文章編號 | 1009-265X(2019)05-0080-05

來源 | 《現代紡織技術》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.非織造材料與產業用紡織品創新研究院,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,主要從事產業用紡織品方面的研究。

涂層機、定型機專業生產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。通過測試發現,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。

 關鍵詞 SMS醫用防護非織造布；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,醫用防護服是高性能防護服之一,是指用于醫學防護,阻隔細菌產生,以防止細菌泳移,減少交叉感染并能為醫護人員提供保護,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]。傳統的常用醫用防護服原料為棉織物,近年來隨著非織造技術的發展,一些科研單位和企業已經開發出不少以非織造布為主要面料的醫用防護服,非織造布被廣泛的應用于醫用防護服領域[4-6]。其中,SMS(紡黏-熔噴-紡黏)產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],更是在非織造醫用領域被廣泛應用。

醫用防護服在穿著過程中會因為摩擦而產生靜電,因此醫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]。

國內外對于SMS醫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現,經用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]關于聚丙烯SMS非織造布的三抗整理研究,發現用含氟整理劑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,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醫用防護非織造布進行后整理,測試SMS醫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(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,在燒杯內倒入400 m L去離子水,加入質量濃度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,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：把經過后整理的樣品放在測試臺上,依據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；依據文獻[14],可以通過表面比電阻的數據來判斷抗靜電性能效果。

靜水壓測試：依據GB/T 4744—1997《紡織織物 抗滲水性測定 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,防水性或抗滲漏性越好。

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,然后將樣品放入電鏡中,調好焦距,對比度,放大一定的倍數后來觀察樣品的微觀結構及負載情況。

結果與分析

2.1 樣品性能分析

2.1.1 抗靜電性能結果分析

經過浸漬處理及鍍膜處理后的表面比電阻測試結果見表1。

表1 處理前后樣品的表面比電阻

在表1中,經過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質量濃度的增大,形成的導電通路越多,導電性就越好[15]；經過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,使產生的靜電荷迅速泄漏而達到抗靜電目的[16]；而經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,經過CNT浸漬和鍍銅處理后,抗靜電效果改善程度優于經過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,樣品拒水性能優良,靜水壓值隨著質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滲水性；經過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,且抗滲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排列,易吸收環境水分或通過氫鍵與空氣中的水分相結合,這就增加了樣品的親水性使拒水性能下降 ；經過鍍銅處理后的樣品,拒水性較未處理樣品差異小,抗滲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,結果見圖1。

圖1 處理前后樣品電鏡圖

從圖1中可以看到,經過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,均勻連續但有褶皺出現；經過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 論

a)經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,抗滲水性略低于未處理樣品；經過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,抗滲水性能遠低于未處理樣品；經過鍍銅處理,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,抗滲水性低于未處理樣品。

b)在3種后處理方式中,經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；抗滲水性方面,碳納米管浸漬處理優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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