0 前言在化工、军用和消防等领域,为了保护人体免受伤害,通常需要进行化学和生物防护。目前,包括在建筑领域中为改善空气质量,特别是医院设施中,也通常采用化学和生物防护材料。防护的机理有多种,包括隔断(防止渗透)、防止、吸附,及其相互组合。新型的化学和生物防护服装主要采用微孔或纳米纤维薄膜,以及自清洁材料等。
1 薄膜
非织造布由于具有价格低廉、质轻、防护效果好等优点,最近几十年在用即弃防护服上的应用快速增加。这些防护材料通常用作服装的主体部分,而手套部分则采用一整块的聚合物薄膜。影响化学药剂在这些纺织材料上穿透性的主要因素有:面料的毛细管直径和结构、面料的后整理、纤维的化学性质,以及化学液体的表面张力和黏度等。由于化学防护性能通常与人体舒适感,即透气性相互矛盾,因此,通常采用与微孔材料相互复合,或者以夹层的方式,既提高产品的化学防护效果,同时还能获得良好的舒适性。
图1为薄膜和复合薄膜与非织造布、机织布防护材料间的性能对比。
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图1中,与非织造布和机织面料相比,化学药剂在薄膜上的穿透力明显降低,前者为0~100%,而后者仅为0~8%。当化学液体的表面张力高于38 dyn/cm,黏度低于0. 9 mPa·s时,则不能穿透薄膜。孔径小于0. 3μm的聚四氟乙烯薄膜,透气性很小,但透湿率与非织造布和机织布相当,达20 g/(m2·h)。大多数纺织材料的体积分数小于0. 5,因而水蒸气主要是通过孔道进行输送。增加材料的体积分数,则水蒸气的透过能力下降。水蒸气在纺织材料中的输送主要取决于孔道的几何形状、孔径大小、孔道的弯曲程度等结构性能。孔道的结构非常复杂,孔径大小在单一孔道内也会发生变化,而且通常还存在封闭的孔道和盲孔等,这些都不利于水蒸气的流动。因此,纺织面料的体积分数大多基本相当,但其透湿率却大相径庭。
采用毛细管流动孔径测量仪测定体积分数为0. 4的非织造布和机织布的孔径尺寸及其分布时发现,机织面料的孔径为6. 5~115μm,而透湿率较低的非织造布孔径为0. 3~6. 2μm。因此,可以通过设计孔径结构,以获得化学防护能力强,且透气性优良的薄膜材料。
1.1 纳米纤维膜
静电纺丝是生产纳米纤维的有效方法。采用纳米纤维制备孔径极其细小的超薄网状薄膜,并将其添加到传统非织造布中,尽管只是添加了极薄的一层(1. 0和2. 0 g/m2),但液体杀虫剂在该复合非织造布中的穿透能力却大大降低(见图2)。
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