PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備及性能研究

趙 博

(中原工學(xué)院，河南 鄭州 450007)

隨著醫(yī)療、衛(wèi)生、防護(hù)及汽車等領(lǐng)域發(fā)展，市場對非織造布的需求越來越大，同時對非織造布的要求和標(biāo)準(zhǔn)也越來越高[1-2]。淋膜非織造布又稱為淋膜復(fù)合非織造布，作為一種新型非織造布，以高強度非織造布為支撐層，大部分是紡黏非織造布，運用淋膜復(fù)合工藝加工制備，具有工藝流程短、成本低廉、性能優(yōu)異等優(yōu)點，可用于防水阻隔材料、醫(yī)用一次性防護(hù)服和其他產(chǎn)業(yè)用布，具有巨大的應(yīng)用前景[3-4]。

聚丙烯(PP)紡黏非織造布是以PP為原料，經(jīng)過熔融拉絲、鋪網(wǎng)、熱軋黏合等過程制備而成的一種非織造布，具有透氣性好、成本低廉和力學(xué)性能強等優(yōu)點，但其液體阻隔性能較差，無法滿足醫(yī)用一次性防護(hù)服的要求[5-6]。

作者采用淋膜復(fù)合工藝，以PP紡黏非織造布為基布，將聚乙烯(PE)熔融涂覆在PP紡黏非織造布表面，再經(jīng)冷卻、定型后制備了PP/PE醫(yī)用淋膜非織布，研究了其力學(xué)性能、拒水性、透氣性、透濕性等，以期為PP/PE醫(yī)用淋膜非織布在醫(yī)用一次性防護(hù)服領(lǐng)域的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 實驗

1.1 主要原料

PP紡黏非織造布：1#試樣面密度為30 g/m2,2#試樣面密度為20 g/m2，江蘇奧特隆公司產(chǎn)；PE：牌號為5200B，中國石化燕山石化公司產(chǎn)。

1.2 設(shè)備與儀器

GWS型PE流延膜生產(chǎn)設(shè)備：合肥高貝斯無紡布有限公司制；VHX-600型數(shù)字式三維電子顯微鏡: 基恩士 (中國) 有限公司制；FA2004型電子天平：瑞士梅特勒托利多公司制；YG065-250多功能電子織物強力儀：上海精密儀器儀表有限公司制；LSA60 接觸角測量儀：北京東方德菲儀器有限公司制；YG501N-Ⅱ型紡織品透濕量儀、透濕杯：南通宏大實驗儀器有限公司制；YG(B)461D(N)型數(shù)字式織物透氣量儀：南通三思科技機電科技有限公司制。

1.3 PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備

PE經(jīng)螺桿擠壓機熔融擠出進(jìn)入淋膜模頭，然后從模頭的縫隙中擠出至PP紡黏非織造布表面，在擠壓輥的作用下，處于熔融狀態(tài)下的PE和PP紡黏非織造布黏合，最后經(jīng)過冷卻輥的降溫、定型，隨著卷繞機的收卷成為卷狀PP/PE淋膜非織造布成品。制備過程中，熔融擠出溫度控制在270～290 ℃，如果溫度過高，淋膜非織造布表面會變得僵硬，如果溫度過低，熔融塑化會不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品外觀質(zhì)量下降，復(fù)合牢固度下降；冷卻輥的表面溫度控制在10～20 ℃，如果溫度過高，淋膜非織造產(chǎn)品會出現(xiàn)卷曲、粘膜等不良現(xiàn)象，如果溫度過低，復(fù)合牢固度會下降[7-9];加工速度控制在55 m/min左右，如果加工速度小，牽引速度慢，PE膜厚度會變大，如果加工速度大，牽引速度快，PE膜厚度會變??；PE淋膜量控制在10 g/m2，如果淋膜量偏大，會導(dǎo)致薄膜的透明度下降，縱向取向變大，如果淋膜量偏小，會導(dǎo)致淋膜不充分。由1#、2#試樣制備的PP/PE淋膜非織造布分別標(biāo)記為3#、4#試樣。PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備流程如圖1所示。

圖1 PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備流程Fig.1 Preparation process of PP/PE medical coated nonwovens1—料斗;2—螺桿擠壓機;3—淋膜模頭;4—放卷布;5—壓輥;6,7—冷卻輥; 8—卷繞機

1.4 分析與測試

微觀形態(tài)：采用顯微鏡觀察試樣的纖維排列和微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為500倍。

面密度：將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下調(diào)濕24 h后，將試樣裁剪成100 cm2, 采用電子分析天平準(zhǔn)確稱取試樣的質(zhì)量并計算面密度，每個試樣測試30次取平均值。

厚度：將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下調(diào)濕24 h后，采用厚度儀沿對角線方向測試試樣厚度，厚度儀壓盤自重50 g, 每次壓盤停留時間30 s, 每個試樣測試30次取平均值。

力學(xué)性能：按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》采用電子織物強力儀測試試樣的斷裂強力和斷裂伸長率，夾持距離為200 mm，拉伸速率為100 mm/min；按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 (鋼球法)》采用電子織物強力儀測試試樣的頂破強力，頂破速率為100 mm/min；按照GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能 第1部分：沖擊擺錘法撕破強力的測定》采用電子織物強力儀測試試樣的撕破強力，夾持距離為25 mm,拉伸速率為100 m/min。

透濕性：按照GB/T 12704—2009《織物透濕量測定方法 透濕杯法》采用織物透濕量測定儀按透濕杯蒸發(fā)法測試試樣的透濕量，測試溫度38 ℃，相對濕度2%，氣流速度0.5 m/s，每個試樣測試30次取平均值。

透氣性：將試樣裁剪成100 cm2，按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》采用織物透氣量儀測試試樣的透氣率，試樣兩側(cè)壓降為200 Pa，每個試樣測試30次取平均值。

拒水性：濕法非織造布的拒水性不能直接測量，可通過測量其靜態(tài)接觸角進(jìn)行表征。將試樣裁剪成30 mm×30 mm，放置到滴水臺上，滴加超純水停留5 s后，采用接觸角測量儀對水滴形狀進(jìn)行拍照并計算水接觸角。

熱穩(wěn)定性：將一定長度的試樣放入烘箱內(nèi)，升溫至100 ℃，恒溫4 h，然后取出試樣測量其長度。熱收縮率(Hs)按式(1)計算。

Hs=(H1-H2)/H1×100%

(1)

式中：H1為熱收縮前試樣的長度,H2熱收縮后試樣的長度。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形態(tài)

從圖2可以看出：1#、2#試樣中纖維呈無色透明狀，表面較為光滑，而3#、4#試樣中纖維周圍可觀察到許多微小氣泡，看起來不夠清晰，這是因為經(jīng)PE淋膜后，少量PE滲入PP紡黏非織造布內(nèi)部；4種試樣中纖維均排列整齊、有規(guī)律，可以推斷PP紡黏非織造布為熱軋黏合加固方式。

圖2 非織造布試樣的三維電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Three dimensional electron microscope photographs of nonwoven samples

2.2 面密度與厚度

從表1可以看出:經(jīng)過淋膜即與PE膜復(fù)合之后，1#試樣的面密度由29.7 g/m2增大至39.4 g/m2(3#試樣)，2#試樣的面密度由20.2 g/m2增大至30.3 g/m2(4#試樣)；4種試樣的面密度變異系數(shù)均較大，這是由于PP紡黏法非織造布是鋪置成網(wǎng)，容易造成隨機不均，不勻率較大；1#試樣厚度大于2#試樣，3#試樣厚度大于4#試樣，說明同種類非織造布的厚度和面密度呈現(xiàn)正相關(guān)的趨勢，原因是當(dāng)單位面積內(nèi)的非織造布的質(zhì)量增加時，纖維量增加，在單位面積內(nèi)纖維結(jié)構(gòu)更加緊密，表現(xiàn)為非織造布的孔隙變小、厚度增大[10-11]。

表1 非織造布試樣的面密度和厚度Tab.1 Surface density and thickness of nonwoven samples

2.3 力學(xué)性能

從表2可以看出：淋膜前后PP紡黏非織造布的經(jīng)向斷裂伸長性能均強于緯向，這是由于紡黏非織造布的纖網(wǎng)是沿經(jīng)向排列所致；經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造的斷裂強力高于未經(jīng)淋膜的PP紡黏非織造布，這是因為PP和PE兩者結(jié)構(gòu)相似、相容性較好，熔融PE很容易滲入PP內(nèi)部并冷卻固化實現(xiàn)兩者黏合；隨著面密度增大，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的斷裂強力增大，這是因為面密度越大，非織造布越厚，纖維結(jié)構(gòu)越緊密，斷裂時需要的能量也越大。

表2 非織造布試樣的斷裂強力Tab.2 Breaking strength of nonwoven samples

從表3可以看出：隨著面密度增大，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的頂破強力隨之增大，這是因為頂破強力主要受非織造布中纖維強度和纖維間固著點的強度影響，面密度增大，纖維結(jié)構(gòu)變得更緊密，固著點強度增強；經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造布的頂破強力優(yōu)于PP紡黏非織造布，這是因為淋膜后PE滲入PP紡黏非織布內(nèi)部，增大了纖維的強度和纖維間固著點的強度。

表3 非織造布試樣的頂破強力Tab.3 Bursting strength of nonwoven samples

從表4可以看出:隨著面密度的提高，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的撕破強力增大；經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造的撕破強力明顯下降，其原因在于撕裂過程中，未淋膜的PP紡黏非織造布中纖維長絲之間產(chǎn)生相對滑移，所以不易撕裂，而經(jīng)淋膜的PP產(chǎn)品形成“纖維嵌膜”和“膜包纖維”的結(jié)構(gòu)，PE的滲透使纖維長絲減少了相互之間的滑移，造成切口處應(yīng)力傳遞，從而使淋膜后產(chǎn)品的撕破強力降低[12]。

表4 非織造布試樣的撕破強力Tab.4 Tearing strength of nonwoven samples

2.4 透氣性和透濕性

從表5可以看出：隨著面密度增大，試樣的透氣率均減小，這是因為非織造布的透氣性由纖維間的孔隙決定，而孔隙的大小和數(shù)量與面密度呈負(fù)相關(guān)，如果面密度增加，厚度就增加，那么意味著纖維的孔隙率小，透氣率??；經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織造布的透氣率變差，這是因為淋膜非織造布被上層PE膜阻隔，PE是非極性高聚物,透氣性極差，能夠有效地防止氣體通過。防氣體透過性對提高密封性有著重要作用，能保證材料長期貯存。

表5 非織造布試樣的透氣率和透濕量Tab.5 Air permeability and moisture permeability of nonwoven samples

一般水蒸氣穿過織物有三種方式：一是通過纖維的吸濕，二是纖維的毛細(xì)管作用，三是通過纖維間的孔隙。PP紡黏復(fù)合非織造布主要通過纖維間的孔隙進(jìn)行透濕。從表5還可以看出：經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織造布的透濕量明顯降低；隨著面密度的增大，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的透濕量略有降低，但相差不大，這是因為面密度增大，單位面積內(nèi)的纖維根數(shù)也增加，纖維間的纏結(jié)更加緊密，孔隙減少，因此透濕量降低。

2.5 拒水性

當(dāng)水接觸角為銳角時，表明非織造布潤濕性比較好，拒水性比較差，會有芯吸現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)水接觸角為鈍角時，情況則恰恰相反。從表6可以看出：4種試樣水接觸角均大于90°，說明4種試樣都屬于拒水性材料；經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織造布的水接觸角提高，這是因為淋膜非織造布的表面為PE薄膜，屬于疏水膜，其孔徑極小，所以親水性很差，適用于生產(chǎn)一次性衛(wèi)生用品及防水防滲透產(chǎn)品。

表6 非織造布試樣的水接觸角Tab.6 Water contact angle of nonwoven samples

2.6 熱穩(wěn)定性

從表7可以看出：測試溫度為100 ℃時，PP紡黏非織布的Hs為1%，而PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的尺寸則未發(fā)生變化，這是因為經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織布進(jìn)一步加固，需要更多的熱量與能量才能破壞纖維之間的作用，使得非織造布發(fā)生熱收縮，所以淋膜非織造布的熱穩(wěn)定性和耐高溫性更好。

表7 非織造布試樣的熱收縮率Tab.7 Thermal shrinkage of nonwoven samples

3 結(jié)論

a.與PP紡黏非織造布相比，經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造布中纖維周圍可觀察到許多微小氣泡，面密度、厚度、斷裂強力、頂破強力、耐磨性、Hs增大，撕破強力、透氣率、透濕量減小。

b.PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的面密度和厚度與其斷裂強力、頂破強力、撕破強力、耐磨性、Hs正相關(guān)，與其透氣性、透濕性負(fù)相關(guān)。

c.PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布疏水、阻氣，是醫(yī)用一次性防護(hù)服材料的適宜選擇。