Ｂ。重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的富氧性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤，可获得所述复合膜B的样品4Ｂ、样品5Ｂ、和样品6Ｂ的空气渗透率和含氧量（或者透过复合膜气体的氧浓度）。对所述复合膜B的样品4Ｂ、样品5Ｂ、和样品6Ｂ的空气渗透率和含氧量（或者透过复合膜气体的氧浓度）的实验结果列入表4。如表4中列出的测试结果表明按如上所述的工艺方法制造的所述复合膜B具有富氧性能，可将含氧量为21%（摩尔）的空气增加到含氧量为35%（摩尔）的富氧气体。

表4、B样品的富氧性能测试试验

本申请人还对所述复合膜的病毒阻碍性能应用如图12所示的用于检测超薄膜聚合物复合膜的病毒阻碍性能的试验装置进行直接测试。所述病毒阻碍性能的试验装置的主要部件包括空气瓶80a、空气流速控制器82a、含有试验病毒的缓冲溶液83a、气雾发生器85a、病毒阻碍性能的测试箱87a、透过复合膜的渗透气导管95a、病毒收集液96a、病毒收集液的容器97a、气体流速计量器98a、二级生物安全柜100a。如图12所示，空气瓶80a中的空气纯度将大于99.99%，其空气组成为21.06%（摩尔）的氧气和78.94%（摩尔）的氮气。气体压力表90a上所显示的压力为表压（即P–P_a，其中P为气体压力，P_a为大气压力）或者称为与外界的大气压力差。用于所述复合膜病毒阻碍性能的测试箱87a中的复合膜的直径为60毫米，复合膜病毒阻碍性能试验的有效测试直径为48毫米，其外径6毫米将用于复合膜周边的密封。因此，复合膜病毒阻碍性能试验的有效测试面积为1808平方毫米（或者约18平方厘米）。如上所述，试验病毒为噬菌体，缓冲溶液为杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水(即Dulbecco’sphosphate-buffered saline)，噬菌体在杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水中的浓度大于10⁷空斑形成单位（又称蚀斑形成单位，即Plaque Forming Unit/ml）。病毒收集液96a为杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水。该复合膜病毒阻碍性能的试验是在二级生物安全柜100a内进行的。

在上述方案中，从如上所述实施例中制造的所述复合膜A中随机用直径为60毫米的穿孔机冲压出3个样品，并且用标签分别标明为样品7A、样品8A、和样品9A。以下就具体测试方法的过程和步骤描述如下：

1、将所述复合膜的样品7A按图12所示的安装在复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a中，所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层与含试验病毒的空气导管86a相通，所述复合膜的载体层与用于支撑复合膜的细网状片93a相接触并与复合膜病毒阻碍性能的测试部件的渗透气出口94a和透过复合膜的渗透气导管95a相通，在所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的一侧将用一O形圈进行密封；

2、打开图12所示的空气瓶80a并将空气瓶80a上的压力调节器的表压（即与外界的大气压力差）设置为400kPa，然后将空气管道81a上的空气流速控制器82a的空气流速设置为标准状态下的每分钟6升，然后将复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含有试验病毒的尾气出口导管89a上的空气压力调节器91a根据气体压力表90a调节为表压100kPa；

3、在系统到达稳定状态之后，将含大于10⁷空斑形成单位噬菌体浓度的杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水以每分钟10微升的流量经气雾发生器85a注入空气管道81a中，并通过含试验病毒噬菌体的空气导管86a经复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含试验病毒噬菌体的空气进口88a进入复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a，试验病毒噬菌体与复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a中的所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的表面接触并因所设置的100kPa压差而存在穿透所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的势能，并由透过所述复合膜的Teflon AF2400均质无孔聚合物致密层的氧气和氮气经透过复合膜的渗透气导管95a而富集于病毒收集液病96a中，透过的氧气和氮气经气体流速计量器98a后通过透过复合膜的渗透气的出口99a排出，排出的气体将先通过800℃的高温管道杀菌后排放大气。其余含试验病毒噬菌体的空气经复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含有试验病毒的尾气出口导管89a并通过空气压力调节器91a由复合膜病毒阻碍性能的测试部件的含有试验病毒的尾气出口92a排出，排出的气体将先通过800℃的高温管道杀菌后排放大气。为了充分检测如上所述实施例中制造的所述复合膜的病毒阻碍性能，测试时间为24小时；

4、完成测试后，首先停止含大于10⁷空斑形成单位噬菌体浓度的杜尔贝科磷酸盐缓冲盐水经气雾发生器85a注入空气管道81a中，与此同时，关闭空气瓶80a，然后将空气压力调节器91a根据气体压力表90a调节为表压小于1kPa，然后将试验装置内的所有空气经含有试验病毒的尾气出口92a排放出，排放出的气体将先通过800℃的高温管道杀菌后排放大气。最后将病毒收集液的容器97a封闭后转移到生物分析检测室进行病毒噬菌体的浓度分析。在生物安全防护的条件下，拆卸复合膜病毒阻碍性能的测试部件87a，并仔细拿出所述复合膜的样品，并可对其进行其它检测和分析；

5、对收集液的容器97a中的收集液进行扫描电子显微镜分析。

对于所述复合膜的样品7A进行如上所述的病毒阻碍性能的测试，经对收集液的容器97a中的收集液进行扫描电子显微镜分析，在所有的分析样品中均没有检测出病毒噬菌体。该分析结果表明复合膜的样品7A对于病毒噬菌体的阻碍率大于99.9%。

重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的病毒阻碍性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤，可获得所述复合膜的样品8A和样品9A的病毒阻碍性能。所述复合膜的样品8A和样品9A的病毒阻碍性能的试验结果，分析结果表明复合膜的样品8Ａ、和样品9Ａ对于病毒噬菌体的阻碍率均大于99.9%

在上述方案中，从如上所述实施例中制造的所述复合膜B中随机用直径为60毫米的穿孔机冲压出3个样品，并且用标签分别标明为样品7B、样品8B、和样品9B。

重复如上所述的应用检测超薄膜聚合物复合膜的病毒阻碍性能的试验装置的具体测试方法的过程和步骤，可获得所述复合膜B的样品7B、样品8B、和样品9B的病毒阻碍性能。所述复合膜B的样品7B、样品8B、和样品9B样品的病毒阻碍性能的试验结果，分析结果表明复合膜的样品7Ｂ、样品8Ｂ、和样品9Ｂ对于病毒噬菌体的阻碍率均大于99.9%。

附图13、14、15、16、17、18分别显示了本申请人的一系列试验数据，它们是不同的佩戴者佩戴带有本发明的复合膜的口罩后对血中氧浓度随时间变化的试验数据，用于本发明中测量人体血液中的氧浓度的仪器是由美国CrucialMedical Systems公司生产的型号为CMS-50D的指尖脉搏血氧仪。从附图13、14、15、16、17、18显示，当佩戴有本发明复合膜的口罩后，除了具有防尘(包括防PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘的功能外，人们还可以吸入清新健康的富氧，进而起到保健和医用的作用。

如图13所示，试验者为59岁的男性亚裔，当不戴口罩时，感觉疲劳、头晕、头疼等不适症状，所测的血中氧浓度为92%到93%。该试验者戴上所述复合膜口罩后，所测的血中氧浓度5分钟后升至96%（血中氧浓度大于95%为健康范围）。约10分钟后，疲劳、头晕、头疼等不适症状的感觉大大降低。30分钟后，疲劳、头晕、头疼等不适症状的感觉完全消失，直到试验结束（即120分钟）。试验结束后的当天，试验者再无疲劳、头晕、头疼等不适症状的感觉。

如图14所示，试验者为82岁的女性亚裔，当不戴口罩时，感觉胸闷、气不畅，头晕、头疼等不适症状，所测的血中氧浓度为91%到93%。该试验者戴上所述复合膜口罩后，所测的血中氧浓度5分钟后升至96%（血中氧浓度大于95%为健康范围）。约15分钟后，胸闷、气不畅，头晕、头疼等不适症状的感觉大大降低。40分钟后，胸闷、气不畅，头晕、头疼等不适症状的感觉完全消失，直到试验结束（即120分钟）。试验结束后的当天和第二天，试验者再无胸闷、气不畅，头晕、头疼等不适症状的感觉。

图15到图18为有代表性的人群在不戴口罩时和戴上所述复合膜口罩后所测的血中氧浓度的试验数据。试验结果表明戴上所述复合膜口罩后的血中氧浓度都有不同程度的升高。

如图18所示，试验者为48岁的男性亚裔，戴上所述复合膜口罩后在运动中所测的血中氧浓度和脉搏的试验数据。试验结果表明戴上所述复合膜口罩后在运动中所测的血中氧浓度略有升高。

作为实施例之一，图19是用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜的一种制备方法和设备，本申请人将其称为微流延浸涂连续生产方法，所述的生产方法按以下步骤进行：

本发明应用Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料，TeflonAF2400是高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守（或适用）溶解扩散模型的聚合物。高度不对称的亚微米级聚砜作为多孔超薄膜载体层6。所述高度不对称的亚微米级聚砜的孔径分布特征表现在：1、高度不对称的亚微米级聚砜作为多孔超薄膜载体层6，即是用作Teflon AF2400溶液进行微浸涂的表面，即是与所述均质无孔聚合物超薄膜层5接触的表面，其平均孔径为0.05微米，2、平均孔径为0.05微米的厚度仅为10微米，3、多孔超薄膜载体层6外表面的平均孔径为5.0微米，4、多孔超薄膜载体层6总厚度为120微米，孔隙率为60%。因此，所选择的所述高度不对称亚微米级聚砜具有足够的机械强度和透气性能，尤其是其优秀的高度不对称亚微米级的孔径分布特质非常适合作为制造超薄膜聚合物涂层的载体层。根据如上所选制造聚合物超薄膜复合膜3的材料，以连续生产方式制备聚合物超薄膜复合膜3，其具体生产步骤、过程和方法描述如下：

1、将Teflon AF2400溶解在由美国3M公司生产的Fluorinert FC-75的溶剂中，形成1wt%的Teflon AF2400溶液。Fluorinert是3M公司的商标品牌名称，FC-75是碳氟化合物，其化学式为C₈F₁₆O，是四氢呋喃的衍生物。FC-75是TeflonAF2400的溶剂之一，它的沸点是102℃；

2、将作为多孔超薄膜载体层6的高度不对称的亚微米级聚砜衬底薄片卷入到物料滚筒10a上，并置于所述传输系统中形成生产线；

3、如图19所示，在含所述1wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物涂层溶液的微浸涂槽17中，所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层6通过所述微浸涂辊19的匀速转动与所述聚合物浸涂溶液的微浸涂槽17中的所述1wt%的Teflon AF2400的聚合物浸涂溶液18的表面接触，经微浸涂方法在所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层6上形成1wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物浸涂层。所述聚合物溶液涂层滚筒即微浸涂辊19的直径为26-36厘米，在所述微浸涂槽17中，微浸涂辊19浸入聚合物溶液浸涂溶液18中的表面是微浸涂辊19的表面的16%-36%；所述微浸涂辊19的转速为0.5-1rpm；

4、如图19所示，将涂有所述1wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物浸涂溶液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20传送到所述烘干系统中烘干，使所述1wt%的Teflon AF2400溶液在所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层6衬底表面形成均质无孔聚合物超薄膜层5，经后续空气吹扫冷却护膜器46的处理即得聚合物超薄膜复合膜3，最后所述聚合物超薄膜复合膜3卷入到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。

在本实施例中，如图19所示，所述三级真空烘箱24、25、26的各级真空烘箱的温度是通过电缆52与计算机辅助控制系统51相联而控制的；所述三级真空烘箱24、25、26的真空度是经各级的真空烘箱的真空度控制阀28c、30c、32c通过电缆52与计算机控制系统51相联而控制的。用于三级真空烘箱的各级真空烘箱的氮气吹扫速度由氮气流量控制器40控制,各级真空烘箱氮气吹扫流速均为2L(STP)/min，所用氮气由氮气瓶39提供,所用氮气的纯度大于99.9%。第一级真空烘箱24的温度、第二级真空烘箱25的温度、和第三级真空烘箱26的温度分别控制在60±2℃、80±2℃、和106±2℃；第一级真空烘箱24的真空度、第二级真空烘箱25的真空度、和第三级真空烘箱26的真空度分别控制在460Torr(即mmHg),180Torr、和60Torr；第一级真空烘箱24的滞留时间、第二级真空烘箱25的滞留时间、和第三级真空烘箱26的滞留时间分别控制在30分钟、40分钟、和60分钟。设置三级真空烘箱的长度为逐级加长，从而使薄片物料在各级真空烘箱中的滞留时间符合要求。

在本实施例中，如图19所示，三级真空烘箱24、25、26的各级真空烘箱蒸发的FC-75溶剂经真空管道33和冷凝器34冷凝而收集到回收溶剂的储瓶35，回收的FC-75溶剂36可重复使用，达到既经济又环保的循环可持续发展的工艺过程。

在本实施例中，如图19所示，聚合物超薄膜复合膜3的护膜系统的处理是应用空气吹扫冷却护膜器46经室温下的无湿度、清洁的空气吹扫降温，可用于除去聚合物超薄膜复合膜3经干燥系统处理后仍然残留的任何FC-75溶剂，并且将聚合物超薄膜复合膜3的温度降到接近室温后转输到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。用于空气吹扫的所述无湿度、清洁的空气是由无油空气压缩机42经空气管道43、空气干燥器44、和空气过滤器45处理后通过空气吹扫冷却护膜器的空气进口47进入空气吹扫冷却护膜器46，空气吹扫聚合物超薄膜复合膜3后由空气吹扫冷却护膜器的空气出口48排出，再经空气出口管道49排放。空气吹扫的流速为60L/min。

由上述实施例中生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜A。

作为另一实施例之一，本发明应用Teflon AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层5的材料，Teflon AF2400是高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守（或适用）溶解扩散模型的聚合物。所述聚四氟乙烯多孔聚合物作为所述的均质无孔聚合物超薄膜层5的多孔超薄膜载体层6-1，再采用聚酯无纺布作为所述聚四氟乙烯多孔聚合物的支撑衬底6-2。这一复合多孔超薄膜载体层6是通过所述聚四氟乙烯多孔聚合物6-2和所述聚酯无纺布支撑衬底6-1通过层压粘合方式而制成。所述复合的多孔超薄膜载体层6的特征表现在：1、由两层多孔聚合物材料叠加制成多孔超薄膜载体层（6），2、接触所述均质无孔聚合物薄膜层（5）的第一层多孔超薄膜载体层为聚四氟乙烯多孔聚合物6-1，即是用作Teflon AF2400溶液进行微浸涂的表面，即是与所述均质无孔聚合物超薄膜层5接触的表面，其平均孔径为0.02微米，平均孔径为0.02微米的厚度为40-60微米，孔隙率为60%，3、所述聚酯无纺布支撑衬底6-2可为所述聚四氟乙烯多孔聚合物6-1的载体层。所述复合多孔超薄膜载体层6提供了非常优秀的用作Teflon AF2400溶液进行微浸涂的表面、极高的透气性和足够强的机械强度，其厚度为80-120微米。因此，所选择的所述复合多孔超薄膜载体层6具有足够的机械强度和透气性能，尤其是其与所述均质无孔聚合物超薄膜层5接触的表面的优秀的超亚微米级的孔径分布特质非常适合作为制造超薄膜聚合物涂层的载体层。根据如上所选制造聚合物超薄膜复合膜3的材料，以连续生产方式制备聚合物超薄膜复合膜3，其具体生产步骤、过程和方法描述如下：

1、将Teflon AF2400溶解在由3M公司生产的Fluorinert FC-75的溶剂中，形成0.6wt%的Teflon AF2400溶液。Fluorinert是3M公司的商标品牌名称，FC-75是碳氟化合物，其化学式为C₈F₁₆O，是四氢呋喃的衍生物。FC-75是TeflonAF2400的溶剂之一，它的沸点是102℃；

2、将作为多孔超薄膜载体层6的所述复合多孔超薄膜载体层原料薄片卷入到物料滚筒10a上，并置于所述传输系统中形成生产线；

3、如图19所示，在含所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物涂层溶液储池17中，所述复合多孔超薄膜载体层6通过所述微浸涂辊19的匀速转动与所述聚合物浸涂溶液储池17中的所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液18的表面接触，经微浸涂方法在所述复合多孔超薄膜载体层6上形成0.6wt%的TeflonAF2400溶液的聚合物浸涂层。所述聚合物溶液涂层滚筒即微浸涂辊19的直径为26-36厘米，在所述聚合物涂层溶液储池17中，微浸涂辊19浸入聚合物溶液浸涂液18中的表面是微浸涂辊19的表面的8%-16%；所述微浸涂辊19的转速为1-5rpm；

4、如图19所示，将涂有所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液的聚合物浸涂溶液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20传送到所述烘干系统中烘干，使所述0.6wt%的Teflon AF2400溶液在所述复合多孔超薄膜载体层6衬底表面形成均质无孔聚合物超薄膜层5，经后续空气吹扫冷却护膜器46的处理即得聚合物超薄膜复合膜3，最后所述聚合物超薄膜复合膜3卷入到带电机驱动卷取辊的成品滚筒50。

由上述实施例中生产制得的以Teflon AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层5和以复合多孔超薄膜载体层6-1、6-2作为所述多孔超薄膜载体层6的聚合物超薄膜复合膜3命名为复合膜B。

Claims

1.一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的聚合物超薄膜复合膜(3)的支撑层是由多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层(6)，所述的多孔超薄膜载体层(6)是一层或多层；在所述的多孔超薄膜载体层(6)的表面覆盖均质无孔聚合物超薄膜层(5)，所述的均质无孔聚合物超薄膜层(5)是由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层；所述的均质无孔聚合物超薄膜层(5)的氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6；所述的均质无孔聚合物超薄膜层(5)的厚度为0.001-5微米；

所述的均质无孔聚合物超薄膜层(5)由以下物质中的一种为原料制备而成：

(1)美国杜邦公司生产的Teflon AF 2400粉末树脂；它是缩写为PDD的无定形的2,2-二(三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯)，与缩写为TFE的四氟乙烯的共聚物；此共聚物中含87％摩尔的PDD和13％摩尔的TFE；共聚物的化学结构式如下：

式中：x＝89，y＝11；

(2)美国杜邦公司生产的Teflon AF 1600粉末树脂；它是缩写为PDD的无定形的2,2-二(三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯)，与缩写为TFE的四氟乙烯的共聚物；此共聚物中含65％摩尔的PDD和35％摩尔的TFE；共聚物的化学结构式与如上式相同，但式中：x＝65，y＝35；

(3)比利时苏威公司生产的Hyflon AD 80X粉末树脂；它是无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯，与缩写为TFE的四氟乙烯的共聚物，此共聚物中含85％摩尔的无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯；

(4)比利时苏威公司生产的Hyflon AD 60X粉末树脂，它是无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯，与缩写为TFE的四氟乙烯的共聚物，此共聚物中含60％摩尔的无定形的2,2,4-三氟-5-三氟甲氧基-1,3-间二氧杂环戊烯；

(5)含硅聚合物或其中的聚二甲基硅氧烷；

(6)硅橡胶或其中的聚醚嵌段酰胺，缩写为PEBA。

2.根据权利要求1所述的一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的均质无孔聚合物超薄膜层(5)的厚度为0.05-1微米。

3.根据权利要求1所述的一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的多孔超薄膜载体层(6)由以下三大类物质中的一种为原料制备而成：[1]不对称孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层(6)；[2]均匀孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层(6)；[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层(6)。

4.根据权利要求3所述的一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的[1]不对称孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层(6)的厚度和孔隙率分别为0.05-0.26毫米和40％-80％；所述的多孔超薄膜载体层(6)从与所述均质无孔聚合物薄膜层(5)的交接面到所述的多孔超薄膜载体层(6)的外表面，其平均孔径从0.001-0.01微米扩大到0.1-10微米。

5.根据权利要求3所述的一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的[2]均匀孔径分布的多孔聚合物材料制成的多孔超薄膜载体层(6)，其厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.05-0.26毫米、40％-90％和0.01-1微米。

6.根据权利要求3所述的一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层(6)的接触所述均质无孔聚合物薄膜层(5)的第一层的厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.01-0.05毫米、40％-80％和0.01-0.06微米，所述的[3]至少两层多孔聚合物材料叠加制成的多孔超薄膜载体层(6)的第二层的厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.1-0.15毫米、40％-80％和0.1-10微米。

7.根据权利要求1所述的一种用于口罩的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜，其特征在于：所述的多孔超薄膜载体层(6)是以下物质中的一种、或两种、或两种以上为原料制成：

聚四氟乙烯，Polytetrafluoroethylene，缩写为PTFE；

聚醚砜，Polyethersulfone，缩写为PES；

聚偏二氟乙烯，Polyvinylidene Fluoride，缩写为PVDF；

聚醚，Polyetherimide，缩写为PEI；

丙烯酸共聚物，Acrylic Copolymer；

聚酰亚胺，Polyimides，缩写为PI；

聚多芳基化合物，Polyarylates；

聚碳酸酯，Polycarbonates，缩写为PC；

聚芳基醚或芳基醚，Poly aryl ethers或aryl ethers；

聚芳基酮或芳基酮，Poly aryl ketones或aryl ketones；

聚丙烯，Polypropylene，缩写为PP；

透气性好的多孔性无纺布；所述多孔性无纺布材料包括：多孔性聚酯无纺布，即Polyester无纺布；或者多孔性聚砜无纺布，即Polysulfone无纺布；或者多孔性尼龙无纺布，即Nylon无纺布。

8.一种如权利要求1所述的具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜在口罩中的应用，其特征在于：所述的聚合物超薄膜复合膜(3)用于口罩，将其置于或活动插入在口罩体(1)中央时，所述均质无孔聚合物超薄膜层(5)与口罩体(1)的外侧面(7)相邻，所述的多孔超薄膜载体层(6)与所述的口罩体(1)的内侧面(8)相邻。

9.根据权利要求8所述的一种具有五防和富氧功能的聚合物超薄膜复合膜在口罩中的应用，其特征在于：所述的聚合物超薄膜复合膜(3)的面积占所述的口罩体(1)面积的40％至90％。