不同處理方式對SMS醫(yī)用防護(hù)非織造布的抗靜電性與拒水性能的影響

呂艷如 苗大剛 周蓉

摘 要：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(jìn)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(qiáng);加入CAP-501抗靜電劑后，試樣的抗靜電性增強(qiáng)但拒水性能下降;鍍銅后，試樣抗靜電性能加強(qiáng)，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(hù)非織造布;拒水性;抗靜電性;浸漬處理;磁控濺射處理

中圖分類號：TS174.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）05-0080-05

Abstract：In order to improve the antistatic properties and water repellent properties of SMS （spunbond-meltblown - spunbond）， the samples of SMS nonwovens were treated with carbon nanotube （CNT）， CAP-501 antistatic agent impregnation， and magnetron sputtering copper film. Then， hydrostatic pressure， surface specific resistance and contact angle of the samples were tested. After testing， the antistatic property and water repellency property of the samples after adding CNT were improved and enhanced. The antistatic property of samples after adding CAP-501 antistatic agent， was enhanced but the water repellency property decreased. The antistatic property and water repellency property of the samples after copper plating were improved. Among the three treatment methods， the carbon nanotube （CNT） dipping treatment had the best antistatic performance and water repellent performance.

Key words：SMS medical protective nonwovens; water repellent property; antistatic property; dipping treatment; magnetron sputtering treatment

防護(hù)服按照其性能可分為普通防護(hù)服和高性能防護(hù)服，醫(yī)用防護(hù)服是高性能防護(hù)服之一，是指用于醫(yī)學(xué)防護(hù)，阻隔細(xì)菌產(chǎn)生，以防止細(xì)菌泳移，減少交叉感染并能為醫(yī)護(hù)人員提供保護(hù)，使他們在工作的過程中免受病菌、病毒侵害的防護(hù)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(hù)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(hù)服，非織造布被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)用防護(hù)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(qiáng)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(yīng)用。

醫(yī)用防護(hù)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(hù)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(hù)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(qiáng)的吸濕保濕性，以降低靜電的產(chǎn)生和快速地傳導(dǎo)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(yīng)用中，防護(hù)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(hù)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(jìn)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 HPC LIO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-3630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(jìn)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(xiàn)，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(hù)非織造布進(jìn)行后整理，測試SMS醫(yī)用防護(hù)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(hù)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。

1 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?。ê闾旒稳A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(xué)院成都有機(jī)化學(xué)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(jī)械制造有限公司）;PM-6型連續(xù)式定型機(jī)（佛山市亞諾精密機(jī)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 ProX/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 mL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(jī)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(jī)140 ℃進(jìn)行烘干85 s，取出樣品。

1.3.2 磁控濺射處理

先將反應(yīng)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(yù)濺射1 min，以去除銅靶表面的雜質(zhì)，氬氣流量設(shè)為9 mL/min。在濺射功率200 W，氣體壓強(qiáng)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(xiàn)[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2.5 μL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(dǎo)電膠粘在樣品臺上，利用SBC-12型離子濺射儀進(jìn)行噴金，時間為60 s，噴金完成后拿出樣品利用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)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(fù)載情況。

2 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。

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(dǎo)電性，隨著CNT質(zhì)量濃度的增大，形成的導(dǎo)電通路越多，導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)電層，使產(chǎn)生的靜電荷迅速泄漏而達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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。

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(qiáng)，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(qiáng)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(qiáng)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(yuǎn)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[13];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(xì)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(jìn)行SEM分析，結(jié)果見圖1。

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。

3 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(dá)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(dá)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(yuǎn)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(dá)到5 530 Pa，接觸角增至127.7°，織物抗靜電性加強(qiáng)，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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