文章編號 | 1009-265X(2019)05-0080-05

來源 | 《現(xiàn)代紡織技術(shù)》2019年第5期

作者 | 呂艷如,苗大剛,周 蓉

(青島大學,a.紡織服裝學院；b.非織造材料與產(chǎn)業(yè)用紡織品創(chuàng)新研究院,山東青島 266071)

作者簡介 | 呂艷如(1993-),女,山東省鄆城縣人,碩士研究生,主要從事產(chǎn)業(yè)用紡織品方面的研究。

涂層機、定型機專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫前洲興華機械2020年3月13日訊 為了提高SMS(紡黏-熔噴-紡黏)抗靜電性能與拒水性能,對SMS非織造布試樣進行通過碳納米管(CNT)、CAP-501抗靜電劑浸漬處理和磁控濺射鍍銅膜處理,然后測試樣品的靜水壓值、表面比電阻和接觸角。通過測試發(fā)現(xiàn),加入CNT后,試樣的抗靜電性能與拒水性能都獲得改善與加強；加入CAP-501抗靜電劑后,試樣的抗靜電性增強但拒水性能下降；鍍銅后,試樣抗靜電性能加強,拒水性獲得改善；3種處理方式中,抗靜電性能及拒水性能皆提高的最佳處理方式效果為碳納米管(CNT)浸漬。

 關(guān)鍵詞 SMS醫(yī)用防護非織造布；拒水性；抗靜電性；浸漬處理；磁控濺射處理

防護服按照其性能可分為普通防護服和高性能防護服,醫(yī)用防護服是高性能防護服之一,是指用于醫(yī)學防護,阻隔細菌產(chǎn)生,以防止細菌泳移,減少交叉感染并能為醫(yī)護人員提供保護,使他們在工作的過程中免受病菌、病毒侵害的防護服,并且可以使病人減少二次感染的幾率[1-3]。傳統(tǒng)的常用醫(yī)用防護服原料為棉織物,近年來隨著非織造技術(shù)的發(fā)展,一些科研單位和企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出不少以非織造布為主要面料的醫(yī)用防護服,非織造布被廣泛的應用于醫(yī)用防護服領(lǐng)域[4-6]。其中,SMS(紡黏-熔噴-紡黏)產(chǎn)品既有紡粘層固有的高強耐磨性,同時又有中間熔噴層較高的過濾效率、阻隔性能、抗粒子穿透性、抗靜水壓、屏蔽性以及外觀均勻性[7-8],更是在非織造醫(yī)用領(lǐng)域被廣泛應用。

醫(yī)用防護服在穿著過程中會因為摩擦而產(chǎn)生靜電,因此醫(yī)用防護服除了阻隔作用外,還要具有抗靜電性,常用的方法為添加抗靜電劑[9]。但抗靜電劑的使用不僅會增加抗靜電性,還可能影響醫(yī)用防護服的拒水性。這是因為拒水整理是要降低SMS表面張力,降低對液體的吸收性能；而抗靜電則要求表面具有較強的吸濕保濕性,以降低靜電的產(chǎn)生和快速地傳導靜電使電荷盡快逸散；兩者相互矛盾、相互對立,但是在SMS的實際應用中,防護用品要求既具有拒水性又同時能夠具有良好的抗靜電效果[10]。

國內(nèi)外對于SMS醫(yī)用防護非織造布的研究有很多,在“三防”(防水、防酒精、防血液)方面,曲方圓等[11]對SMS非織造手術(shù)衣材料采用泡沫整理法進行單面“三防”整理,整理后,SMS材料的單面“三防”效果得到明顯改善,同時材料具有較好的舒適性能,但對于抗靜電性方面沒有研究；在拒水拒油方面,喬雪蓮等[12]對SMS非織造布拒水拒油整理的研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)用NUVA 含氟拒水拒油整理劑整理后SMS非織造布可獲得良好的拒水拒油性能,提高拒水拒油等級,但只提高了拒水性沒有涉及抗靜電性能；在“三抗”(抗血液、抗酒精、抗靜電)方面,張瑜等[13]關(guān)于聚丙烯SMS非織造布的三抗整理研究,發(fā)現(xiàn)用含氟整理劑PM整理的聚丙烯SMS非織造布的三抗性能有明顯改善,但關(guān)于拒水性方面沒有涉及；張萬智等[10]對SMS非織造布一步同浴多功能整理的探討,在建立分析模型的基礎(chǔ)上,對SMS非織造布的拒水、拒油、抗血液、抗酒精、抗靜電整理進行了探討,為SMS的一步同浴多功能整理提供了方法和依據(jù),但只有一些理論而沒有具體實驗去驗證。

綜上這些文獻,沒有既能提高抗靜電性又能提高拒水性能的相關(guān)研究及具體實驗。因此,本文使用CAP-501抗靜電劑、碳納米管(CNT)浸漬整理和濺射鍍銅膜等方式對SMS醫(yī)用防護非織造布進行后整理,測試SMS醫(yī)用防護非織造布的靜水壓值、表面比電阻和接觸角,來探究不同處理方式對SMS醫(yī)用防護非織造布的抗靜電性及拒水性能的影響,尋找提高抗靜電性能及拒水性能的最佳處理方式。

實驗

1.1 材料與試劑

材料：SMS丙綸非織造布,平方米質(zhì)量47 g/m2,實驗時裁剪成20 cm×20 cm大小(恒天嘉華非織造有限公司)；磁控濺射用銅靶材,純度99.99%,直徑50 mm,厚度50 mm；試劑：CAP-501抗靜電劑(上海維勝化工有限公司)；碳納米管(CNT)水性漿料(中國科學院成都有機化學有限公司)；抗酒精劑,潤濕劑(恒天嘉華非織造有限公司)。

1.2 實驗裝置

JCP350型非織造布真空等離子涂覆系統(tǒng)(北京泰科諾科技有限公司)；P-AO/BO型立臥式氣壓電動小軋車(佛山市亞諾精密機械制造有限公司)；PM-6型連續(xù)式定型機(佛山市亞諾精密機械制造有限公司)；MODEL 800型便攜式表面電阻測試儀(美國ACL Staticide)；FX3000-IV型耐靜水壓測試儀(瑞士TEXTEST)；JY-PHb型接觸角測定儀(承德金和儀器制造有限公司)；Phenom microscope Pro X/Pro測試儀(Phenom-World)。

1.3 實驗過程與方法

1.3.1 抗靜電劑與碳納米管浸漬處理

首先,在燒杯內(nèi)倒入400 m L去離子水,加入質(zhì)量濃度10 g/L抗酒精劑、1 g/L潤濕劑,然后分別加入5、7、9 g/L的CAP-501抗靜電劑或碳納米管試劑配制成溶液,攪拌均勻后將樣品放入溶液中充分浸漬,浸漬時間為1 min。將浸漬完全的試樣放入浸軋機上,壓力為0.3 MPa,一浸一軋,軋余率分別為78%和147%。最后再將浸軋完成后的樣品放入熱定型機140℃進行烘干85 s,取出樣品。

1.3.2 磁控濺射處理

先將反應室抽真空至3×10-3 Pa,以保證銅膜的純度,再通入高純氬(99.999%)濺射氣體,預濺射1 min,以去除銅靶表面的雜質(zhì),氬氣流量設為9 m L/min。在濺射功率200 W,氣體壓強0.2 Pa,鍍膜時間80 s的條件下,制備銅薄膜,基材溫度為室溫。

1.3.3 性能測試

表面比電阻測試：把經(jīng)過后整理的樣品放在測試臺上,依據(jù)AATCC 75—2005《紡織品表面電阻實驗方法》,使用表面電阻測試儀測量樣品的表面比電阻,每個樣品在不同部位測試3次,求平均值；依據(jù)文獻[14],可以通過表面比電阻的數(shù)據(jù)來判斷抗靜電性能效果。

靜水壓測試：依據(jù)GB/T 4744—1997《紡織織物 抗?jié)B水性測定 靜水壓試驗》,將樣品放入耐靜水壓測試儀中,正面朝下,水壓速率6.0 kPa/min,來測試樣品的靜水壓值,織物能承受的靜水壓越大,防水性或抗?jié)B漏性越好。

接觸角測試：使用接觸角測定儀,用微量注射器將2.5μL去離子水滴加在水平放置的樣品上,使用量腳法測量接觸角,在不同部位測量兩次,取平均值。

1.3.4 形貌觀察

將樣品剪切利用導電膠粘在樣品臺上,利用SBC-12型離子濺射儀進行噴金,時間為60 s,噴金完成后拿出樣品利用吹風機進行吹掃,清除雜質(zhì),然后將樣品放入電鏡中,調(diào)好焦距,對比度,放大一定的倍數(shù)后來觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)及負載情況。

結(jié)果與分析

2.1 樣品性能分析

2.1.1 抗靜電性能結(jié)果分析

經(jīng)過浸漬處理及鍍膜處理后的表面比電阻測試結(jié)果見表1。

表1 處理前后樣品的表面比電阻

在表1中,經(jīng)過CNT浸漬處理后的樣品,抗靜電性能逐漸變好,這是因為CNT具有良好的導電性,隨著CNT質(zhì)量濃度的增大,形成的導電通路越多,導電性就越好[15]；經(jīng)過CAP-501抗靜電劑浸漬處理后的樣品,表面比電阻值在8.72 GΩ和32 GΩ之間,抗靜電性能一般,這是因為當抗靜電劑溶液浸漬樣品時,抗靜電劑分子中的親油基就會吸附于樣品表面,浸漬完后干燥,脫出水分后的樣品表面上,會形成一個單分子導電層,使產(chǎn)生的靜電荷迅速泄漏而達到抗靜電目的[16]；而經(jīng)過鍍銅膜處理的樣品,抗靜電性能提高,因為銅具有良好的導電性,且沉積銅原子將纖維與纖維之間空隙填滿,織物表面連通,從而鍍成銅膜會增加樣品的導電性；而對于樣品來說,經(jīng)過CNT浸漬和鍍銅處理后,抗靜電效果改善程度優(yōu)于經(jīng)過CAP-501抗靜電劑處理的樣品。

2.1.2 拒水性能

拒水性能從靜水壓及接觸角兩方面來分析,處理前后樣品的靜水壓值和接觸角測試結(jié)果如表2。

表2 處理前后樣品的靜水壓值和接觸角

由表2可以看到：經(jīng)過CNT浸漬處理后,樣品的接觸角逐漸增大,拒水性增強,這是因為CNT極易聚集并且它與親水性基體之間的相互作用也很微弱,具有很強的疏水性,質(zhì)量濃度越高,拒水性越好,且此時的樣品表面張力低于水的臨界表面張力,樣品拒水性能優(yōu)良,靜水壓值隨著質(zhì)量濃度的增加而增加,但仍然低于未處理樣品,說明樣品防滲水性加強但低于未處理樣品的抗?jié)B水性；經(jīng)過CAP-501抗靜電劑浸漬處理后,樣品的靜水壓值和接觸角逐漸減小,拒水性較未處理樣品差,且抗?jié)B水性遠低于未處理樣品,這是因為浸漬完后干燥,脫出水分后的樣品表面上,抗靜電劑分子中的親水基都向著空氣一側(cè)排列,易吸收環(huán)境水分或通過氫鍵與空氣中的水分相結(jié)合,這就增加了樣品的親水性使拒水性能下降 ；經(jīng)過鍍銅處理后的樣品,拒水性較未處理樣品差異小,抗?jié)B水性較未處理樣品略低,這是因為銅沉積在樣品表面及纖維和纖維之間空隙中,阻礙了水的滲透、吸收及毛細作用,因此,使樣品拒水。

2.2 樣品的形貌觀察

對處理前后的樣品進行SEM分析,結(jié)果見圖1。

圖1 處理前后樣品電鏡圖

從圖1中可以看到,經(jīng)過CNT浸漬處理后的樣品表面粗糙,附著的顆粒多但不均勻；磁控濺射鍍膜后,銅沉積在樣品表面及纖維和纖維之間空隙中,均勻連續(xù)但有褶皺出現(xiàn)；經(jīng)過CAP-501抗靜電劑浸漬處理后的樣品表面光滑,顆粒附著較多且凸出。

結(jié) 論

a)經(jīng)過碳納米管浸漬處理,織物表面比電阻低至7.79 MΩ,靜水壓值達到6 760 Pa,接觸角增至141.3°,抗靜電性與拒水性皆獲得提高改善,抗?jié)B水性略低于未處理樣品；經(jīng)過CAP-501抗靜電劑浸漬處理,織物表面比電阻低至8.72 GΩ,靜水壓值達到1 310 Pa,接觸角低至118.6°,抗靜電性能獲得改善,拒水性能下降,抗?jié)B水性能遠低于未處理樣品；經(jīng)過鍍銅處理,織物表面比電阻低至52.2 MΩ,靜水壓值達到5 530 Pa,接觸角增至127.7°,織物抗靜電性加強,拒水性獲得改善,抗?jié)B水性低于未處理樣品。

b)在3種后處理方式中,經(jīng)過碳納米管浸漬處理后的樣品的抗靜電性與拒水性最好,磁控濺射鍍膜次之,經(jīng)過CAP-501抗靜電劑浸漬處理的樣品的抗靜電性能與拒水性能最差；抗?jié)B水性方面,碳納米管浸漬處理優(yōu)于磁控濺射鍍膜處理與CAP-501抗靜電劑浸漬處理,因此,提高抗靜電性能及拒水性能的最佳處理方式為碳納米管浸漬處理。

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