医用SMS无纺布多功能后整理探索研究qq26
于范芹 中国纺织科学研究院
原载：第七届全国印染后整理论文集(2008.12);164-168
【摘要】本文通过拒水等级、阻燃效果、抗酒精效果、电镜和接触角测试等评价方法，研究了低温等离子体预处理的SMS无纺布后整理如拒水(抗酒精)整理、阻燃整理和拒水(抗酒精)／阻燃整理等工艺的影响规律，探索出了符合一次性医用SMS无纺布多功能后整理的整理工艺。
【关键词】 SMS 无纺布 低温等离子体 拒水 抗酒精 阻燃 多功能 整理
1、前言
2003年“非典”时期，医护人员的防护服最大限度的确保了医护人员的生命安全，自“非典”以后，医护人员的防护服引起了国际国内的广泛关注。欧美等发达国家开展了一些临床手术方面的研究，相继出台了一系列手术衣标准。我国在该领域的研究相对较为落后，一些无纺布企业做了大量工作，但由于国内没有标准，再加上我国医院的管理体制等诸多原因，使一次性手术衣在国内医院的使用较为混乱。“非典”时的防护服暴露出很多的缺点，如透气性不好导致医护人员窒息。通过市场调研和对国外产品的分析，作为医疗手术服，除要求具有细菌病毒隔离性能、拒水、抗酒精、抗血浆、抗静电、阻燃等多方面的功能外，还应考虑穿着的舒适性、不透光、柔软悬垂性等。
目前，国外一次性医疗手术服用织物应用最广泛的是SMS丙纶无纺布和木浆水刺无纺布两种，但水刺布抗静水压能力较差，阻隔能力也不够理想，纤维绒毛易掉落、价高等因素，目前在医疗市场上，欧美国家水刺布的用量在减少，逐步被SMS所取代。SS纺粘无纺布广泛用于作为复膜产品的基材。国内对SMS非织造布多功能整理的全面、系统研究较少。近些年来非织造布产量不断增长，销售市场也越来越广阔，其中在医疗防护领域份额的增长和重要性的显现尤其引人注目。以聚丙烯为原料的SMS复合非织造布集中了纺粘法和熔喷法二者的优点而克服了两者的缺点，使其具有良好的强力，吸附性，过滤性和抗菌性，尤其是具有良好的屏蔽性能。如今，SMS产品以其良好的隔离性能，特别是经过三抗(抗酒精、抗血、抗油)和抗静电、阻燃等处理的SMS产品，更加适合作为高品质的医疗防护用品材料，在世界范围内已得到广泛应用，例如外科手术服，手术包布，手术罩布，手术室围帘，杀菌绷带，伤口贴，膏药贴等。
2、SMS性能特点及整理原理
医用SMS非织造布为丙纶纤维制成，丙纶纤维是非极性、疏水性纤维，因此溶于水中的整理剂既难均匀渗透到织物，又无结合基团，因此对丙纶纤维进行后整理之前，对丙纶无纺布先进行前处理。本文采用低温等离子的处理方法。丙纶采用氧气射击纤维的表面，使纤维表面的含氧基团(如-OH，=C=0，-COOH)大为增加，由于这些都是亲水性极性基团，因此既可提高纤维的吸湿性能，又增加了纤维的极性；又如用
碳氟化合物等气体对织物进行等离子处理，不但明显地改善了织物表面的润湿性能，而且由于碳氟化合物的作用还具有一定的抗菌和拒水性能。
SMS的临界表面张力为25～28×10-3N／m，略高于乙醇的临界表面张力，其表面不能抵抗酒精的渗透，同时由于比水的临界表面张力小很多，其本身就有较好的拒水性，又由于与血液和橄榄油的临界表面张力较为接近，所以其抗血液的性能尚需进一步提高，如表1、表2所示。
表1 液体的临界表面张力表
|
液体 |
温度℃ |
表面张力10-3N/m |
|
乙醇 |
0 |
24.3 |
|
橄榄油 |
20 |
35.8 |
|
水 |
20 |
72.8 |
|
人造血液 |
25 |
42-60 |
表2 固体材料表面张力表
|
固体材料 |
表面组成 |
临界表面张力* |
测定的化合物 |
|
氟化物 |
-CF3 |
6 |
全氟月桂酸 |
|
-CF2H |
15 |
氯化全氟十一酸 |
|
|
-CF3CF3- |
18.5 |
聚四氟乙烯 |
|
|
-CF2CFCl- |
3l |
聚氯三氟乙烯 |
|
|
碳氢化合物 |
-CH3 |
24 |
脂肪胺 |
|
-CH2CH2- |
3l |
聚乙烯 |
|
|
有机硅 |
-Si(CH3)2-O- |
24 |
聚二甲基硅氧酸 |
|
氯化物 |
-CClHCH2- |
39 |
聚氯乙烯 |
|
-CCl2CH2- |
40 |
聚偏氯乙烯 |
|
|
聚酰胺 |
己二酸己二胺 |
46 |
锦纶66 |
注：* 临界表面张力/10-3N/m
为了使SMS同时具备拒水、拒油、抗血液、抗酒精等性能，需要选择临界表面张力更小的整理剂，如选择表2中含有-CF32、-CF2H、-CF2CF2-等基团的含氟烃链化合物。这类物质的临界表面张力大大低于水和酒精，用其整理后的SMS具有优异的疏水疏油性，而且这类物质在强酸强碱中都很稳定，不分解，在低浓度下便可产生优异的效果，同时不改变SMS产品良好的手感、透气性、透湿性。
拒水整理和阻燃整理以及抗静电性能有一定的矛盾，从目前来看，最有效的方法还是选择配伍性良好的整理剂，对SMS进行一步同浴整理，达到拒水、拒油、抗酒精、抗血液及抗静电的综合整理效果，满足医疗防护行业的需要。
3、实验部分
3.1 SMS无纺布的预处理
在低温等离子处理设备中，在氧气气氛下，对丙纶无纺布进行低温等离子处理1min，功率100w，真空度为30Pa。
低温等离子体处理织物是对织物表面产生刻蚀(如图1)，从而增加织物的润湿性能。低温等离子体与材料表面的作用过程相当复杂，低温等离子体粒子撞击材料表面，将自身的能量传递给表层分子，使材料发生热蚀、蒸发、交联、降解、氧化等过程。用低温等离子体对高分子材料进行表面处理后的表面层形成交联结构或提供稳定存在的游离基，这种状态的表面会在空气中起氧化反应，并使游离基最终生成-0H，-C00H等基团，改变了纤维的润湿性能。可见低温等离子处理是提高织物功能整理效果的一种很好的途径。
|
|
|
图1低温等离子体对SMS无纺布的处理 |
3.2 结果与讨论
3.2.1 不同拒水剂拒水(抗酒精)整理研究
表3不同拒水剂的拒水(抗酒精)效果
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拒水剂 |
用量g/L |
||||
|
lO |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
|
10# |
3—4级 |
4级 |
4级 |
4级 |
4级 |
|
1l# |
{ |
3—4级 |
3—4级 |
3—4机 |
4—5级 |
|
7# |
3级 |
4级 |
4—5级 |
4—5级 |
- |
|
(抗酒精>40min) |
|||||
|
12# |
2—3级 |
3级 |
3级 |
3级 |
- |
由表3可见，经低温等离子体预处理后的SMS无纺布可以使用较低浓度的防水剂就能达到较好的拒水
效果，拒水剂10#和拒水剂7#拒水效果较好，拒水剂7#同时具有较好的抗酒精效果。
表4拒水剂10#和7}}不同预处理的接触角(。)测定
|
预处理方法 |
10#(20g/L) |
7#(20g/L) |
原布 |
|
低温等离子体处理 |
137.3 |
132.5 |
127.4 |
表4所测得的接触角证明：当整理剂浓度均在20g／L时，低温等离子体处理后的接触角比不处理的原布高得多。见图2
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|
|
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(a)拒水剂10#(20g／L)整理 |
(b)拒水剂7#(20g／L)整理 |
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图2低温等离子体处理后SMS无纺布接触角 |
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3.2.2 不同阻燃剂阻燃整理研究
表5不同阻燃剂的阻燃效果
|
阻燃剂 |
阴燃 |
续燃 |
燃烧长度cm |
损毁长度cm |
熔滴 |
手感 |
|
FR4# |
无 |
无 |
18.5 |
19.4 |
无 |
较好 |
|
FR8# |
无 |
无 |
18.O |
18.2 |
无 |
较好 |
|
FR3# |
无 |
无 |
18.2 |
18.5 |
无 |
糙硬 |
|
FR5# |
无 |
5.52s |
16.7 |
16.8 |
有 |
较硬 |
|
FR2#(40g／L) |
无 |
无 |
21.O |
21.0 |
无 |
较好 |
|
FR2#(50g／L) |
无 |
无 |
20.7 |
21.1 |
无 |
较硬 |
|
FR2#(60g／L) |
无 |
无 |
21.1 |
21.6 |
无 |
糙硬 |
从表5可以看出，低温等离子体处理后的SMS无纺布经阻燃剂FR4#和FR8#整理，可以满足一次性医疗防护服的要求(GB 17591 B2级)。
3.2.3 多功能整理工艺研究
3.2.3.1 拒水／阻燃整理工艺研究(一浴法)
在试管中取数滴拒水剂10#和阻燃剂FR8#相混合，摇晃，观察，相容性好，采用一浴法整理。
表6 SMS无纺布一浴法拒水／阻燃整理工艺
|
拒水剂10#(g/L) |
10 |
20 |
30 |
|
拒水效果 |
3级 |
3-4级 |
3-4级 |
|
抗酒精效果 |
30s |
35s |
40s |
|
阴燃 |
无 |
无 |
无 |
|
续燃 |
无 |
无 |
无 |
|
燃烧长度／cm |
19.8 |
18.7 |
21.5 |
|
损毁长度／cm |
20.2 |
18.8 |
21.7 |
|
熔滴 |
无 |
无 |
无 |
表6可见：当拒水剂10#的浓度为20g／L时拒水3-4级，损毁长度18.8cm，符合一次性医疗防护服要求。
拒水剂10#和阻燃剂FR8#一浴法整理后具有一定的抗酒精效果。
3.2.3.2 拒水(抗酒精)／阻燃整理工艺研究(两浴法)
在试管中取数滴拒水剂7#和阻燃剂FR8#相混合，摇晃，观察，不相容，采用两浴法整理。
表7 SMS无纺布两浴法拒水(抗酒精)／阻燃整理工艺
|
拒水剂7#(g/L) |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
拒水效果 |
2-3级 |
3级 |
3级 |
3级 |
|
抗酒精效果 |
30s |
>40min |
>40min |
>40min |
|
阴燃 |
无 |
无 |
无 |
无 |
|
续燃 |
无 |
无 |
无 |
无 |
|
燃烧长度／cm |
18.8 |
18.5 |
18.5 |
19.7 |
|
损毁长度／cm |
19.O |
18.5 |
18.5 |
19.7 |
|
熔滴 |
无 |
无 |
有 |
有 |
表7可见：拒水剂7#和阻燃剂FR8#两浴法整理后，当拒水剂7#浓度为20g／L时拒水3级且抗酒精>40min，损毁长度18.5cm，无阴燃、续燃和熔滴现象，满足一次性医疗防护服要求。
4、结论
(1)、SMS无纺布经低温等离子体预处理后，能提高其对整理液的吸附性能和后整理的性能。
(2)、拒水剂10#和7#的拒水效果较好，拒水剂7#同时具有较好的抗酒精性能。
(3)、阻燃剂FR8#的阻燃效果较好，织物的损毁长度为18.2cm，且无阴燃，续燃和熔滴的现象，可以满足一次性医疗防护服的要求(GB 17591 B2级)。
(4)拒水剂10#和阻燃剂FR8#一浴法整理后，拒水剂浓度为20g／L时就可以达到拒水等级3-4级，抗酒精效果大于30秒，损毁长度18.8cm，且无阴燃、续燃和熔滴的现象。
(5)、拒水剂7#和阻燃剂FR8#两浴法整理后，拒水剂浓度为20g／L时能达到拒水等级3级，抗酒精效果大于40min，损毁长度18.5cm，且无阴燃、续燃和熔滴的现象。