Tyvek材料的研究與應(yīng)用綜述

張芯源,李 敏,2,3,*

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,上海200051;2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室,上海200051;3.東華大學(xué) 海派時尚設(shè)計及價值創(chuàng)造協(xié)同創(chuàng)新中心,上海200051)

1 Tyvek基本信息

1.1 Tyvek材料成分

Tyvek是美國杜邦公司一系列片材商品的商標(biāo),是一種用高密度聚乙烯經(jīng)特殊處理后成型的一種非織造布[1],也稱特衛(wèi)強。Tyvek非織造布采用100%高密聚乙烯(HDPE)組成[2]。

1.2 制造工藝

Tyvek的制造工藝采用的是溶劑紡絲成網(wǎng)技術(shù),也稱閃蒸法或者閃紡法,在1957年被開發(fā)成功,這是利用沸點以上的聚合物溶液從高壓狀態(tài)向大氣壓力空氣中爆發(fā)性噴出,并在纖維形成過程中,溶劑瞬間蒸發(fā)形成超細長絲和纖維網(wǎng)的紡絲方法[2]。

1.3 性能特點

Tyvek的成纖細度可達到0.011～0.017 dtex,單纖強度可達到3.52～7.92 c N/dtex,斷裂伸長約為20%～65%,比表面積約為209～699 m Z。整理后的織物具有優(yōu)異的抗拉強度、撕裂強度、耐化學(xué)性、耐光性和尺寸穩(wěn)定性,結(jié)構(gòu)致密,對石棉粉塵、灰塵、細菌有良好的屏蔽作用。閃速紡非織造布的缺點是耐溫性差,在拉伸作用下,當(dāng)溫度達到79℃時開始變形,在135℃時開始熔化。因此,它不具有阻燃性,應(yīng)避開熱源。

除了Tyvek本身具有的基本性能特點之外,也有許多學(xué)者對其在特殊環(huán)境或者不同條件下的性能進行了一系列研究。A.Filevich等[3]在1999年研究了Tyvek在水中的光譜定向反射率,試驗測定了在水中浸泡的Tyvek的光色散特性與紫外和可見光頻率的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)散射光與頻率和入射角均有簡單的經(jīng)驗依賴性。此外,Tyvek還廣泛用于水切倫科夫地震檢波器的襯里材料。許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上對Tyvek進行了一系列光學(xué)研究。J.C.Arteaga Velazquez[4]在2001年研究了Tyvek在空氣和水中的漫反射和各向異性效應(yīng),得到了空氣和水中Tyvek反射率與入射角和反射角的關(guān)系。研究表明,材料圍繞試樣的法向矢量旋轉(zhuǎn)時,會出現(xiàn)光學(xué)各向異性。J.C.Arteaga Velazquez等[5]還在2005年提出一種方法用于測量1056 Tyvek在空氣和水中的漫反射系數(shù)。王玲玉等[6]在2012年研究了Tyvek在水中的反射率。采用Geant4中的表面反射光學(xué)模型,即統(tǒng)一模型來描述Tyvek的反射率。通過與蒙特卡羅模擬結(jié)果的比較,得到了2個關(guān)鍵光學(xué)參數(shù),提出了一種間接而靈活的Tyvek光學(xué)參數(shù)測量方法。

2 Tyvek在各領(lǐng)域的研究及應(yīng)用

2.1 醫(yī)療包裝領(lǐng)域

Tyvek作為一種醫(yī)用無菌包裝材料,比其他材料具有更多的優(yōu)勢。例如,其優(yōu)良的微生物屏障特性使其能夠在污染環(huán)境中使用。其優(yōu)異的抗穿刺性和抗撕裂性可有效降低包裝破裂的風(fēng)險,可適應(yīng)所有最常用的滅菌方法[7]。Hyok Kwon等[8]在2017年研究了涂層工藝和添加劑對使用EVA涂層的Tyvek氣體消毒醫(yī)療包裝的影響。在此研究中,研究人員專門介紹了一種酸預(yù)涂方法,以最大限度地減少發(fā)泡劑和酸在攪拌過程中的反應(yīng)。因此,在Tyvek晶片上產(chǎn)生了一層多孔的乙酸乙酯(EVA)。采用ETO氣體滅菌試驗研究了涂層的性能。結(jié)果表明,預(yù)涂工藝和各種添加劑的組成在很大程度上決定了涂層的性能。采用酸性預(yù)涂法制備的涂層Tyvek晶片不受ETO殺菌工藝的影響,具有良好的抗?jié)穸取TO氣體和真空循環(huán)性能。因此,它可能是一種很有前途的氣體消毒醫(yī)療器械包裝材料。

2.2 防護服領(lǐng)域

使用Tyvek材料制成的防護服適用于醫(yī)療、核工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品加工、危險物料等高污染領(lǐng)域。

在醫(yī)療領(lǐng)域,Tyvek防護服是侵入性手術(shù)中抵御感染的第一道防線,無菌屏障系統(tǒng)是預(yù)防醫(yī)院獲得性感染的關(guān)鍵因素。Tyvek無菌屏障系統(tǒng)比其他多孔包裝材料提供更高程度的保護,是因為Tyvek實現(xiàn)了微生物屏障、抗撕裂、抗?jié)B透和清潔剝離的平衡;Travis W.Brown MPH[9]等在2016年研究了用作個人衛(wèi)生防護品使用的Tyvek防護服上的包封劑病毒存活和消毒情況,結(jié)果表明,包封劑病毒可以在特衛(wèi)強防護服上存活超過一個病人護理期,但可以被化學(xué)消毒劑滅活。

在核工業(yè)中,它廣泛應(yīng)用于核設(shè)施環(huán)境中。Tyvek-Pro.Tech限次使用科技防護服能有效防止放射性粉塵或液體進入人體。該性能來源于Tyvek1431N。Tyvek1431N以100%高密度聚乙烯為原料,采用先進的生產(chǎn)工藝,具有優(yōu)良的屏蔽性能。此外,由于宇航服易于焚燒且不產(chǎn)生鹵素化合物,因此不會造成交叉污染。

2.3 創(chuàng)意及設(shè)計領(lǐng)域

Tyvek材料由于其特殊的質(zhì)感和可塑性,超越了設(shè)計師在常規(guī)領(lǐng)域所熟悉的傳統(tǒng)材料,可以給設(shè)計師帶來在常規(guī)設(shè)計中無法獲得的設(shè)計理念。而且它對環(huán)境非常友好,在近幾年的可持續(xù)發(fā)展熱潮中也受到了關(guān)注。在創(chuàng)意設(shè)計領(lǐng)域,也有很多學(xué)者進行了多維度的研究。

侯天藝[10]探索和評估了Tyvek材料在燈具設(shè)計中的平面三維模式,然后提出最適合商業(yè)化和減少體量化的方法,以便于未來能設(shè)計出具有較好透光度、優(yōu)越運輸性的燈具產(chǎn)品。2017年,李爽[11]通過語義差異法研究了Tyvek的設(shè)計特性,分析了在材料應(yīng)用中存在的問題,提出了基于Tyvek的擴展設(shè)計思想。梁玲琳等[12]在2018年提出了Tyvek應(yīng)用在雨衣設(shè)計上的方法[13]。林綺芬[14]在2012年討論了新材料在紡織創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用趨勢和未來的發(fā)展方向,為Tyvek在創(chuàng)意設(shè)計中的應(yīng)用提供了有效的建議。Al-Gamal[15]2015年在婚紗上使用“Tyvek”的成本效益,為未來的婚紗設(shè)計提供了新的思路。

2.4 食品領(lǐng)域

Tyvek-Pro.Tech限次使用連體服專為在動物食品、食品加工和食品包裝領(lǐng)域的工作人員而設(shè)計。在食品加工、售賣及運輸中,它可以使食品免于受到員工或其他人員衣服上攜帶的灰塵、細菌、寄生蟲及皮膚顆粒等的污染。此外,Tyvek連體服還能保持穿著者的清潔而遠離食品加工過程中的灰塵和液體。

在食品行業(yè),Tyvek不僅用于包裝和保護,還具有其他創(chuàng)新應(yīng)用。例如Kaeun Lee等[16]在2019年開發(fā)了一種簡單、廉價和可靠的測量雞胸肉腐敗的方法,其使用Tyvek薄片作為測試材料的內(nèi)層結(jié)構(gòu)。除此之外,Tyvek還廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)地膜覆蓋,Jia Xuemei等[17]在2017年研究了Tyvek無紡布覆蓋對萬州月季果實的品質(zhì)及葉綠素?zé)晒獾挠绊?研究表明Tyvek無紡布全覆蓋有效降低了弱日光對玫瑰橙品質(zhì)的影響,進而提高了其經(jīng)濟價值。

2.5 可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域

Tyvek具有許多適合可持續(xù)發(fā)展的特性,如在醫(yī)療包裝領(lǐng)域減少包裝材料的使用,由于其高強度可以減少藥物的損耗,其輕重量可以減少燃料的使用,以及便于回收利用[18]。早在2001年Mark Sharfman[19]等對杜邦公司Tyvek材料做出的可持續(xù)性轉(zhuǎn)型進行了研究,專注于其挑戰(zhàn)與機遇。