个人防护新材料

图2　静电纺PU纳米纤维膜复合传统非织造布的SEM照片

杀虫剂在传统非织造布上的穿透力达85%以上,而添加薄膜后其穿透力降低至25%以下。纳米纤维薄膜的添加并未改变非织造布的透湿性,虽然透气性降低了30% ~50%,但仍比目前使用的传统防护面料的好。

孔的尺寸分布主要取决于纳米纤维网的位置及面密度。非织造布的孔径大小为3~100μm;添加1 g/m2纳米纤维网后,其最大孔径为70μm,大部分孔径为10μm;添加2 g/m2纳米纤维网后,最大孔径降至2μm,大部分孔径为0. 5μm。因此,在传统的非织造布防护服材料中,以夹层方式添加纳米纤维网,可以改善化学防护性能,同时还能保持较高的透湿性。孔的尺寸和孔径分布可以通过纤维网的添加量以及面密度来加以控制。

1.2　环境响应薄膜

环境响应型材料,主要包括对pH值和温度的响应,已开发成防护面料和生物医学用材料,主要用作手术服和手术盖布,以保护病人或减少医护人员感染血液传播病原体的风险。薄膜允许水分子(直径约0. 4μm)通过,但限制液滴(直径约100μm)通过。这些微孔薄膜具有优异的透湿性,但其水渗透压极低,因此并不能完全避免液体的毛细管芯吸渗透。研究人员发现,润湿性和微生物的渗透性间有直接关系。因此,能够对湿度进行响应的薄膜可提供更好的防护血液传播病原体的能力。

微孔状聚氨酯薄膜是最常见的能够对湿度进行响应的薄膜,也是目前在卫生保健和医用领域使用最多的防护材料(见图3)。

该薄膜通过在聚氨酯上接枝聚乙二醇(PEG)改性而得。一般采用二步法工艺(见图4)。

首先以锡(Ⅱ)为催化剂将聚氨酯催化生成带六甲撑二异氰酸酯基(HMDI)官能团,随后HMDI端基的异氰酸酯基与PEG中的羟基进行反应,将PEG接枝到聚氨酯上。PEG分子质量在2 500~3 500时,接枝率最高。接枝改性提高了聚氨酯薄膜表面的亲水性能,降低了孔径尺寸的多分散性,减少了薄膜表面大尺寸孔的数量。电镜照片和流动孔径测量仪分析表明,PEG已接枝到薄膜表面和小孔内部的表面。流动孔径测量仪测试结果显示,改性聚氨酯薄膜的孔径尺寸小于13 nm,可以有效防止病原体的入侵(测试生物医学材料防护性能,常用病原体替代物Phi-X,其直径大小为27 nm)。水蒸气透过试验结果与改性聚氨酯薄膜在高湿度环境中引起溶胀的结果相一致。因此,改性薄膜的时间响应行为主要是薄膜中的亲水组分吸收水分减小孔径尺寸所致,故希望能够通过增加水分减小孔径尺寸来有效防止血液传播病原体、有害液体和有毒颗粒的渗透。

2　抗菌材料

2.1　抗细菌薄膜

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