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不同处理方式对SMS医用防护非织造布的抗静电性与拒水性能的影响
时间: 2020-03-31点击量:
防护服按照其性能可分为普通防护服和高性能防护服,医用防护服是高性能防护服之一,是指用于医学防护,阻隔细菌产生,以防止细菌泳移,减少交叉感染并能为医护人员提供保护,使他们在工作的过程中免受病菌、病毒侵害的防护服,并且可以使病人减少二次感染的几率[1-3]。传统的常用医用防护服原料为棉织物,近年来随着非织造技术的发展,一些科研单位和企业已经开发出不少以非织造布为主要面料的医用防护服,非织造布被广泛的应用于医用防护服领域[4-6]。其中,SMS(纺黏-熔喷-纺黏)产品既有纺粘层固有的高强耐磨性,同时又有中间熔喷层较高的过滤效率、阻隔性能、抗粒子穿透性、抗静水压、屏蔽性以及外观均匀性[7-8],更是在非织造医用领域被广泛应用。
 
医用防护服在穿着过程中会因为摩擦而产生静电,因此医用防护服除了阻隔作用外,还要具有抗静电性,常用的方法为添加抗静电剂[9]。但抗静电剂的使用不仅会增加抗静电性,还可能影响医用防护服的拒水性。这是因为拒水整理是要降低SMS表面张力,降低对液体的吸收性能;而抗静电则要求表面具有较强的吸湿保湿性,以降低静电的产生和快速地传导静电使电荷尽快逸散;两者相互矛盾、相互对立,但是在SMS的实际应用中,防护用品要求既具有拒水性又同时能够具有良好的抗静电效果[10]。国内外对于SMS医用防护非织造布的研究有很多,在“三防”(防水、防酒精、防血液)方面,曲方圆等[11]对SMS非织造手术衣材料采用泡沫整理法进行单面“三防”整理,整理后,SMS材料的单面“三防”效果得到明显改善,同时材料具有较好的舒适性能,但对于抗静电性方面没有研究;在拒水拒油方面,乔雪莲等[12]对SMS非织造布拒水拒油整理的研究发现,经用NUVA HPC LIO含氟拒水拒油整理剂整理后SMS非织造布可获得良好的拒水拒油性能,提高拒水拒油等级,但只提高了拒水性没有涉及抗静电性能;在“三抗”(抗血液、抗酒精、抗静电)方面,张瑜等[13]关于聚丙烯SMS非织造布的三抗整理研究,发现用含氟整理剂PM-3630整理的聚丙烯SMS非织造布的三抗性能有明显改善,但关于拒水性方面没有涉及;张万智等[10]对SMS非织造布一步同浴多功能整理的探讨,在建立分析模型的基础上,对SMS非织造布的拒水、拒油、抗血液、抗酒精、抗静电整理进行了探讨,为SMS的一步同浴多功能整理提供了方法和依据,但只有一些理论而没有具体实验去验证。综上这些文献,没有既能提高抗静电性又能提高拒水性能的相关研究及具体实验。因此,本文使用CAP-501抗静电剂、碳纳米管(CNT)浸渍整理和溅射镀铜膜等方式对SMS医用防护非织造布进行后整理,测试SMS医用防护非织造布的静水压值、表面比电阻和接触角,来探究不同处理方式对SMS医用防护非织造布的抗静电性及拒水性能的影响,寻找提高抗静电性能及拒水性能的最佳处理方式。
 
1 实 验
1.1 材料与试剂
材料:SMS丙纶非织造布,平方米质量47 g/m2,实验时裁剪成20 cm×20 cm大小(恒天嘉华非织造有限公司);磁控溅射用铜靶材,纯度99.99%,直径50 mm,厚度50 mm;试剂:CAP-501抗静电剂(上海维胜化工有限公司);碳纳米管(CNT)水性浆料(中国科学院成都有机化学有限公司);抗酒精剂,润湿剂(恒天嘉华非织造有限公司)。
 
1.2 实验装置
JCP350型非织造布真空等离子涂覆系统(北京泰科诺科技有限公司);P-AO/BO型立卧式气压电动小轧车(佛山市亚诺精密机械制造有限公司);PM-6型连续式定型机(佛山市亚诺精密机械制造有限公司);MODEL 800型便携式表面电阻测试仪(美国ACL Staticide);FX3000-IV型耐静水压测试仪(瑞士TEXTEST);JY-PHb型接触角测定仪(承德金和仪器制造有限公司);Phenom microscope Pro X/Pro测试仪(Phenom-World)。
 
1.3 实验过程与方法
1.3.1 抗静电剂与碳纳米管浸渍处理
首先,在烧杯内倒入400 m L去离子水,加入质量浓度10 g/L抗酒精剂、1 g/L润湿剂,然后分别加入5、7、9 g/L的CAP-501抗静电剂或碳纳米管试剂配制成溶液,搅拌均匀后将样品放入溶液中充分浸渍,浸渍时间为1 min。将浸渍完全的试样放入浸轧机上,压力为0.3 MPa,一浸一轧,轧余率分别为78%和147%。最后再将浸轧完成后的样品放入热定型机140℃进行烘干85 s,取出样品。
 
1.3.2 磁控溅射处理
先将反应室抽真空至3×10-3 Pa,以保证铜膜的纯度,再通入高纯氩(99.999%)溅射气体,预溅射1 min,以去除铜靶表面的杂质,氩气流量设为9 m L/min。在溅射功率200 W,气体压强0.2 Pa,镀膜时间80 s的条件下,制备铜薄膜,基材温度为室温。
 
1.3.3 性能测试
表面比电阻测试:把经过后整理的样品放在测试台上,依据AATCC 75—2005《纺织品表面电阻实验方法》,使用表面电阻测试仪测量样品的表面比电阻,每个样品在不同部位测试3次,求平均值;依据文献[14],可以通过表面比电阻的数据来判断抗静电性能效果。
静水压测试:依据GB/T 4744—1997《纺织织物 抗渗水性测定 静水压试验》,将样品放入耐静水压测试仪中,正面朝下,水压速率6.0 kPa/min,来测试样品的静水压值,织物能承受的静水压越大,防水性或抗渗漏性越好。
接触角测试:使用接触角测定仪,用微量注射器将2.5μL去离子水滴加在水平放置的样品上,使用量脚法测量接触角,在不同部位测量两次,取平均值。
 
1.3.4 形貌观察
将样品剪切利用导电胶粘在样品台上,利用SBC-12型离子溅射仪进行喷金,时间为60 s,喷金完成后拿出样品利用吹风机进行吹扫,清除杂质,然后将样品放入电镜中,调好焦距,对比度,放大一定的倍数后来观察样品的微观结构及负载情况。
 
2 结果与分析
2.1 样品性能分析
2.1.1 抗静电性能结果分析
在表1中,经过CNT浸渍处理后的样品,抗静电性能逐渐变好,这是因为CNT具有良好的导电性,随着CNT质量浓度的增大,形成的导电通路越多,导电性就越好[15];经过CAP-501抗静电剂浸渍处理后的样品,表面比电阻值在8.72 GΩ和32 GΩ之间,抗静电性能一般,这是因为当抗静电剂溶液浸渍样品时,抗静电剂分子中的亲油基就会吸附于样品表面,浸渍完后干燥,脱出水分后的样品表面上,会形成一个单分子导电层,使产生的静电荷迅速泄漏而达到抗静电目的[16];而经过镀铜膜处理的样品,抗静电性能提高,因为铜具有良好的导电性,且沉积铜原子将纤维与纤维之间空隙填满,织物表面连通,从而镀成铜膜会增加样品的导电性;而对于样品来说,经过CNT浸渍和镀铜处理后,抗静电效果改善程度优于经过CAP-501抗静电剂处理的样品。
 
2.1.2 拒水性能
拒水性能从静水压及接触角两方面来分析,处理前后样品的静水压值和接触角测试结果如表2。
由表2可以看到:经过CNT浸渍处理后,样品的接触角逐渐增大,拒水性增强,这是因为CNT极易聚集并且它与亲水性基体之间的相互作用也很微弱,具有很强的疏水性,质量浓度越高,拒水性越好,且此时的样品表面张力低于水的临界表面张力,样品拒水性能优良,静水压值随着质量浓度的增加而增加,但仍然低于未处理样品,说明样品防渗水性加强但低于未处理样品的抗渗水性;经过CAP-501抗静电剂浸渍处理后,样品的静水压值和接触角逐渐减小,拒水性较未处理样品差,且抗渗水性远低于未处理样品,这是因为浸渍完后干燥,脱出水分后的样品表面上,抗静电剂分子中的亲水基都向着空气一侧排列,易吸收环境水分或通过氢键与空气中的水分相结合,这就增加了样品的亲水性使拒水性能下降 ;经过镀铜处理后的样品,拒水性较未处理样品差异小,抗渗水性较未处理样品略低,这是因为铜沉积在样品表面及纤维和纤维之间空隙中,阻碍了水的渗透、吸收及毛细作用,因此,使样品拒水。
 
2.2 样品的形貌观察
从图1中可以看到,经过CNT浸渍处理后的样品表面粗糙,附着的颗粒多但不均匀;磁控溅射镀膜后,铜沉积在样品表面及纤维和纤维之间空隙中,均匀连续但有褶皱出现;经过CAP-501抗静电剂浸渍处理后的样品表面光滑,颗粒附着较多且凸出。
 
3 结 论
a)经过碳纳米管浸渍处理,织物表面比电阻低至7.79 MΩ,静水压值达到6 760 Pa,接触角增至141.3°,抗静电性与拒水性皆获得提高改善,抗渗水性略低于未处理样品;经过CAP-501抗静电剂浸渍处理,织物表面比电阻低至8.72 GΩ,静水压值达到1 310 Pa,接触角低至118.6°,抗静电性能获得改善,拒水性能下降,抗渗水性能远低于未处理样品;经过镀铜处理,织物表面比电阻低至52.2 MΩ,静水压值达到5 530 Pa,接触角增至127.7°,织物抗静电性加强,拒水性获得改善,抗渗水性低于未处理样品。
b)在3种后处理方式中,经过碳纳米管浸渍处理后的样品的抗静电性与拒水性最好,磁控溅射镀膜次之,经过CAP-501抗静电剂浸渍处理的样品的抗静电性能与拒水性能最差;抗渗水性方面,碳纳米管浸渍处理优于磁控溅射镀膜处理与CAP-501抗静电剂浸渍处理,因此,提高抗静电性能及拒水性能的最佳处理方式为碳纳米管浸渍处理。

 
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