本发明公开了超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产设备和方法,属于化学设备和工艺技术领域。批处理生产设备有传输系统、计算机控制系统,微浸涂系统、干燥系统和溶剂回收系统。是一种间隔式生产的设备和方法。用本发明设备和方法能生产的复合膜,生产效率高,成品质量好。为了生产均匀和无缺陷的复合膜,控制聚合物溶液涂层中的溶剂的蒸发速度,本发明特别控制了湿膜在真空烘箱的滞留时间,真空度等,非常有效地控制聚合物溶液涂层中的溶剂的蒸发速度,从而保证了复合膜的质量。本发明设备和方法还进行了溶剂的回收,节约了生产成本,同时,杜绝了环境的污染。
1.一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产设备,含有传输系统、计算机控制系统,其特征在于:所述的批处理生产设备中还设置有微浸涂系统、干燥系统和溶剂回收系统;所述的传输系统中的物料滚筒(10)、微浸涂辊(19)、成品滚筒(50)和多个传输辊(23)和真空烘箱中的输送辊(23a)均由电机驱动,所述的物料滚筒(10)和至少2个传输辊(23)通过多孔聚合物载体层原料薄片(11)与微浸涂槽(17)中的微浸涂辊(19)相连接,从微浸涂辊(19)送出的已浸涂有聚合物浸涂液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)通过传输辊(23)送入干燥系统的温度可编程的真空烘箱(24a)中;所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中设置有由多个输送辊(23a)组成的沿顺时针方向或逆时针方向由外向内绕行的输送辊组,所述湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)连接在所述输送辊(23a)之间,所述湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)的多孔超薄膜载体层一面与输送辊(23a)相邻接;计算机数控电机主轴与成品滚筒(50)相连接,所述成品滚筒(50)与最内一个所述输送辊(23a)相连接;所述的微浸涂系统中的所述微浸涂槽(17)的槽体上设置有一对红外线液位传感器(15a和15b),所述的一对红外线液位传感器(15a和15b)分别通过电缆(52)与计算机控制系统(51)相连;聚合物浸涂溶液容器(13)的下部设置有高精密计量泵(15),所述高精密计量泵(15)通过电缆(52)与计算机控制系统(51)相连,其出口通过聚合物浸涂溶液输送管道(16)深入所述微浸涂槽(17)之中;所述的温度可编程的真空烘箱(24a)的进气管道(48a)通过气体流量控制器(40a)与第一三通阀(49a)相连,所述第一三通阀(49a)的另两端分别与氮气瓶(39)和空气管道(47a)相连;所述的空气管道(47a)还通过空气干燥器(45)、空气过滤器(44)、空气管道(43)与无油空气压缩机(42)相连;所述的温度可编程的真空烘箱(24a)通过真空烘箱出口管道(25a)与第二三通阀(26a)相连,所述第二三通阀(26a)的另两端分别与空气出口管道(28a)和真空管道和溶剂回收管道(27a)连接;所述真空管道和溶剂回收管道(27a)和所述溶剂回收系统中的冷凝器(34)进口相连,所述的冷凝器(34)的出口与回收溶剂的储瓶(35)相连,所述的回收溶剂的储瓶(35)通过真空管道(37)与真空泵(38)相连。
2.根据权利要求1所述的一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产设备,其特征在于:所述的温度可编程的真空烘箱(24a)通过电缆(52)与计算机控制系统(51)相连。
3.根据权利要求1所述的一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产设备,其特征在于:所述的真空泵(38)通过电缆(52)与计算机控制系统(51)相连。
4.一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产方法,其特征在于所述的生产方法按以下步骤进行:[1]原料及设备的准备1)将用于制作多孔聚合物载体层(3)的多孔聚合物制成设定厚度、孔径和孔隙率的多孔聚合物载体层原料薄片(11),并将多孔聚合物载体层原料薄片(11)卷制在传输系统中的物料滚筒(10)上;2)将用于制备均质无孔聚合物薄膜层(2)的聚合物原料用设定的溶剂溶解为0.3-2wt%的聚合物溶液,将此聚合物溶液存放于容器(13)内,此溶液即为聚合物的浸涂液;3)将冷凝器(34)的入口通过真空管道和溶剂回收管道(27a)与第二三通阀(26a)相连,将第二三通阀(26a)的另两端分别与所述的温度可编程的真空烘箱(24a)的真空烘箱的出口管道(25a)和空气出口管道(28a)相连;4)将所述的温度可编程的真空烘箱(24a)的进气管道(48a)通过气体流量控制器(40a)与第一三通阀(49a)相连,将所述第一三通阀(49a)的另两端分别与氮气瓶(39)和空气管道(47a)相连;将所述的空气管道(47a)通过空气干燥器(45)、空气过滤器(44)、空气管道(43)与无油空气压缩机(42)相连;将所述的温度可编程的真空烘箱(24a)通过电缆(52)与计算机控制系统(51)相连;5)将所述真空管道和溶剂回收管道(27a)和溶剂回收系统中的冷凝器(34)进口相连,将所述的冷凝器(34)的出口与回收溶剂的储瓶(35)相连,将所述的回收溶剂的储瓶(35)通过真空管道(37)与真空泵(38)相连;将所述的真空泵(38)通过电缆(52)与计算机控制系统(51)相连;[2]将物料滚筒(10)上的多孔聚合物载体层原料薄片(11)通过传输辊(23)将多孔聚合物载体层原料薄片(11)导入到微浸涂辊(19)上;[3]微浸涂辊(19)的直径为26-36厘米,其底部浸于微浸涂槽(17)的聚合物的浸涂液(18)之中,微浸涂辊(19)与聚合物浸涂液(18)的液面相接触的面积为其表面的8%-36%,保持微浸涂辊(19)的转速为0.1-10rpm;[4]设置于微浸涂槽(17)槽壁上的一对红外线液位传感器(15a和15b)将聚合物浸涂液(18)的液面高度数据传输到计算机控制系统(51),计算机控制系统(51)将控制信号传输给聚合物浸涂溶液容器(13)下部的高精密计量泵(15),使经高精密计量泵(15)流入微浸涂槽(17)之中的聚合物浸涂液的量正好能使微浸涂槽(17)之中的聚合物浸涂液保持在设定的高度;[5]多孔聚合物载体层原料薄片(11)在微浸涂槽(17)中通过微浸涂辊(19)后成为已浸涂有聚合物浸涂液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20),湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)通过传输辊(23)被送入干燥系统;[6]湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)被送入所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中,其前端到达与成品滚筒(50)相连接的最后一个输送辊(23a)时,调节真空烘箱的温控程序控制溶剂的蒸发速度,使升温速度为每小时10°C,最终恒温温度为106±2°C,真空度为60mmHg;恒温106±2°C后滞留时间60-120分钟;[7]与步骤[6]同步,当湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)停留在所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中时,使氮气瓶(39)中的纯度大于99.9%的氮气,以吹扫流速3L(STP)/min不间断地从进气管道(48a)送入所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中,并从真空烘箱的出口管道(25a)排出;[8]步骤[6]、[7]完成后,进气管道(48a)通过第一三通阀(49a)和空气管道(47a)接通;将所述的无油空气压缩机(42)送出的无湿度、清洁的空气通过进气管道(48a)送入所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中对已干燥的超薄膜聚合物复合膜(1)进行吹扫,除去超薄膜聚合物复合膜(1)上残留的溶剂并使其降至室温,空气吹扫的流速为60L/min;[9]将处于所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中已干燥的降至室温去除残留溶剂的超薄膜聚合物复合膜(1)经所述的温度可编程的真空烘箱(24a)中的所述计算机数控电机主轴带动成品滚筒(50)转动,将所述干燥后的超薄膜聚合物复合膜薄(1)传送到所述成品滚筒(50)之上;并将所述成品滚筒(50)取出;至此,一个批次的生产完成;或与步骤[9]同时,重复步骤[2]至[5],将另一批次的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片(20)通过传输辊(23)送入干燥系统。
5.根据权利要求4所述的一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产方法,其特征在于:当成品滚筒(50)之上的超薄膜聚合物复合膜(1)未达到需要和设定的指标时,重复进行第2次-第N次的微浸涂,此时,用承载有超薄膜聚合物复合膜(1)的成品滚筒(50)代替物料滚筒(10),另设置一个新的成品滚筒(50),重复步骤[2]到[9]的全部操作。
6.根据权利要求4所述的一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产方法,其特征在于:所述的超薄膜聚合物复合膜(1)中浸涂的均质无孔聚合物薄膜层(2)的厚度为0.001-5微米。
7.根据权利要求6所述的一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产方法,其特征在于:所述的超薄膜聚合物复合膜(1)中浸涂的均质无孔聚合物薄膜层(2)的厚度为0.05-1微米。
8.根据权利要求6或7中所述的一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产方法,其特征在于:制备均质无孔聚合物薄膜层(2)的聚合物原料是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,其氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6。技术领域
本发明属于化学设备和工艺技术领域,具体涉及一种用于过滤或透过空气且能产生五防(即防尘粒(包括PM2.5)、防病毒、防病菌、防污染物、防烟尘)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超薄膜聚合物复合膜的制造设备和制备方法。
背景技术
空气污染在人口密度大的地区,尤其是大、中城市产生雾霾天气,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。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,它们对人体的损害较大。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,不能长期使用。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:1、一般口罩,它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,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。2、活性碳口罩,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,便失去效用且无法确定何时到达饱和点。3、医疗用口罩,主要是为了避免医生的飞沫影响病人,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。4、带电滤材口罩,它具有与活性碳口罩有相同的使用限制。5、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。有资料报道,人口密度大的地区,尤其是大、中城市,空气污染会导致空气中氧的浓度从大自然的21%降到19%以下,环境长期处于贫氧状态。汽车出行高峰期,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%,环境处于极度贫氧状态,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,将非常方便地给人们提供清新健康的富氧空气,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,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。当人们处在清新健康富氧的环境下时,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。但目前尚无任何技术和产品能够在满足五防(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。本申请人在深入研究了现有技术的已有物质和膜技术的基础上,在本申请人同日申请的另一发明中,公开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和高气体流量,即具有高选择性和高渗透性的膜。但是,这些聚合物分离材料都是工业上应用的,它具有一系列的工业应用的特点,尚不能简单地将它们应用于民用产品,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,能与口罩相配合,它既能阻挡各种不需要的颗粒和病菌等,还能为佩带者提供富氧的空气,同时不会对佩带者造成呼吸障碍。为达到如上目的,用于口罩的膜是需要具有一定的技术要求的,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,既能阻挡各种对人体有害的物质,(比如,PM2.5、病毒、病菌、污染物、烟尘),又能提供富氧的空气。现有技术中尚无适用的已知薄膜。现有技术中制备膜的技术中,有一种称为流延的制取薄膜的方法。制造时,先将液态或分散体流布在动行的载体(一般为金属带)上,随后用适当方法将其熟化,最后从载体上剥取薄膜。流延成型又称带式浇注,在陶瓷制品的成型方法中有应用,如成型0.2mm-3mm厚度的片状陶瓷制品,生产此类产品具有速度快、自动化程度高、效率高、组织结构均匀、产品质量好等诸多优势。又如一种溶液流延方法,使含有聚合物的所述涂料从所述狭缝的出口流出,以在移动的载体上形成流延膜,所述涂料在所述出口和所述载体之间形成涂料流道;将所述流延膜从所述载体上剥离;将所述剥离的流延膜干燥成膜。本申请人借鉴了现有技术的流延成型的方法,但是,现有技术中流延成型的方法和设备都不能用以制备本申请人所述的含有均质无孔聚合物薄膜层的超薄膜聚合物复合膜。本申请的均质无孔聚合物薄膜层的厚度为0.001~5微米,这样薄的一层薄膜,需要均质无孔是非常困难的。
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超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产设备及方法,它能够制备一种符合需要的能用于口罩的超薄膜聚合物复合膜。本发明的技术方案之一是一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产设备,含有传输系统、计算机控制系统,所述的批处理生产设备中还设置有微浸涂系统、干燥系统和溶剂回收系统;所述的传输系统中的物料滚筒、微浸涂辊、成品滚筒、和多个传输辊和真空烘箱中的输送辊均由电机驱动,所述的物料滚筒和至少2个传输辊通过多孔聚合物载体层原料薄片与微浸涂槽中的微浸涂辊相连接,从微浸涂辊送出的已浸涂有聚合物浸涂液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片通过传输辊送入干燥系统的温度可编程的真空烘箱中;所述的温度可编程的真空烘箱中设置有由多个输送辊组成的沿顺时针方向或逆时针方向由外向内绕行的输送辊组,所述湿的超薄膜聚合物复合膜薄片连接在所述输送辊之间,所述湿的超薄膜聚合物复合膜薄片的多孔超薄膜载体层一面与所述输送辊相邻接;计算机数控电机主轴与成品滚筒相连接,所述成品滚筒与最内一个所述输送辊(23a)相连接;所述的微浸涂系统中的所述微浸涂槽的槽体上设置有一对红外线液位传感器,所述的一对红外线液位传感器分别通过电缆与计算机控制系统相连;聚合物浸涂溶液容器的下部设置有高精密计量泵,所述高精密计量泵通过电缆与计算机控制系统相连,其出口通过聚合物浸涂溶液输送管道深入所述微浸涂槽之中;所述的温度可编程的真空烘箱的进气管道通过气体流量控制器与三通阀相连,所述三通阀的另两端分别与氮气瓶和空气管道相连;所述的空气管道还通过空气干燥器、空气过滤器、空气管道与无油空气压缩机相连;所述的温度可编程的真空烘箱通过真空烘箱出口管道与三通阀相连,所述三通阀的另两端分别与空气出口管道和真空管道和溶剂回收管道连接;所述真空管道和溶剂回收管道和所述溶剂回收系统中的冷凝器进口相连,所述的冷凝器的出口与回收溶剂的储瓶相连,所述的回收溶剂的储瓶通过真空管道与真空泵相连。所述的温度可编程的真空烘箱过电缆与计算机控制系统相连。所述的真空泵通过电缆与计算机控制系统相连。本发明的技术方案之二是一种超薄膜聚合物复合膜的流延微浸涂批处理生产方法,所述的生产方法按以下步骤进行:[1]原料及设备的准备1)将用于制作多孔聚合物载体层的多孔聚合物制成设定厚度、孔径、和孔隙率的多孔聚合物载体层原料薄片,并将多孔聚合物载体层原料薄片卷制在传输系统中的物料滚筒上;2)将用于制备均质无孔聚合物薄膜层的聚合物原料用设定的溶剂溶解为0.3-2wt%的聚合物溶液,将此聚合物溶液存放于容器内,此溶液即为所述的聚合物的浸涂液;3)将冷凝器的入口通过真空管道和溶剂回收管道与三通阀相连,将三通阀的另两端分别与所述的温度可编程的真空烘箱的真空烘箱的出口管道和空气出口管道相连;4)将所述的温度可编程的真空烘箱的进气管道通过气体流量控制器与三通阀相连,将所述三通阀的另两端分别与氮气瓶和空气管道相连;将所述的空气管道通过空气干燥器、空气过滤器、空气管道与无油空气压缩机相连;将所述的温度可编程的真空烘箱通过电缆与计算机控制系统相连;5)将所述真空管道和溶剂回收管道和所述溶剂回收系统中的冷凝器进口相连,将所述的冷凝器的出口与回收溶剂的储瓶相连,将所述的回收溶剂的储瓶通过真空管道与真空泵相连;将所述的真空泵通过电缆与计算机控制系统相连;[2]将物料滚筒上的多孔聚合物载体层原料薄片通过传输辊将多孔聚合物载体层原料薄片导入到微浸涂辊上;[3]微浸涂辊直径为26-36厘米,其底部浸于微浸涂槽的聚合物的浸涂液之中,微浸涂辊与聚合物浸涂液的液面相接触的面积为其表面的8%-36%,保持微浸涂辊的转速为0.1-10rpm;[4]设置于微浸涂槽槽壁上的一对红外线液位传感器将聚合物浸涂液的液面高度数据传输到计算机控制系统,计算机控制系统将控制信号传输给聚合物浸涂溶液容器下部的高精密计量泵,使经高精密计量泵流入微浸涂槽之中的聚合物浸涂液的量正好能使微浸涂槽之中的聚合物浸涂液保持在设定的高度;[5]多孔聚合物载体层原料薄片在微浸涂槽中通过微浸涂辊后成为已浸涂有聚合物浸涂液的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片,湿的超薄膜聚合物复合膜薄片通过传输辊被送入干燥系统;[6]湿的超薄膜聚合物复合膜薄片被送入所述的温度可编程的真空烘箱中,调节真空烘箱的温控程序控制溶剂的蒸发速度,使升温速度为每小时10°C,最终恒温温度为106±2°C,真空度为60mmHg;恒温106±2°C后滞留时间60-120分钟;[7]与步骤[6]同步,当湿的超薄膜聚合物复合膜薄片停留在所述的温度可编程的真空烘箱中时,使氮气瓶中的纯度大于99.9%的氮气,以吹扫流速3L(STP)/min不间断地从进气管道送入所述的温度可编程的真空烘箱中,并从真空烘箱的出口管道排出;[8]步骤[6]、[7]完成后,进气管道通过三通阀和空气管道接通;将所述的无油空气压缩机送出的无湿度、清洁的空气通过进气管道送入所述的温度可编程的真空烘箱中对已干燥的超薄膜聚合物复合膜进行吹扫,除去超薄膜聚合物复合膜上残留的溶剂并使其降至室温,空气吹扫的流速为60L/min;[9]将处于所述的温度可编程的真空烘箱中已干燥的降至室温去除残留溶剂的超薄膜聚合物复合膜经所述的温度可编程的真空烘箱中的所述计算机数控电机主轴带动成品滚筒转动,将所述干燥后的超薄膜聚合物复合膜薄传送到真空烘箱中的成品滚筒之上;并将所述成品滚筒取出;至此,一个批次的生产完成;或与步骤[9]同时,重复步骤[2]至[5],将另一批次的湿的超薄膜聚合物复合膜薄片通过传输辊送入干燥系统。当成品滚筒之上的超薄膜聚合物复合膜未达到需要和设定的指标时,重复进行第2次-第N次的微浸涂,此时,用承载有超薄膜聚合物复合膜的成品滚筒代替物料滚筒,另设置一个新的成品滚筒,重复步骤[2]到[9]的全部操作。所述的超薄膜聚合物复合膜中浸涂的均质无孔聚合物薄膜层的厚度为0.001-5微米。所述的超薄膜聚合物复合膜中浸涂的均质无孔聚合物薄膜层的最佳厚度为0.05-1微米。制备均质无孔聚合物薄膜层的聚合物原料是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,其氧气对氮气的渗透系数的比率为1.5-6。本发明的设备是一种批处理生产设备,是一种间隔式生产的设备和方法。用本发明设备和方法能生产所述复合膜,生产效率高,成品质量好。为了生产均匀和无缺陷的复合膜,必须严格控制聚合物溶液涂层中的溶剂的蒸发速度,本发明通过计算机辅助程序控制的方法特别严格地控制了湿膜在真空烘箱的温度,真空度,滞留时间等,非常有效地控制聚合物溶液涂层中的溶剂的蒸发速度,从而保证了复合膜的质量。本发明设备和方法还进行了溶剂的回收,节约了生产成本,同时,杜绝了环境的污染。与本申请同日申请的复合膜的另一连续生产的设备和方法相比,本申请的批处理设备和生产方式的主要优势表现在:1、操作过程的参数易于控制;2、设备投资成本较低;3、工业化规模上可线性放大,即可平行扩大复合膜生产的规模。但是,随着复合膜生产的规模的增长,连续生产方式将优于批处理操作的生产方式。
附图说明
附图1是本发明所生产的超薄膜聚合物复合膜一实施例结构示意图;附图2是本发明所生产的超薄膜聚合物复合膜另一实施例结构示意图;附图3是本发明的批处理生产设备和方法的一实施例的工艺结构示意图。附图中标记分述如下:1—超薄膜聚合物复合膜;2—均质无孔聚合物超薄膜层;3—多孔超薄膜载体层;3-1—多孔超薄膜载体层A;3-2—多孔超薄膜载体层B;10—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—聚合物浸涂液输送管道;17—微浸涂槽;18—聚合物浸涂液;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,23a—真空烘箱中的输送滚筒,24a—温度可编程的真空烘箱,25a—真空烘箱的出口管道,26a—三通阀,27a—真空管道和溶剂回收管道,28a—空气出口管道,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,40a—氮气流量控制器,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,47a—空气管道,48a—进气管道,49a—三通阀,50—成品滚筒,51—计算机控制系统,52—电缆。
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,用本发明的设备和方法生产的产品是所述的超薄膜聚合物复合膜1,所述的超薄膜聚合物复合膜1由均质无孔聚合物超薄膜层2和多孔超薄膜载体层3相互紧密叠加而成。所述的超薄膜聚合物复合膜1用于口罩中,能使口罩具有防PM2.5、防病毒、防病菌、防污染、防烟尘和提供富氧的功能,采用超薄膜聚合物复合膜1的口罩具有保健口罩或医疗用口罩的特点。如附图2所示,其中多孔超薄膜载体层3可以是如附图1所示,是由一种物质组成的,也可以是如附图2所示的由两层不同的物质相互叠加而成,即多孔超薄膜载体层3是由多孔超薄膜载体层3-1和多孔超薄膜载体层3-2叠加而成。本发明的最终产品是超薄膜聚合物复合膜1,由于多孔超薄膜载体层3的生产比较容易,用现有技术中的已知方法能生产出符合需要的多孔超薄膜载体层3。所以本发明的生产方法和设备中生产超薄膜聚合物复合膜1时,是将多孔超薄膜载体层3作为原料来使用的,也就是说,本发明中不包括多孔超薄膜载体层3的制备。多孔超薄膜载体层3的详细要求在本申请同日申请的另一发明专利中已有明确记载,在此简述如下:多孔超薄膜载体层3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3的厚度和孔隙率分别为0.03-0.26毫米和20%-90%;所述多孔超薄膜载体层从接触所述均质无孔聚合物薄膜层的表面到外表面的平均孔径从0.001-0.01微米扩大到0.1-10微米。所述的[1]不对称孔径分布的最佳的多孔聚合物材料制成的不对称孔的厚度和孔隙率分别为0.10-0.15毫米和50%-80%;所述多孔超薄膜载体层从接触所述均质无孔聚合物薄膜层的表面到外表面的平均孔径从0.01-0.05微米扩大到1-5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3,其厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.03-0.26毫米、20%-80%和0.01-2微米;其最佳厚度、孔隙率和平均孔径分别为0.10~0.15毫米、40%~80%和0.02~0.06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3的接触所述均质无孔聚合物薄膜层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。如附图3所示,是本发明的批处理生产设备和方法的一实施例的工艺结构示意图。为了便于理解,以下部分将对本发明的方法和设备结合在一起进行描述。如附图3所示,本发明的设备包括:载体层和复合膜的传输系统;溶液流延微浸涂系统;复合膜的干燥系统;计算机控制系统;和溶剂回收系统。就各系统的主要设备和功能描述如下:所述载体层和复合膜的传输系统包括物料滚筒10,带电机驱动卷取辊的成品滚筒50,和传输轮23、微浸涂辊19,其目的是控制物料的传输及速度。所述流延微浸涂系统包括聚合物浸涂溶液14和聚合物浸涂溶液的容器13,聚合物浸涂溶液的容器13用于准确连续给出聚合物浸涂溶液14;溶液流延微浸涂系统包括有聚合物溶液浸涂槽17和聚合物浸涂溶液18;在上述传动系统中提到的微浸涂辊19,微浸涂辊19也是流延微浸涂系统中的设备。多孔聚合物载体层原料薄片11随着微浸涂辊19在聚合物浸涂溶液18中经过,使聚合物浸涂溶液18浸涂或称附着于微浸涂辊19之上的多孔聚合物载体层原料薄片11上,使多孔聚合物载体层原料薄片11上均匀浸涂很薄的一层聚合物浸涂溶液18,成为湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20。本申请人将这一过程称为溶液流延微浸涂。在这一过程中,控制溶液流延微浸涂的量是很重要的,在本申请中,控制微浸涂辊的直径为26-36厘米,其底部浸于微浸涂槽的聚合物的浸涂液之中,微浸涂辊19与聚合物浸涂液的液面相接触的面积为其表面的8%-36%,保持微浸涂辊19的转速为0.1-10rpm。设置于微浸涂槽17槽壁上的一对红外线液位传感器15a和15b将聚合物浸涂液18的液面高度数据传输到计算机控制系统51,计算机控制系统51将控制信号传输给聚合物浸涂溶液容器13下部的高精密计量泵15,使经高精密计量泵15流入微浸涂槽17之中的聚合物浸涂液18的量正好能使微浸涂槽之中的聚合物浸涂液保持在设定的高度,液面保持恒定,进而确保聚合物溶液涂层均匀。为了生产均匀和无缺陷的超薄膜聚合物复合膜1,控制聚合物溶液涂层中的溶剂的蒸发速度是非常重要的。因此,在本发明的批处理设备和方法中,干燥系统使用了一种称为温度可编程的真空烘箱24a,它与计算机控制系统51相连,能精确地控制温度可编程的真空烘箱24a内的真空度、温度、升温速度、控温指标、和控温时间等参数,从而生产均匀和无缺陷的超薄膜聚合物复合膜1。所述溶剂回收系统包括冷凝器34(用于冷凝聚合物溶液浸涂层中蒸发的溶剂),溶剂回收储瓶35和回收溶剂36,冷凝器34用于冷凝聚合物溶液浸涂层中蒸发的溶剂,并且回收溶剂重复使用,同时防止溶剂污染环境。实施例1本发明应用Teflonxa0AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层2的材料,Teflonxa0AF2400是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。高度不对称的亚微米级聚砜作为多孔超薄膜载体层3的材料。所述高度不对称的亚微米级聚砜的平均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3,即是用Teflonxa0AF2400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2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、外表面的平均孔径为5.0微米,4、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平均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。根据如上所选制造超薄膜聚合物复合膜1的材料,以批处理生产方式制备超薄膜聚合物复合膜1,其具体生产步骤、过程和方法描述如下:1、将Teflonxa0AF2400溶解在由美国3M公司生产的Fluorinertxa0FC-75的溶剂中,形成1wt%的Teflonxa0AF2400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Teflonxa0AF2400的溶剂之一,它的沸点是102°C;2、将作为多孔聚合物载体层3的高度不对称的亚微米级聚砜衬底原料薄片卷入到物料滚筒10上,并置于所述传输系统中形成生产线;3、如图3所示,在含所述1wt%的Teflonxa0AF2400溶液的聚合物涂层溶液储池17中,所述高度不对称亚微米级聚砜的多孔超薄膜载体层3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1wt%的Teflonxa0AF2400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3上形成1wt%的Teflonxa0AF2400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16%-36%;所述微浸涂辊19的转速为0.5-1rpm;4、如图3所示,将涂有所述1wt%的Teflonxa0AF2400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Teflonxa0AF2400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3衬底表面形成均质无孔聚合物超薄膜层2,5、在所述的温度可编程的真空烘箱24a中,调节真空烘箱的温控程序控制溶剂的蒸发速度,使升温速度、恒温温度、真空度、恒温滞留时间均得到精确控制;与此同时,以纯度大于99.9%的氮气对温度可编程的真空烘箱24a内的物料进行吹扫。6、温度可编程的真空烘箱24a中设定程序完成后,将所述的无油空气压缩机42送出的无湿度、清洁的空气送入,对温度可编程的真空烘箱(24a)中已干燥的超薄膜聚合物复合膜1进行吹扫,除去超薄膜聚合物复合膜1上残留的溶剂并使其降至室温;7、将温度可编程的真空烘箱24a中的所述计算机数控电机主轴带动成品滚筒50转动,将所述干燥后的超薄膜聚合物复合膜薄1传送到所述成品滚筒50之上;并将所述成品滚筒50取出。由本实施例中生产制得的以Teflonxa0AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层2和以高度不对称的亚微米级聚砜作为所述多孔聚合物复合膜载体层3的超薄膜聚合物复合膜1命名为复合膜A。复合膜A中的Teflonxa0AF2400均质无孔聚合物超薄膜层2的厚度约为0.5微米。实施例2本实施例应用所述Teflonxa0AF2400作为均质无孔聚合物超薄膜层2的材料,选择聚四氟乙烯多孔聚合物和聚酯无纺布作为多孔超薄膜载体层3,如附图2所示,所述聚四氟乙烯多孔聚合物层即多孔超薄膜载体层3-1,所述聚酯无纺布支撑衬底即为多孔超薄膜载体层3-2,多孔超薄膜载体层3-1和多孔超薄膜载体层3-2通过层压粘合方式制成多孔超薄膜载体层3。以多孔超薄膜载体层3-1和多孔超薄膜载体层3-2为载体层材料的特征是:1、所述聚四氟乙烯多孔聚合物的平均孔径为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和复合膜提供极高的透气性和足够强的机械强度,厚度为80-120微米。因此,所述聚四氟乙烯多孔聚合物的超亚微米级的平均孔径(0.02微米)特征可为所述超薄膜聚合物复合膜1中的均质无孔聚合物超薄膜层2提供所需的载体层结构。本例的批处理生产步骤、过程和方法描述如下:1、将Teflonxa0AF2400溶解在由3M公司生产的全氟化合物FC-770(CAS编号为1093615-61-2)的溶剂中形成0.6wt%的Teflonxa0AF2400溶液。FC-770是Teflonxa0AF2400的溶剂之一,它的沸点是96°C;2、将所述聚四氟乙烯多孔聚合物和所述聚酯无纺布为复合膜的载体层的材料薄片11卷入到物料滚筒10上,并置于所述传输系统中形成生产线;3、如图3所示,在含所述0.6wt%的Teflonxa0AF2400溶液的聚合物涂层溶液储池17中,所述聚四氟乙烯多孔聚合物为载体层和所述聚酯无纺布为支撑衬底层的所述多孔超薄膜载体层原料薄片11通过所述聚合物溶液涂层微浸涂辊19的匀速转动与所述聚合物涂层溶液储池17中的所述0.6wt%的Teflonxa0AF2400溶液18的表面接触,经微浸涂方法在所述多孔超薄膜载体层原料薄片11上形成0.6wt%的Teflonxa0AF2400溶液的聚合物涂层。所述微浸涂辊19的直径为26-36厘米,在所述聚合物涂层溶液储池17中的浸入表面为所述聚合物溶液微浸涂辊19的表面的8%-16%;所述微浸涂辊19的滚筒转速为每分钟1-5轮(即1-5rpm);4、如图3所示,将涂有所述0.6wt%的Teflonxa0AF2400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Teflonxa0AF2400溶液在所述聚四氟乙烯多孔聚合物3-1为载体层和所述聚酯无纺布3-2为支撑衬底层的所述多孔超薄膜载体层3表面形成均质无孔聚合物超薄膜层2,最后所述超薄膜聚合物复合膜1卷入到成品滚筒50。然后将成品滚筒50从所述的温度可编程的真空烘箱24a中取出。在上述实施例中,如图3所示,所述聚合物涂层溶液储池17中的液位经红外线液位传感器和控制器15a,15b和高精密计量泵15通过连接到电脑辅助控制系统的电缆52与计算机辅助控制系统51相联而控制不变。在本实施例中,如图3所示,当湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20在温度可编程的真空烘箱24a中干燥时,首先将三通阀49a设置为氮气瓶39与气体流量控制器40a和气体管道48a相通,氮气瓶39中的氮气纯度大于99.9%,氮气吹扫流速设置为3L(STP)/min;将三通阀26a设置为所述温度可编程的真空烘箱24a的出口管道25a与真空管道和溶剂回收管道27a相通;所述温度可编程的真空烘箱24a的操作参数是通过连接到计算机控制系统的电缆52与计算机控制系统51相联而控制的。所述温度可编程的真空烘箱24a的真空度控制在60Torr(即mmHg),从室温加热至等温温度的升温速度为每小时10°C,等温温度为106±2°C,在等温温度106±2°C下恒温60-120分钟。在所述复合膜烘干过程中,所述温度可编程的真空烘箱24a蒸发的FC-770溶剂经真空管道和溶剂回收管道27a进入冷凝器34,蒸发的FC-770溶剂在经冷凝器34冷凝而收集到回收溶剂的储瓶35,回收的FC-770溶剂36可重复使用,实现既经济又环保的循环可持续发展的工艺过程。在完成如上所述的烘干过程后,首先将三通阀26a设置为所述温度可编程的真空烘箱24a的出口管道25a与放空管道28a相通。与此同时,关闭真空泵38并将三通阀49a设置为空气管道47a与气体流量控制器40a和气体管道48a相通。在本实施例中,如图3所示,当所述湿的超薄膜聚合物复合膜薄片20干燥后,超薄膜聚合物复合膜1的护膜处理是应用室温下的无湿度、清洁的空气吹扫降温,可用于除去超薄膜聚合物复合膜1仍然残留的任何FC-770溶剂,并且将超薄膜聚合物复合膜1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之上。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处理后经空气管道47a、三通阀49a、和气体管道48a进入温度可编程的真空烘箱24a。通过室温下的无湿度、清洁的空气吹扫冷却温度可编程的真空烘箱24a中的超薄膜聚合物复合膜1,吹扫超薄膜聚合物复合膜1后的空气由温度可编程的真空烘箱24a的出口管道25a经三通阀26a从放空管道28a排出。空气吹扫的流速由气体流量控制器40a控制并设为60L(STP)/min。由本实施例中生产制得的以Teflonxa0AF2400为均质无孔聚合物超薄膜层2,以聚四氟乙烯多孔聚合物和所述聚酯无纺布结合的支撑层为多孔超薄膜载体层3,上述均质无孔聚合物超薄膜层2和多孔超薄膜载体层3结合的超薄膜聚合物复合膜1命名为复合膜B。所述复合膜B中均质无孔聚合物超薄膜层2厚度为0.05微米。将所述复合膜A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1A、样品2A、和样品3A。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A的样品1A、样品2A、和样品3A的氧气和氮气的透气渗透率的实验结果列入表1。如表1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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>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1。如表1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ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>下面对本发明所涉及的聚合物超薄膜复合膜1做进一步详细的描述。所述聚合物超薄膜复合膜1是由均质无孔聚合物超薄膜层2和多孔超薄膜载体层3组成(如附图1和2所示)。这里所述的“无孔”并非是指这种均质无孔聚合物超薄膜层2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2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2,所以,带有均质无孔聚合物超薄膜层2的聚合物超薄膜复合膜1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。物质渗透经过均质无孔聚合物超薄膜层2过程的机制遵循溶解扩散模型(thexa0solution-diffusionxa0model)。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(thexa0pore-flowxa0model),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(thexa0solution-diffusionxa0model),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。本发明的方法中浸涂于多孔超薄膜载体层3之上的均质无孔聚合物超薄膜层2(即所述的浸涂层)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2中的传输过程是由溶解扩散模型和菲克定律(Fick’sxa0law)来描述,在均质无孔聚合物超薄膜2中的聚合物的自由体积(thexa0freexa0volumexa0ofxa0thexa0polymer)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2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2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,“Membranexa0Technologyxa0andxa0Applications”第三版,2012,由Johnxa0Wiley&Sonsxa0Ltd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2。因此,带有均质无孔聚合物超薄膜层2的聚合物超薄膜复合膜1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。因此,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1的材料,这种材料能用于口罩来阻绝尘粒和病菌等,又能提供富氧。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2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2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2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2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2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2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2内。4、溶解于所述均质无孔聚合物超薄膜层2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2的另一表面。5、吸附在所述均质无孔聚合物超薄膜层2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3内。这就是本发明生产的超薄膜聚合物复合膜1能应用于口罩的原理。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%,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1的口罩(其均质无孔聚合物超薄膜层2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),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2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。关于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属于现有技术的已知内容,在此不赘述。